[发明专利]使用自动电池均衡技术为电容器充电的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及电能供给电路领域，特别涉及一种为串联的电容元件，如双电 层电容器，进行充电的方法和电路。

背景技术

双电层电容器作为电子储能领域最新的创新之一，在众多领域中，如大容 量储能和功率分配，都得到了应用。与传统的电容器相比，这种新的组件能够 承受更高的能量密度以及功率密度。双电层电容器基于双层电容技术制造以提 高其电荷密度。但是，双电层电容器的最高电压却相对较低。为了达到可接受 的功率转换效率，必须将多个双电层电容元件或电池串联以支持在较高的工作 电压下的操作。

由于单个的电容器的电压取决于其电荷数，并且可能互不相同，因此，由 串联的电容器单元组成的双电层电容器系统需要一个用于对单个电容器单元上 的电压进行平均的均压电路。传统上，所述均压电路包括与所述电容器单元并 联的无源电阻或稳压二极管。然而这种均压电路将会带来较大的能量损耗。

其它传统的均压电路通过对电容器单元使用有源的电压均衡技术来实现。 有源的电压均衡技术需要使用降压/升压变换器、逆向变换器或者运算放大器电 路来实现。然而，这种对电容器单元进行有源的电压均衡需要的电路过于复杂。

因此，期待着设计一种简单高效的充电电路为串联的电容器单元充电，以 提供电压自动均衡。

发明内容

本发明提供了一种为电容器模块充电的电路，所述电容器模块包括串联连 接的第一电容元件和第二电容元件。例如，所述第一电容元件和第二电容元件 可以为双电层电容器。所述电路包括：输入节点，用于接收输入信号；输出节 点，所述输出节点与所述电容器模块相连；第三电容元件，所述第三电容元件 能连接到所述输入节点和所述输出节点；第一开关电路和第二开关电路，所述 第一开关电路和第二开关电路与所述第三电容元件相连；电压感应器，用于确 定所述第一电容元件的第一电压与所述第二电容元件的第二电压之间的关系， 以便于根据所述电压之间的关系分别控制第一开关电路和第二开关电路的切 换。

在本发明的实施例中，第一开关电路包括第一组开关元件，第二开关电路 包括第二组开关元件；振荡器与所述开关元件相连，所述振荡器用于生成第一 时钟信号和第二时钟信号；所述第一时钟信号用于控制第一组开关元件的切 换；所述第二时钟信号与所述第一时钟信号异相，用于控制第二组开关元件的 切换。

例如，所述电压感应器可以确定第一电压和第二电压的差值来控制振荡 器，以当第一电压低于第二电压时，提高所述第一时钟信号的占空比；当第一 电压高于第二电压时，降低所述第一时钟信号的占空比。

可选的，所述电压感应器也可以确定第一电压与第二电压之间的比率来控 制振荡器，以当所述比率低于预设值时，提高所述第一时钟信号的占空比；当 所述比率高于预设值时，降低所述第一时钟信号的占空比。

在本发明的实施例中，当第一时钟信号位于第一逻辑电平时，第一组开关 元件关闭；当第一时钟信号位于第二逻辑电平时，第一组开关元件打开。当第 二时钟信号位于第一逻辑电平时，第二组开关元件关闭；当第二时钟信号位于 第二逻辑电平时，第二组开关元件打开。

比较器，用于通过比较输出节点的输出电压与参考电压来控制振荡器，以 防止当输出电压达到参考电压时，第一组开关元件和第二组开关元件进行切换。

与输入节点连接有输入电流驱动电路，用于控制从所述输入节点流入的输 入电流，以使所述输入电流在第一时钟信号的各个相位均基本保持恒定。所述 输入电流驱动电路包括：

电流源；

第一电流反射镜电路，所述第一电流反射镜电路连接于所述电流源和输入 节点之间；

第二电流反射镜电路，所述第二电流反射镜电路连接于输入节点和第三开 关元件之间；

第三电流反射镜电路，所述第三电流反射镜电路连接于输入节点和第一开 关元件之间。

在本发明的一个实施例中，第一组开关元件包括：

第一开关元件，所述第一开关元件连接于第三电容元件和所述输入电流驱 动电路之间；

第二开关元件，所述第二开关元件连接于第三电容元件和接地点之间。

第二组开关元件包括：

第三开关元件，所述第三开关元件连接于输入电流驱动电路和位于第一电 容元件和第二电容元件之间的普通节点之间；

第四开关元件，所述第四开关元件连接于第三电容元件和输出节点之间；