一種超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路，連接N個(gè)超級(jí)電容的串聯(lián)電路，N≥2且為整數(shù)，包括N個(gè)限幅均壓電路和N-1個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路，其中：N個(gè)限幅均壓電路與N個(gè)超級(jí)電容一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)；N-1個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路與每相鄰兩個(gè)超級(jí)電容的串聯(lián)支路一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)，同時(shí)每個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端連接其對(duì)應(yīng)的相鄰兩個(gè)超級(jí)電容的串接端。本實(shí)用新型結(jié)合兩種電路的優(yōu)勢，改進(jìn)均壓能力，使得快速充電能力，適用性更強(qiáng)，均壓曲線趨于合理。同時(shí)更快的平衡容值差異造成的電壓差異，可以盡可能地壓制單體電容不超過限定電壓，從而延長單體的使用壽命。
【專利說明】一種超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于超級(jí)電容的混合損耗型均壓電路。

【背景技術(shù)】
[0002]目前儲(chǔ)能器件在迅猛發(fā)展，但是歸根結(jié)底主流還是各種化學(xué)電池。不管如何，化學(xué)電池帶來的污染問題和安全問題還是不好解決?；陔娀瘜W(xué)反應(yīng)充放電，就注定其有較大的充電限制和放電限制。而超級(jí)電容基于物理效應(yīng)充放電沒有復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，基本上沒有多大限制，所以比較適合吸收浪涌，瞬間制動(dòng)能量等突發(fā)峰值能量。同樣也比較適合突發(fā)釋放較大的瞬間能量。所以一般應(yīng)用在地鐵減速發(fā)電能量回收，港口重型起重設(shè)備，電梯等諸多能量回收再利用領(lǐng)域。特別是地鐵制動(dòng)時(shí)大比例的反向電流，可以使用超級(jí)電容來回收。據(jù)相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)，采用能源再生技術(shù)的電梯，一年可節(jié)約上萬度的電能，是比較合適的節(jié)能減排方案。
[0003]但是超級(jí)電容也有類似電池的問題，就是單體耐壓較低。比如說2.7V。為了獲得較高的使用電壓采用串接方式。但是串聯(lián)充電就要求產(chǎn)品單體在整個(gè)生命周期中，容值等特性一致，如果有差異，會(huì)導(dǎo)致在幾個(gè)充放電循環(huán)后個(gè)別單體會(huì)超過使用上限電壓。所以需要有一個(gè)均衡電路來限制單體電壓。目前常見的電壓均衡電路主要是動(dòng)態(tài)均壓和限幅均壓。他們各有優(yōu)點(diǎn)，限幅電路簡單成本低，當(dāng)電壓超過門限電壓后才開始動(dòng)作。如果充電電流在充電曲線后期還較大的話(幾倍于均壓電路的均壓能力)，個(gè)別電容將超過限定幅值，當(dāng)然最終還是會(huì)被均壓電路均衡掉。而動(dòng)態(tài)均壓會(huì)從IC的最低工作電壓開始到均衡兩兩之間的電壓差異。而不像限幅電路一樣把不平衡積累到最后解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路，結(jié)合兩種電路的優(yōu)勢，改進(jìn)均壓能力，使得快速充電能力，適用性更強(qiáng)，均壓曲線趨于合理。同時(shí)更快的平衡容值差異造成的電壓差異，可以盡可能地壓制單體電容不超過限定電壓，從而延長單體的使用壽命。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0006]一種超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路，連接N個(gè)超級(jí)電容的串聯(lián)電路，N ^ 2且為整數(shù)，所述混合損耗型均壓電路包括N個(gè)限幅均壓電路和N-1個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路，其中:
[0007]N個(gè)限幅均壓電路與N個(gè)超級(jí)電容一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)；
[0008]N-1個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路與每相鄰兩個(gè)超級(jí)電容的串聯(lián)支路一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)，同時(shí)每個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端連接其對(duì)應(yīng)的相鄰兩個(gè)超級(jí)電容的串接端。
