[发明专利]一种超级电容串联均压电路

说明书

技术领域

本发明属于一种均压电路，尤其涉及超级电容储能装置中的一种超级电容串联均压电路。

背景技术

在船舶电力推进系统中，船舶制动时所产生的能量是巨大的。超级电容作为一种先进的高能量储存元件，具有充放电速度快、效率高、寿命长、功率密度大、串并联组合方便以及对环境无污染等特点，它能提供和吸收瞬间大功率，因此可将超级电容进行串并联作为储能设备将船舶制动时所产生的能量存储起来用于提供船舶起动时所需的瞬时巨大的能量。但由于材料和制造工艺水平的限制，超级电容的内部参数具有离散性，它会使超级电容串联工作时的电压不均衡，从而影响了电容器的寿命和整个系统的可靠性，同时也影响电容器组的充电容量，使容量不能充分利用，存在浪费。

目前超级电容电压均衡技术主要分为两大类：①能量消耗型，如并联电阻法、稳压管法和开关电阻法。能量消耗型均压电路将端电压较高的电容器组能量以发热的形式消耗在电阻或稳压管上，以达到均压目的。它的结构简单、成本低廉，但该方法会造成能量浪费，而且发热严重，不适合应用于对效率要求高的场合。②能量转移型，如飞渡电容法、DC/DC变换器法。能量转移型均压电路通过储能元件电感、电容或反激式变压器将能量从端电压较高的超级电容器单元转移至端电压较低的超级电容器单元，以实现均压。它的均压速度快，在电压均衡的过程中只消耗少量的能量，但是这种方法不是需要复杂的实时检测电路及控制电路，就是需要较多的开关器件或磁性元件，导致电路的结构庞大而复杂，成本也随之增加，可靠性降低。因此，拓扑简洁、控制容易的超级电容均压电路是一个重要的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提供结构简单、低损耗的一种超级电容串联均压电路。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超级电容串联均压电路，包括全桥逆变器、电压乘法器和变压器，全桥逆变器的输入和电压乘法器的输出相连接，全桥逆变器包括第一～第四全控型器件Q1～Q4，四个电容C1～C4、四个二极管DQ1～DQ4，第一～第四全控型器件Q1～Q4构成全桥逆变器的四个桥臂，每个全控型器件分别并联一个二极管和一个电容，第一全控型器件Q1的源极与第五电容Cbk的1端相连，第五电容Cbk的2端串联一个第一电感LKg后与变压器初级绕组的1端相连，变压器初级绕组的2端与第四全控型器件Q4的漏极相连，变压器初级绕组的1端和2端之间并联一个第二电感Lmg，变压器次级绕组的3端和4端与电压乘法器相连。

本发明一种超级电容串联均压电路还包括：

1、电压乘法器包括第一～第四超级电容SC1～SC4，第一超级电容SC1的阳极分别与第二超级电容SC2的阴极、第六二极管D2的阴极、第七二极管D3的阳极相连，第一超级电容SC1的阴极分别与第五二极管D1的阳极、第四全控型器件Q4的源极连接；第二超级电容SC2的阳极分别与第三超级电容SC3的阴极、第八二极管D4的阴极、第九二极管D5的阳极相连；第三超级电容SC3的阳极分别与第十二极管D6的阴极、第十一二极管D7的阳极、第四超级电容SC4的阴极相连；第四超级电容SC4的阳极分别与第十二二极管D8的阴极、第二全控型器件Q2的漏极相连；第六电容C1的1端、第七电容C2的1端、第八电容C3的1端、第九电容C4的1端均与变压器次级绕组的4端相连，变压器次级绕组的3端分别与第八二极管D4的阴极、第九二极管D5的阳极、第二超级电容SC2的阳极相连，第六电容C1的2端分别与第五二极管D1的阴极、第六二极管D2的阳极相连，第七电容C2的2端分别与第七二极管D3的阴极、第八二极管D4的阳极相连，第八电容C3的2端分别与第九二极管D5的阴极、第十二极管D6的阳极相连，第九电容C4的2端分别与第十一二极管D7的阴极、第十二二极管D8的阳极相连。

2、全控型器件为N沟道PMOSFET或IGBT。

本发明的有益效果为：

通过引入电容CQ1、CQ2、CQ3、CQ4与变压器漏感L_kg产生谐振使开关器件实现零电压开关，即实现了开关器件的软开关，降低了开关损耗，均压速度快，均压效果理想，同时所需的开关器件和磁性元件少，所以电路结构和控制简单易行，减小了均压器的的体积。本发明采用的时全桥逆变器，相对于半桥逆变器来说，本发明通过采用移相全桥控制，以及对电路的电压乘法器部分中的电容参数进行设置，大幅度提高了超级电容串联均压电路的均压速度，降低了开关器件的工作频率，软开关的加入降低开关损耗，提高了电路的工作频率。

附图说明

图1(a)全控型器件为PMOSFET的新型超级电容串联均压电路图；