[發(fā)明專利]基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置及方法

在審

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• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105576795A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凡紹桂;段建東;孫力;肖倩;劉云霞
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力超級電容器均壓控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電力超級電容器被廣泛的應(yīng)用在微電網(wǎng)，以及各種電力變換領(lǐng)域。電力超級電容 器容值較大一般在3000F以上，具有優(yōu)于蓄電池的功率密度以及使用壽命，但是超級電容單 體電壓一般都比較低，最大單體電壓一般在2.7V左右，如果高于該值，會對超級電容器產(chǎn)生 不可逆轉(zhuǎn)的損害。

由于超級電容低單體電壓特性，而電力應(yīng)用時需要超級電容組電壓比較高，這是 就需要將超級電容器串聯(lián)起來使用。由于超級電容器原理是基于雙電層理論的，填充在雙 電層之間的電解液很難保證超級電容單體容值相等，這樣在串聯(lián)使用時，不同容值的超級 電容器就會帶來不同的端電壓，就會出現(xiàn)端電壓有低有高的情況。超級電容電壓低對超級 電容影響不大，但是如果超級電容電壓高，會是超級電容電解液電解，以及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 嚴重影響超級電容壽命。

超級電容均衡電路的出現(xiàn)，正是為了解決超級電容電壓均衡問題。目前普遍采用 的均衡策略是被動式采用電阻放電的形式，將電壓高的單體能量通過放電電阻釋放掉，該 方式不但效率低，而且均衡速度很慢，一般用在小容量超級電容器上，不適合應(yīng)用在電力超 級電容器中。還有人提出了一些采用電感、電容以及開關(guān)管進行的超級電容均衡技術(shù)，但是 這些技術(shù)能量轉(zhuǎn)移慢，一般用在小容量超級電容器上，同樣不適合應(yīng)用在電力超級電容器 中。所以急需一種均衡速度快，而且均衡效率高的超級電容均衡策略。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有超級電容均壓技術(shù)中存在能量轉(zhuǎn)移慢和不適用于電力超級 電容器的問題，提出了基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置及方法。

基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置包括中央控制器、n個有源嵌 位開關(guān)電源、超級電容組電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源、超級電容組和超級電容電壓采樣電路，所 述超級電容組由n個超級電容單體組成，所述超級電容電壓采樣電路對超級電容組的超級 電容單體電壓進行采集，超級電容電壓采樣電路的電壓信號輸出端與中央控制器的電壓信 號輸入端連接，中央控制器的控制信號輸出端與n個有源嵌位開關(guān)電源的控制信號輸入端 連接，每個有源嵌位開關(guān)電源的充電信號輸出端與一個超級電容單體的充電信號輸入端連 接，超級電容組電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源為n個有源嵌位開關(guān)電源供電。

基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓方法，它是基于下述裝置實現(xiàn)的， 所述裝置包括中央控制器、n個有源嵌位開關(guān)電源、超級電容組電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源、超級 電容組和超級電容電壓采樣電路，所述超級電容組由n個超級電容單體組成，所述超級電容 電壓采樣電路對超級電容組的超級電容單體電壓進行采集，超級電容電壓采樣電路的電壓 信號輸出端與中央控制器的電壓信號輸入端連接，中央控制器的控制信號輸出端與n個有 源嵌位開關(guān)電源的控制信號輸入端連接，每個有源嵌位開關(guān)電源的充電信號輸出端與一個 超級電容單體的充電信號輸入端連接，超級電容組電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源為n個有源嵌位開 關(guān)電源供電；

所述方法為：

步驟一、中央控制器通過控制超級電容電壓采樣電路采集到每個超級電容單體的 電壓V_p，1≤p≤n，獲得超級電容組的電壓平均值V_average；

步驟二、判斷第p個超級電容單體電壓是否滿足V_p＜V_average，是，則控制與其相連的 有源嵌位開關(guān)電源打開，此時第p個超級電容單體電壓升高，其他超級電容單體電壓下降；

步驟三、循環(huán)執(zhí)行步驟一和步驟二，直至每個超級電容單體電壓都滿足V_average-△ V＜V_j＜V_average+△V，1≤j≤n，△V為系統(tǒng)允許的超級電容單體端電壓偏差值，系統(tǒng)完成均壓 任務(wù)。

有益效果：本發(fā)明提出的基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置及方 法中，由于有源嵌位開關(guān)電源輸出電流比較大，達到20A，所以可以為大容量超級電容提供 均衡電源，均衡速度快，可用于充電過程中的均衡；并且由于有源嵌位開關(guān)電源采用新型軟 開關(guān)技術(shù)，效率非常高，提升了整個系統(tǒng)均衡效率。另外，本發(fā)明采用模塊化設(shè)計，使系統(tǒng)便 于集成與維護。

附圖說明

圖1為具體實施方式一所述的基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置 的原理示意圖；