[发明专利]超级电容电压均衡电路及其均衡电容参数识别方法

摘要

本发明公开一种超级电容电压均衡电路，包含串联连接的第一超级电容、第二超级电容和第三超级电容；并联于第一超级电容的第一开关和第二开关，并联于第二超级电容的第三开关和第四开关，并联于第三超级电容的第五开关和第六开关；一对相反的开关控制信号；一路信号接第一开关、第三开关和第五开关；另一路信号接第二开关、第四开关和第六开关；第一均衡电容层，其包含第一均衡电容和第二均衡电容；第二均衡电容层，其包含与第一均衡电容和第二均衡电容并联连接的第三均衡电容。本发明在原来均衡电容层的旁边并联一列新的均衡电容层，加快能量转移的速度，进而缩短串联超级电容器组的电压均衡时间。

主权项

一种超级电容电压均衡电路的均衡电容参数识别方法，其特征在于，该方法包含：超级电容电压均衡电路拓扑分解为第一均压电路和第二均压电路；第一均压电路包含第一均衡电容层；第二均压电路包含第二均衡电容层；进行第一均压电路中第一均衡电容层的电容参数识别；进行第二均压电路中第二均衡电容层的电容参数识别；所述第一均压电路中第一均衡电容层的电容参数识别方法包含：选取超级电容中容量最大和最小的两个单体，从而建立第一均压电路的等效电路；在一个开关周期内基于零状态对第一均压电路的等效电路进行分析；选取第一均压电路的均衡电容的最优参数；所述第一均压电路的等效电路模型包含：串联连接于电源两端的最大超级电容Cmax和最小超级电容Cmin；最大超级电容Cmax和最小超级电容Cmin分别串联有超级电容等效串联电阻RSC；第一开关管和第二开关管，其并联连接于最小超级电容Cmin的两端；第一开关管和第二开关管分别串联连接有开关管等效串联电阻RS；第三开关管和第四开关管，其并联连接于最大超级电容Cmax的两端；第三开关管和第四开关管分别串联连接有开关管等效串联电阻RS；第一均压电路均衡电容Cf，其一端连接于第一开关管和第二开关管之间，另一端连接于第三开关管和第四开关管之间；第一均压电路均衡电容Cf串联有均衡电容等效串联电阻Rd；所述在一个开关周期内基于零状态对第一均压电路的等效电路进行分析包含：a)当第一开关管与第三开关管导通，第二开关管和第四开关管断开；电源对第一均压电路的等效电路充电，且第一均压电路均衡电容Cf与最小超级电容Cmin并联充电；设充电时间为0至ton；第一均压电路均衡电容Cf上的电压如式(3)：其中，U0为直流电压源，RC为与直流电压源串联的充电电阻，t为充电时间；最大超级电容Cmax上的电压如式(4)：电路中总的电容量C如式(5)：b)当第二开关管与第四开关管导通，第一开关管和第三开关管断开；第一均压电路均衡电容Cf与最大超级电容Cmax并联，第一均压电路均衡电容Cf向最大超级电容Cmax放电；设放电时间为ton至T；设第一均压电路均衡电容Cf的初始电压UfA如式(6)：设最大超级电容Cmax的初始电压UCmaxA如式(7)：记US为第一均压电路均衡电容Cf与最大超级电容Cmax的初始电压UfA和UCmaxA的差值；据叠加定理，第一均压电路均衡电容Cf上的电压Ucf(t)由两部分组成，包括电源U0作用产生的电压Ucf1(t)，和初始电压差值Us作用产生的电压Ucf2(t)，如式(8)：Ucf(t)＝Ucf1(t)+Ucf2(t)   (8)当电源U0单独作用时，第一均压电路均衡电容Cf上的电压Ucf1(t)如式(9)：当初始电压差值Us单独作用时，第一均压电路均衡电容Cf上的电压Ucf2(t)如式(10)：其中，Rx＝RSC+2RS+Rd；此时，电路总的电容量C’如式(11)：