[0009]進(jìn)一步地，所述N個(gè)限幅均壓電路結(jié)構(gòu)相同，以其中一個(gè)為例，包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、三極管Ql、三極管Q3、三極管Q5、電容Cl和基準(zhǔn)電壓源1C，其中:
[0010]所述電阻R2 —端連接所述限幅均壓電路的第一端口，另一端通過所述電阻R7連接所述限幅均壓電路的第二端口；
[0011]所述基準(zhǔn)電壓源IC的第一端通過所述電阻R3連接所述限幅均壓電路的第一端口，所述基準(zhǔn)電壓源IC的第一端通過電容Cl連接所述電阻R2和電阻R7的相接端，所述基準(zhǔn)電壓源IC的第二端連接所述限幅均壓電路的第二端口 ；所述基準(zhǔn)電壓源IC的REF端連接所述電阻R2和電阻R7的相接端；
[0012]所述三極管Ql的發(fā)射極連接所述限幅均壓電路的第一端口，集電極通過所述電阻R8連接所述限幅均壓電路的第二端口，基極通過所述電阻R4連接所述基準(zhǔn)電壓源IC的弟觸；
[0013]所述三極管Q3的集電極連接所述限幅均壓電路的第二端口，發(fā)射極通過所述電阻R9連接所述三極管Q5的基極，三極管Q3的基極通過所述電阻R6連接所述三極管Ql的集電極；
[0014]所述三極管Q5的集電極通過所述電阻Rl連接所述限幅均壓電路的第一端口，發(fā)射極連接所述限幅均壓電路的第二端口。
[0015]進(jìn)一步地，所述N-1動(dòng)態(tài)均壓電路結(jié)構(gòu)相同，以一個(gè)為例，包括:運(yùn)算放大器、電阻R5、電阻R18、電阻R74、電阻R19、三極管Q2、三極管Q7、電阻R15和電阻R10，其中:
[0016]所述運(yùn)算放大器的同相輸入端通過所述電阻R5連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的第一端，同相輸入端還通過所述電阻R18連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的第二端，反相輸入端通過所述電阻R15連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端；所述運(yùn)算放大器的輸出端通過所述電阻R74分別連接所述三極管Q2的基極和三極管Q7的基極；所述運(yùn)算放大器的輸出端還通過所述電阻R19連接所述運(yùn)算放大器的反相輸入端；
[0017]所述三極管Q2的集電極連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的第一端，發(fā)射極通過所述電阻RlO連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端；
[0018]所述三極管Q7的集電極連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的第二端，發(fā)射極連接所述三極管Q2的發(fā)射極。
[0019]進(jìn)一步地，所述N為6。
[0020]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型將兩種電路結(jié)合在一起，以應(yīng)對(duì)超級(jí)電容的快速充電。更快的平衡容值差異造成的電壓差異，可以盡可能地壓制單體電容不超過限定電壓，從而延長單體的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型的超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2是本實(shí)用新型的一實(shí)施例的具體電路圖；
[0023]圖3是四個(gè)運(yùn)放LMH6644的結(jié)構(gòu)接線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0025]請參閱圖1，本實(shí)用新型的超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路，連接N個(gè)超級(jí)電容的串聯(lián)電路，N ^ 2且為整數(shù)，本實(shí)施例中，N為6 ;混合損耗型均壓電路包括N個(gè)限幅均壓電路和N-1個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路，其中:
[0026]N個(gè)限幅均壓電路與N個(gè)超級(jí)電容——對(duì)應(yīng)并聯(lián)；
[0027]N-1個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路與每相鄰兩個(gè)超級(jí)電容的串聯(lián)支路一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)，同時(shí)每個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端連接其對(duì)應(yīng)的相鄰兩個(gè)超級(jí)電容的串接端。
