[发明专利]一种超级电容器模块开关电阻式电压均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及电容器的充放电技术，具体是一种超级电容器模块开关电阻式电压均衡方法。 

背景技术

目前,在独立光伏系统中,一般以铅酸蓄电池作为系统储能器件,但蓄电池自身并不完善,存在一些缺点,如环境污染、循环寿命短、充电状态判断困难、对环境温度要求高、维护量较大及不适用于脉动负载等,制约了独立光伏系统的大规模发展。 

超级电容器是利用双电层原理直接储存电能的新型储能元件,其容量可达数万法拉,能量密度显著高于传统的静电电容器,而功率密度却保持静电电容器的优点。此外,超级电容器还具有循环寿命长、工作温度范围宽、环境友好等优点。采用超级电容器作为独立光伏系统的储能装置,不仅能够较好地解决蓄电池的一些问题,而且可以进一步改善光伏输出的电能质量,提高系统的电压和频率的稳定性。但是超级电容器也有不足的地方,单体电压低,容量参数分散,这使得在采用多个超级电容器串并联组合构成超级电容器储能模块时,必须使用超级电容器模块电压均衡电路才能保护模块的安全和正常工作。 

开关电阻法是目前应用较多的一种超级电容器电压均衡方法,具有电路简单、成本低、可靠性高的特点。但是目前在开关电阻式电压均衡装置的设计中,一般都忽略了电压均衡装置在充电过程中的损耗问题，电阻功率大会发热严重,增大装置体积,降低储能系统的效率；而电阻功率太小,电压均衡能力差,又不能保障储能系统的可靠正常工作。 

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种超级电容器模块开关电阻式电压均衡方法，它能使电压均衡模块在保障超级电容器模块可靠工作的同时,将电 压均衡的损耗降到最低。在1000w的光伏发电用超级电容器储能系统中,采用该方法设计了超级电容器电压均衡模块具有较高的实用价值。 

本发明一种超级电容器模块开关电阻式电压均衡方法，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。 

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