[實用新型]超級電容組電壓均衡裝置

有效

• 申請號: 200920218977.5
• 申請日: 2009-12-11
• 公開（公告）號: CN201663486U
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 許家群;宋小敬
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本實用新型涉及一種電壓均衡裝置，尤其是一種能均衡串聯超級電容器組各單體之間電壓的裝置。?

背景技術

超級電容的額定電壓較低，在應用中需要大量的串聯。由于每個超級電容器之間特性參數的分散性，超級電容器組在正常充放電或者靜止狀態下，單體之間的電壓會出現不均衡，過充和過放現象都會造成超級電容器的永久損壞，進而造成整個儲能系統的失效。?

為了均衡串聯超級電容器組的單體電壓，一般采用電壓均衡電路。其中，無源均衡是把電壓高的超級電容多余部分能量消耗掉，即通過阻性器件消耗能量；有源均衡是能量轉移型均壓技術，即通過儲能器件轉移能量，能耗小，并且可控性好。?

有源均衡方法中，飛渡電容法是將均衡電容器在串聯電容組內電壓最高的單體電容組和串聯電壓最低的單體電容組之間進行并聯切換，完成電荷由電壓最高的單體電容組到電壓最低的單體電容組的轉移，從而使電壓高的單體電容組的電壓下降，電壓低的單體電容組的電壓上升，達到均衡的目的。這種均壓方法能快速進行電壓均衡，且均壓精度高、損耗小，無論是在充放電狀態還是在靜止狀態都可進行電壓均衡。但這種均壓方法動態性能較差，因為它需要繼電器網絡來選通均衡電容和高壓電容(低壓電容)，當繼電器導通瞬間，系統沖擊電流大，設備可靠性低。?

有源均衡方法中的DC/DC變換器法是在每兩個相鄰的超級電容器之間都聯結一個DC/DC變換器，通過比較相鄰超級電容之間的電壓，將電壓高的超級電容的能量通過變換器轉移到電壓低的電容器中去。對于由N個電容器組成的串聯電容器組，需要N-1個DC/DC變換器。這種方法的優點是能量損耗低，電壓均衡速度快，對充放電狀態都可進行電壓均衡。但缺點是需要的電感、開關管等功率器件多，控制復雜，成本高。?

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有超級電容電壓均衡技術的上述缺陷，為串聯超級電容組提供了一種新的電壓均衡方法-飛渡變換器法。該方法利用DC/DC變換器穩壓、動態性能好的優點來解決飛渡電容器法中系統沖擊電流大的問題，同時可以有效控制均衡電容器和串聯超級電容組單體之間的能量流動，使得電壓均衡電路的能耗低、均衡速度快、沖擊電流小、成本低。?

為了實現上述目的，本實用新型采取了如下技術方案。本實用新型包括串聯超級電容組1、開關陣列2、DC/DC變換器3、均衡電容器4、檢測單元5和控制單元6。其中：?

超級電容組1與檢測單元5相接，通過檢測單元5檢測出電壓信號，電流信號和溫度信號。電壓信號是檢測超級電容各單體電壓和均衡電容器上的電壓；電流信號是檢測均衡電容器上的電流，并利用該電流信號判斷出超級電容組的充放電狀態；溫度信號是檢測超級電容組的溫度，由于超級電容的狀態和參數受它自身的溫度影響，因此實時地檢測溫度可以幫助準確的估計超級電容器的狀態，從而更好的進行均衡控制。?

控制單元6與檢測單元5相連接，處理檢測單元5輸入的電壓、電流、溫度信號，輸出繼電器開關陣列2和DC/DC變換器3的控制信號；?

串聯超級電容組1、開關陣列2、DC/DC變換器3和均衡電容器4依次連接，檢測單元5的輸入端與串聯超級電容組1和均衡電容器4相連接，輸出端與控制單元6相連接，控制單元6的輸出端與開關陣列2和DC/DC變換器3相連接，控制單元6輸出的控制信號來控制開關陣列2和DC/DC變換器3，最終實現超級電容組1與均衡電容器4之間的能量傳遞。其中均衡電容器4是與超級電容組1進行能量傳遞、實現超級電容組電壓均衡功能的電容器。?

開關陣列的選通順序和DC/DC變換器的控制方式按如下步驟實施：?

(1)檢測器5檢測均衡電容器4的電流，并將該電流傳動給控制單元6，控制單元6根據檢測到的均衡電容器上電流的大小和方向判斷超級電容器組的充放電狀態。如果超級電容組處于充電狀態，則選取充電狀態時的控制策略；反之，選取放電狀態時的控制策略。?

所述的充電狀態時的控制策略如下：?

1)檢測單元5檢測超級電容組1各單體電壓(超級電容組中單個超級電容的電壓)和均衡電容器4電壓；?

2)控制單元6找出超級電容組中電壓最大的超級電容，其電壓記為Umax，并給開關陣列2發出控制信號，使電壓最大的超級電容與DC/DC變換器相連接，?

3)控制單元6對DC/DC變換器3的功率開關發出控制信號，使DC/DC變換器3工作在升壓狀態；?