[0028]N個(gè)限幅均壓電路結(jié)構(gòu)相同，以其中一個(gè)為例，如圖2所示，該限幅均壓電路包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、三極管Q1、三極管Q3、三極管Q5、電容Cl和基準(zhǔn)電壓源IC Q4,其中:
[0029]電阻R2 —端連接所述限幅均壓電路的第一端口，另一端通過電阻R7連接限幅均壓電路的第二端口 ；基準(zhǔn)電壓源IC的第一端通過電阻R3連接限幅均壓電路的第一端口，基準(zhǔn)電壓源IC的第一端通過電容Cl連接電阻R2和電阻R7的相接端，基準(zhǔn)電壓源IC的第二端連接限幅均壓電路的第二端口 ；基準(zhǔn)電壓源IC的REF端連接電阻R2和電阻R7的相接端；三極管Ql的發(fā)射極連接限幅均壓電路的第一端口，集電極通過電阻R8連接限幅均壓電路的第二端口，基極通過電阻R4連接基準(zhǔn)電壓源IC的第一端；三極管Q3的集電極連接限幅均壓電路的第二端口，發(fā)射極通過電阻R9連接三極管Q5的基極，三極管Q3的基極通過電阻R6連接三極管Ql的集電極；三極管Q5的集電極通過電阻Rl連接限幅均壓電路的第一端口，發(fā)射極連接限幅均壓電路的第二端口。
[0030]圖2中Q4為TL431，是一種基準(zhǔn)電壓源1C，此IC基準(zhǔn)電壓一致性較好，其REF (基準(zhǔn)電壓/2.5V)端接R2、R7從而產(chǎn)生分壓。由此也可以設(shè)定限幅電壓起始值，本實(shí)施例中將電壓設(shè)置在2.67V。當(dāng)Q4的REF腳電壓達(dá)到或超過2.5V時(shí)Q4的CATHODE端灌入電流會(huì)顯著變化，從而驅(qū)動(dòng)Ql，Ql又驅(qū)動(dòng)Q3，Q5是中功率三極管其增益系數(shù)較低只有50倍，而Q1、Q3是普通三極管增益系數(shù)要大于Q5。所以中間使用Q3放大。R8為Q3的基極的下拉電阻，目的是加速Q(mào)5的開關(guān)邊緣，放置Q5提前打開。圖2中，Jl的每兩個(gè)相鄰引腳接一個(gè)超級(jí)電容；
[0031]N-1動(dòng)態(tài)均壓電路結(jié)構(gòu)相同，以一個(gè)為例，請參閱圖2，該動(dòng)態(tài)均壓電路包括:運(yùn)算放大器U1A、電阻R5、電阻R18、電阻R74、電阻R19、三極管Q2、三極管Q7、電阻R15和電阻R10，其中:
[0032]運(yùn)算放大器UlA的同相輸入端通過電阻R5連接動(dòng)態(tài)均壓電路的第一端，同相輸入端還通過電阻R18連接動(dòng)態(tài)均壓電路的第二端，反相輸入端通過電阻R15連接動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端；運(yùn)算放大器的輸出端通過電阻R74分別連接三極管Q2的基極和三極管Q7的基極；運(yùn)算放大器UlA的輸出端還通過電阻R19連接運(yùn)算放大器UlA的反相輸入端；三極管Q2的集電極連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的第一端，發(fā)射極通過電阻RlO連接動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端；三極管Q7的集電極連接動(dòng)態(tài)均壓電路的第二端，發(fā)射極連接三極管Q2的發(fā)射極。
[0033]圖2中，由運(yùn)算放大器UlA和Q2、Q7構(gòu)成的推免電路，其原理是當(dāng)兩個(gè)相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容，電壓差值達(dá)到設(shè)定置偏值時(shí)，大的一方將通過Q2或Q3經(jīng)RlO釋放。之所以使用R19和R15構(gòu)成的置偏電路，是為了減少其動(dòng)作頻率，使三極管工作更加飽和，降低三極管發(fā)熱。在本實(shí)施例中中運(yùn)算放大器的供電電壓跨接了 4個(gè)超級(jí)電容，減去上下電壓工作限制，可保證動(dòng)態(tài)均壓電路在較低電壓情況的時(shí)候就可以開始動(dòng)作。U2的11腳接在R18下方，可以說跨接了四個(gè)超級(jí)電容與Ul是一致的。UlA?UlC是屬于Ul的3個(gè)部分。因?yàn)閁l和U2都是一個(gè)4運(yùn)放的元件，四個(gè)運(yùn)放使用同一個(gè)電源(LMH6644)，如圖3所示。
[0034]綜上，本實(shí)用新型結(jié)合兩種電路的優(yōu)點(diǎn)，而具備兩種電路所不具備的性能，即相對(duì)而言的快速充電能力。超級(jí)電容模組在充電初始階段，達(dá)到動(dòng)態(tài)均壓電路部分的最小工作電壓后，均壓電路就已經(jīng)開始均衡由超級(jí)電容容值誤差造成的單體間電壓差異。直到2.7V限制電壓都在工作。當(dāng)單體達(dá)到2.67V時(shí)限幅電路開始工作，此時(shí)動(dòng)態(tài)均壓電路也是工作的。我們都知道，超級(jí)電容容量很大，如果單獨(dú)靠一個(gè)均壓方式應(yīng)對(duì)大電流充電，很難保證個(gè)別單體不超過限制使用電壓(2.7V)，或者在限制電壓之上保持較長的時(shí)間。這樣導(dǎo)致模組中容量相對(duì)小的超級(jí)電容提前損耗(電容容值有制造誤差)。而單純用限幅電路難以應(yīng)付，因?yàn)樗挥性诔^限制時(shí)才起作用，是將問題積累起來在解決。而混合均壓電路可提前釋放掉單體間的差異。同時(shí)又有最后一道防護(hù)，減少了對(duì)充電電流大小的依賴。
