[发明专利]一种超级电容器模块开关电阻式电压均衡方法

权利要求书

1.一种超级电容器模块开关电阻式电压均衡方法，其特征在于：超级电容器模块由N只超级电容器串联组成，每个超级电容器(E)侧都有一个对应的电压检测单元(M)、电压比较器(CP)、开关(S)、电阻(R),在电容器模块以恒定电流I进行充电的过程中,第i个超级电容器的电压上升的最快,当电压检测单元M_i检测出超级电容器E_i的电压U_i超过参考电压U_R时,电压比较器CP_i翻转输出高电平,驱动开关S_i导通,从而使超级电容器E_i经过电阻R_i、开关S_i形成放电回路,此时R_i上的放电电流大小I_pi＝U_i/R,超级电容器E_i上的充电电流减小为I-I_pi,所以超级电容器E_i的电压上升速度变慢,而其他串联的超级电容器会继续以电流I充电,随后将有其他的超级电容器电压陆续超过U_R,当超级电容器组的两端总电压U_mod达到最高充电电压U_o时,充电过程结束。 

2.根据权利要求1所述的超级电容器模块开关电阻式电压均衡方法，其特征在于：用超级电容器E_i的充电时间表达式来表示超级电容模块充电时间T，并按照不同的阶段分为T₁和T₂两部分，T₁表示E₁的电压从零充到U_R需要的时间，T₂表示电压从U_R充到U_L时需要的时间，则T₁、T₂、T的表达式为 

在充电过程中，B组超级电容电压均衡模块充电损耗为零，充电电流始终为I；A组超级电容器E_i在充电后期，充电电流减小为I＝(I-a)I,损耗的功率为 E_i电压大于参考电压U_R的时间为 

当串联的只数足够多时,可以认为A组中电容器E_M的电压U_M和参考电压U_R近似相等,即E_M＝U_M,于是将U_M、T代入公式可得超级电容器E_M的容量 

根据N只超级电容器的容量均匀分布在[C₁,C_N]内，则可以推出A组超级电容器的数量 

将式(3)代入式(4)得到超级电容器A组和B组的电容数量表达式为 

根据式(1)、式(2)可得A组和B组超级电容器在充电结束时的工作电压分别如式(6)和式(7)所示 

超级电容器组的两端总电压U_mod等于A组和B组超级电容器电压的总和 

由于超级电容器的容量C_i为数千法拉，在此范围内1/C_i可以近似为线性函数，因而线性化后，和等于 

代入式(8)可得模块端电压的表达式为 

均衡电路的充电损耗Q等于A组超级电容器消耗在电阻R上的能量 

将超级电容器电压均衡模块的充电顺好能量Q作为目标函数，取参考电压U_R、电阻分流比例a作为设计变量则 

X＝[U_R，a]^T＝[x₁，x₂]^T

将其代入式(11)则目标函数为