[发明专利]基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力超级电容器均压控制领域。

背景技术

电力超级电容器被广泛的应用在微电网，以及各种电力变换领域。电力超级电容 器容值较大一般在3000F以上，具有优于蓄电池的功率密度以及使用寿命，但是超级电容单 体电压一般都比较低，最大单体电压一般在2.7V左右，如果高于该值，会对超级电容器产生 不可逆转的损害。

由于超级电容低单体电压特性，而电力应用时需要超级电容组电压比较高，这是 就需要将超级电容器串联起来使用。由于超级电容器原理是基于双电层理论的，填充在双 电层之间的电解液很难保证超级电容单体容值相等，这样在串联使用时，不同容值的超级 电容器就会带来不同的端电压，就会出现端电压有低有高的情况。超级电容电压低对超级 电容影响不大，但是如果超级电容电压高，会是超级电容电解液电解，以及发生化学反应， 严重影响超级电容寿命。

超级电容均衡电路的出现，正是为了解决超级电容电压均衡问题。目前普遍采用 的均衡策略是被动式采用电阻放电的形式，将电压高的单体能量通过放电电阻释放掉，该 方式不但效率低，而且均衡速度很慢，一般用在小容量超级电容器上，不适合应用在电力超 级电容器中。还有人提出了一些采用电感、电容以及开关管进行的超级电容均衡技术，但是 这些技术能量转移慢，一般用在小容量超级电容器上，同样不适合应用在电力超级电容器 中。所以急需一种均衡速度快，而且均衡效率高的超级电容均衡策略。

发明内容

本发明为了解决现有超级电容均压技术中存在能量转移慢和不适用于电力超级 电容器的问题，提出了基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置及方法。

基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置包括中央控制器、n个有源嵌 位开关电源、超级电容组电压Vc转24V开关电源、超级电容组和超级电容电压采样电路，所 述超级电容组由n个超级电容单体组成，所述超级电容电压采样电路对超级电容组的超级 电容单体电压进行采集，超级电容电压采样电路的电压信号输出端与中央控制器的电压信 号输入端连接，中央控制器的控制信号输出端与n个有源嵌位开关电源的控制信号输入端 连接，每个有源嵌位开关电源的充电信号输出端与一个超级电容单体的充电信号输入端连 接，超级电容组电压Vc转24V开关电源为n个有源嵌位开关电源供电。

基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压方法，它是基于下述装置实现的， 所述装置包括中央控制器、n个有源嵌位开关电源、超级电容组电压Vc转24V开关电源、超级 电容组和超级电容电压采样电路，所述超级电容组由n个超级电容单体组成，所述超级电容 电压采样电路对超级电容组的超级电容单体电压进行采集，超级电容电压采样电路的电压 信号输出端与中央控制器的电压信号输入端连接，中央控制器的控制信号输出端与n个有 源嵌位开关电源的控制信号输入端连接，每个有源嵌位开关电源的充电信号输出端与一个 超级电容单体的充电信号输入端连接，超级电容组电压Vc转24V开关电源为n个有源嵌位开 关电源供电；

所述方法为：

步骤一、中央控制器通过控制超级电容电压采样电路采集到每个超级电容单体的 电压V_p，1≤p≤n，获得超级电容组的电压平均值V_average；

步骤二、判断第p个超级电容单体电压是否满足V_p＜V_average，是，则控制与其相连的 有源嵌位开关电源打开，此时第p个超级电容单体电压升高，其他超级电容单体电压下降；

步骤三、循环执行步骤一和步骤二，直至每个超级电容单体电压都满足V_average-△ V＜V_j＜V_average+△V，1≤j≤n，△V为系统允许的超级电容单体端电压偏差值，系统完成均压 任务。

有益效果：本发明提出的基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置及方 法中，由于有源嵌位开关电源输出电流比较大，达到20A，所以可以为大容量超级电容提供 均衡电源，均衡速度快，可用于充电过程中的均衡；并且由于有源嵌位开关电源采用新型软 开关技术，效率非常高，提升了整个系统均衡效率。另外，本发明采用模块化设计，使系统便 于集成与维护。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置 的原理示意图；