[0035]以上實(shí)施例僅供說明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路，連接N個(gè)超級(jí)電容的串聯(lián)電路，N >2且為整數(shù)，其特征在于，所述混合損耗型均壓電路包括N個(gè)限幅均壓電路和N-1個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路，其中: N個(gè)限幅均壓電路與N個(gè)超級(jí)電容一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)； N-1個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路與每相鄰兩個(gè)超級(jí)電容的串聯(lián)支路一一對(duì)應(yīng)并聯(lián)，同時(shí)每個(gè)動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端連接其對(duì)應(yīng)的相鄰兩個(gè)超級(jí)電容的串接端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路，其特征在于，所述N個(gè)限幅均壓電路結(jié)構(gòu)相同，以其中一個(gè)為例，包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、三極管Q1、三極管Q3、三極管Q5、電容Cl和基準(zhǔn)電壓源1C，其中: 所述電阻R2 —端連接所述限幅均壓電路的第一端口，另一端通過所述電阻R7連接所述限幅均壓電路的第二端口； 所述基準(zhǔn)電壓源IC的第一端通過所述電阻R3連接所述限幅均壓電路的第一端口，所述基準(zhǔn)電壓源IC的第一端通過電容Cl連接所述電阻R2和電阻R7的相接端，所述基準(zhǔn)電壓源IC的第二端連接所述限幅均壓電路的第二端口 ；所述基準(zhǔn)電壓源IC的REF端連接所述電阻R2和電阻R7的相接端； 所述三極管Ql的發(fā)射極連接所述限幅均壓電路的第一端口，集電極通過所述電阻R8連接所述限幅均壓電路的第二端口，基極通過所述電阻R4連接所述基準(zhǔn)電壓源IC的第一端; 所述三極管Q3的集電極連接所述限幅均壓電路的第二端口，發(fā)射極通過所述電阻R9連接所述三極管Q5的基極，三極管Q3的基極通過所述電阻R6連接所述三極管Ql的集電極； 所述三極管Q5的集電極通過所述電阻Rl連接所述限幅均壓電路的第一端口，發(fā)射極連接所述限幅均壓電路的第二端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路，其特征在于，所述N-1動(dòng)態(tài)均壓電路結(jié)構(gòu)相同，以一個(gè)為例，包括:運(yùn)算放大器、電阻R5、電阻R18、電阻R74、電阻R19、三極管Q2、三極管Q7、電阻R15和電阻R10，其中: 所述運(yùn)算放大器的同相輸入端通過所述電阻R5連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的第一端，同相輸入端還通過所述電阻R18連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的第二端，反相輸入端通過所述電阻R15連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端；所述運(yùn)算放大器的輸出端通過所述電阻R74分別連接所述三極管Q2的基極和三極管Q7的基極；所述運(yùn)算放大器的輸出端還通過所述電阻R19連接所述運(yùn)算放大器的反相輸入端； 所述三極管Q2的集電極連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的第一端，發(fā)射極通過所述電阻RlO連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的輸出端； 所述三極管Q7的集電極連接所述動(dòng)態(tài)均壓電路的第二端，發(fā)射極連接所述三極管Q2的發(fā)射極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容用混合損耗型均壓電路，其特征在于，所述N為6。
【文檔編號(hào)】H02J15/00GK204012813SQ201420357030
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】楊偉明, 黃若辰, 梁波 申請人:深圳市金能弘盛能源科技有限公司