HCC超级电容能量收集控制器

HCC ENERGY Co., Ltd. 技术文档（内部） HCC超级电容太阳能/风能发电系统 电能收集/使用控制器 北京合众汇能科技有限公司 王大志 系统简介： HCC超级电容太阳能/风能发电系统电能收集/使用控制器采用超级电容器作 为太阳能/风能的能量收集缓冲器，在能量收集时先暂存在超级电容器组中，达 到一定储能后将能量转移至蓄电池内；在使用蓄电池能量时，先由蓄电池将能量 转移入超级电容器组，由超级电容器组直接向负载供能；也可仅有超级电容器而 没有蓄电池，超级电容器直接储能。 太阳能电池板/风力发电机 HCC超级电容器组 蓄电池（铅酸/镍/锂等） 负载（路灯或其它输出端） DC－DC 控制器 HCC超级电容太阳能/风能发电系统电能收集/使用控制器原理图 工作步骤： 充电环节：由太阳能电池/风力发电机输出的电流直接进入超级电容器组，超 级电容器组充电达到设定电压 V1 后，电容内的电能通过 DC-DC 向蓄电池稳定 充电，超级电容器组电压降低至设定电压 V2后，DC-DC停止向蓄电池充电，等 待超级电容器组再次由太阳能电池/风力发电机充电至 V1再次工作，检测到蓄电 池充满电之后停止向蓄电池充电，此时将超级电容器组充电至 V3满载之后切断 发电环节对超级电容器组的充电。 放电环节：由超级电容器组通过 DC-DC 向负载提供稳压电流，由蓄电池向 超级电容器组充电，超级电容器组达到一定电压 V4之后停止，超级电容器组电 压随着放电逐渐降低，在达到 V5时启动蓄电池再次向超级电容器组充电，检测 到蓄电池放完电之后停止向超级电容器组放电，此后将超级电容器组内的能量放 至一定电压或完全放尽之后停止向负载供能。 系统特点： 在瞬时大电流出现的情况下可以实现短时大电流能量的高效收集；避免蓄电 池受到大电流的冲击和由于难以短时接受高的充电电流而出现能量收集不完全 -1- HCC ENERGY Co., Ltd. 技术文档（内部） 的问题，特别可以解决风力发电机出现瞬间大风收集能量完全的问题； 在出现低压和小电流的情况下可以实现小电流的高效收集，在太阳能电池处 于阴雨天/风力发电机处于小风情况下，这些发电系统只能输出较低的电压，同 时电流也比较小，在这种情况下，通常传统的直接向蓄电池充电的控制器因电压 达不到蓄电池充电电压而难以向蓄电池实现充电，或者达到充电电压但电流过小 而损失太大达不到充进蓄电池的目的，从而使该系统阴雨天/微小风环境下仍然 能够将发电环节产生的小能量蓄电以实现供能。传统的设计总是需要考虑连续阴 雨天/微小风的情况不能向蓄电池充电从而多倍加大发电环节和储能的设计，如 太阳能电池板的加大面积不但带来成本的增加，同时在大风情况下由于阻风面积 过大还容易出现刮落的情况，甚至有将太阳能路灯灯杆刮倒的案例； 在向负载供能情况下，目前的蓄电池往往由于负载情况不定，过大或过小， 从而带来蓄电池过放，使蓄电池过早失效，采用超级电容器直接向负载放电，可 以满足负载短时大功率的要求，提高和增强了系统的输出功率，输出电压更稳定， 特别是在低温的环境下，蓄电池的充/放电能力会大幅度减弱。另外，由于超级 电容器工作电压可以低至 0V而无需担心超级电容器的过放问题。传统的蓄电池 直接放电模式，在过大负载情况容易出现过放电情况造成失效，在小负载情况下 同样会造成失效，这是由于在检测到蓄电池放完电之后关断负载，蓄电池会处于 空载状态，此时由于电池的特性会是蓄电池开路电压逐渐上升，到一定电压是将 会导致控制器判断为有电而向负载供电，在负载合适情况下，控制器工作后负载 会立即将蓄电池端电压拉低，从而停止放电，在小负载情况下，蓄电池的端电压 是逐渐降低的，此时负载会一直强制从蓄电池得到能量，从而导致蓄电池产生过 放的情况，这种情况特别在 LED路灯上常见，也是目前采用更加节能的 LED路 灯之后蓄电池短期失效急剧增大的原因； 应用设计范例： 太阳能电池板－HCC超级电容器能量控制器－高效 LED光源的太阳能路灯 系统 太阳能电池板采用 12V 40～60W，超级电容器组采用 80～100F/17.5V，蓄电 池采用 12V 45～60Ah，负载为 30～50W 高效白光 LED，采用高为 6米的灯杆。 该路灯的太阳能电池板和蓄电池比传统的太阳能路灯减少近一半的使用量。 该路灯可以在连续阴雨天情况下仍然正常工作，即使在能量极端不足情况 下，在路灯开启后的前 3～5 小时仍然可以正常工作，后续时间路灯亮度会逐渐 衰减，但会在更长的时间内都一直亮。 在该系统中，由于阴雨天太阳能电池产生的微小电能仍然能够被收集到超级 电容器组和蓄电池里，使得蓄电池除了在极端天气情况下，平时包括阴雨天也总 是处于轻度放电状态，另外充电和放电的电流是稳定的，蓄电池充放电环节比较 理想，也没有过充过放的发生，该系统内的蓄电池可以真正实现 5～8年的寿命。 北京合众汇能科技有限公司 技术部 王大志 2009年 3月 -2-