[发明专利]用于超级电容储能系统的单体电压均衡控制系统、方法

说明书

本发明提供了用于超级电容储能系统的单体电压均衡控制系统、方法，不仅可实现高效率的能量均衡，且具有较好的节能性和可靠性，可批量应用；用于超级电容储能系统的单体电压均衡控制系统，其包括至少两个超级电容，且串联连接形成模组，其还包括均衡模块，用以实现能量转移式均压控制，在每个所述超级电容两端均并联连接有所述均衡模块，在相邻的两个所述超级电容串联节点与其对应的相邻的两个所述均衡模块串联节点之间连接有电感Leq，所述均衡模块包括MOS管、二极管，所述二极管的的正极接于所述MOS管的源极，所述二极管的负极接于所述MOS管的漏极，所述MOS管的栅极与控制器相连接。

技术领域

本发明涉及超级电容模组技术领域，具体为用于超级电容储能系统的单体电压均衡控制系统、方法。

背景技术

超级电容储能系统由于功率密度高(可达102W/kg)、循环寿命高(10万次以上)、工作温度范围宽、免维护且绿色无污染，广泛应用于如城市轨道交通储能、石油钻井势能回收、风机变桨控制后备电源等。超级电容储能系统都必须对超级电容单体串联而成的模组进行内部单体电压的均衡控制，因为超级电容单体电压过高或过低于允许范围，都会造成超级电容模组或整个储能装置的损坏或失效；因此需要对多个超级电容单体进行一致性协调控制，以确保超级电容模组的安全、损耗和寿命的最优化控制。超级电容模组由多个超级电容单体组成，模组内部单体电压均衡控制器实质是一个功率电子控制器，用于均衡每个单体中的电压，现有模组内部单体电压均衡控制器技术路线经典的有电阻式、电容式和变压器式，如下：

(1)电阻式均衡器是一种消耗能量类被动均衡控制方式，也是目前市场上最常用的均衡控制方式，其本质是依靠电阻发热消耗较高电压的单体能量，但由于自身发热问题且超级电容避免高温影响效率，电阻均衡器往往具有300～500mA范围内的低均衡电流，不仅实际均衡所花时间较长，且效率低，虽然国际主流IC基本都采用此方案，但这种方式不推荐用于高可靠的超级电容模组；

(2)电容式均衡器使用开关投切普通电容器，属于能量转移型均衡控制，利用电容将较高电压的单体转移能量至较低电压的单体，检测较高电压的单体通过开关导通切入普通电容器而对普通电容器充电，然后对较低电压的单体通过普通电容器放电实现均衡控制，即切换单体间的容量，使每个单体物理上具有相同电压，从而表现出比电阻式均衡器更高的电流能力，但却无法控制励磁涌流，且在单体电压差异大的情况会导致具有潜在破坏性的纹波电流注入单体；

(3)变压器式均衡器则是以变压器等磁性储能元件为基础，如采用反激式变压器，使用非常复杂的多二次绕组变压器，先闭合开关高电压单体能量给二次线圈充电，然后断开二次线圈开关闭合初级线圈开关将多余能量通过初级线圈转移到整个超级电容单体上；同理，对于低电压单体则是先闭合初级线圈充磁，再由二次绕组对低电压单体进行充电完成电压均衡；理论上这类磁能与电能实现能量转移低损耗，可以满足大多数储能需求，高均衡电流、高效率，能处理入电流限制和单体压差控制等复杂的控制，但实际这类变压器难以规模生产，因为二次绕组必须完全相同的电压和电阻，否则均衡不准确造成压差过大，另外缺乏复杂电压电流控制算法能力，因此变压器式均衡控制方式在商业上很难成功批量应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了用于超级电容储能系统的单体电压均衡控制系统、方法，不仅可实现高效率的能量均衡，且具有较好的节能性和可靠性，可批量应用。

其技术方案是这样的：用于超级电容储能系统的单体电压均衡控制系统，其包括至少两个超级电容，且串联连接形成模组，其特征在于：其还包括均衡模块，用以实现能量转移式均压控制，在每个所述超级电容两端均并联连接有所述均衡模块，在相邻的两个所述超级电容串联节点与其对应的相邻的两个所述均衡模块串联节点之间连接有电感Leq，所述均衡模块包括MOS管、二极管，所述二极管的的正极接于所述MOS管的源极，所述二极管的负极接于所述MOS管的漏极，所述MOS管的栅极与控制器相连接。

其进一步特征在于：