基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及電力超級電容器均壓控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力超級電容器被廣泛的應(yīng)用在微電網(wǎng)，W及各種電力變換領(lǐng)域。電力超級電容 器容值較大一般在3000FW上，具有優(yōu)于蓄電池的功率密度W及使用壽命，但是超級電容單 體電壓一般都比較低，最大單體電壓一般在2.7V左右，如果高于該值，會對超級電容器產(chǎn)生 不可逆轉(zhuǎn)的損害。
[0003] 由于超級電容低單體電壓特性，而電力應(yīng)用時需要超級電容組電壓比較高，運是 就需要將超級電容器串聯(lián)起來使用。由于超級電容器原理是基于雙電層理論的，填充在雙 電層之間的電解液很難保證超級電容單體容值相等，運樣在串聯(lián)使用時，不同容值的超級 電容器就會帶來不同的端電壓，就會出現(xiàn)端電壓有低有高的情況。超級電容電壓低對超級 電容影響不大，但是如果超級電容電壓高，會是超級電容電解液電解，W及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 嚴重影響超級電容壽命。
[0004] 超級電容均衡電路的出現(xiàn)，正是為了解決超級電容電壓均衡問題。目前普遍采用 的均衡策略是被動式采用電阻放電的形式，將電壓高的單體能量通過放電電阻釋放掉，該 方式不但效率低，而且均衡速度很慢，一般用在小容量超級電容器上，不適合應(yīng)用在電力超 級電容器中。還有人提出了一些采用電感、電容W及開關(guān)管進行的超級電容均衡技術(shù)，但是 運些技術(shù)能量轉(zhuǎn)移慢，一般用在小容量超級電容器上，同樣不適合應(yīng)用在電力超級電容器 中。所W急需一種均衡速度快，而且均衡效率高的超級電容均衡策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明為了解決現(xiàn)有超級電容均壓技術(shù)中存在能量轉(zhuǎn)移慢和不適用于電力超級 電容器的問題，提出了基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置及方法。
[0006] 基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置包括中央控制器、n個有源嵌 位開關(guān)電源、超級電容組電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源、超級電容組和超級電容電壓采樣電路，所 述超級電容組由n個超級電容單體組成，所述超級電容電壓采樣電路對超級電容組的超級 電容單體電壓進行采集，超級電容電壓采樣電路的電壓信號輸出端與中央控制器的電壓信 號輸入端連接，中央控制器的控制信號輸出端與n個有源嵌位開關(guān)電源的控制信號輸入端 連接，每個有源嵌位開關(guān)電源的充電信號輸出端與一個超級電容單體的充電信號輸入端連 接，超級電容組電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源為n個有源嵌位開關(guān)電源供電。
[0007] 基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓方法，它是基于下述裝置實現(xiàn)的， 所述裝置包括中央控制器、n個有源嵌位開關(guān)電源、超級電容組電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源、超級 電容組和超級電容電壓采樣電路，所述超級電容組由n個超級電容單體組成，所述超級電容 電壓采樣電路對超級電容組的超級電容單體電壓進行采集，超級電容電壓采樣電路的電壓 信號輸出端與中央控制器的電壓信號輸入端連接，中央控制器的控制信號輸出端與n個有 源嵌位開關(guān)電源的控制信號輸入端連接，每個有源嵌位開關(guān)電源的充電信號輸出端與一個 超級電容單體的充電信號輸入端連接，超級電容組電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源為n個有源嵌位開 關(guān)電源供電；
[000引所述方法為：
[0009] 步驟一、中央控制器通過控制超級電容電壓采樣電路采集到每個超級電容單體的 電壓Vp，1如如，獲得超級電容組的電壓平均值Vaverage ;
[0010] 步驟二、判斷第P個超級電容單體電壓是否滿足Vp<Vaverage，是，則控制與其相連的 有源嵌位開關(guān)電源打開，此時第P個超級電容單體電壓升高，其他超級電容單體電壓下降；
[0011] 步驟S、循環(huán)執(zhí)行步驟一和步驟二，直至每個超級電容單體電壓都滿足Vaverage-A V<Vj<Vaverage+AV，l y如，AV為系統(tǒng)允許的超級電容單體端電壓偏差值，系統(tǒng)完成均壓 任務(wù)。
[0012] 有益效果:本發(fā)明提出的基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置及方 法中，由于有源嵌位開關(guān)電源輸出電流比較大，達到20A，所W可W為大容量超級電容提供 均衡電源，均衡速度快，可用于充電過程中的均衡;并且由于有源嵌位開關(guān)電源采用新型軟 開關(guān)技術(shù)，效率非常高，提升了整個系統(tǒng)均衡效率。另外，本發(fā)明采用模塊化設(shè)計，使系統(tǒng)便 于集成與維護。
【附圖說明】
[0013] 圖1為【具體實施方式】一所述的基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置 的原理示意圖；
[0014] 圖2為【具體實施方式】二所述的有源嵌位開關(guān)電源2的拓撲結(jié)構(gòu)電路圖；
[0015] 圖3為【具體實施方式】五所述的有源嵌位開關(guān)電源2的控制原理圖；
[0016] 圖4為【具體實施方式】六所述的有源嵌位開關(guān)電源2的工作時序波形圖；
[0017] 圖5為階段1電路工作電流流向圖；
[0018] 圖6為階段2電路工作電流流向圖；
[0019] 圖7為階段3電路工作電流流向圖；
[0020] 圖8為階段4電路工作電流流向圖；
[0021] 圖9和圖10為階段5電路工作電流流向圖；
[0022] 圖11為階段6電路工作電流流向圖；
[0023] 圖12和圖13為階段7電路工作電流流向圖；
[0024] 圖14為階段8電路工作電流流向圖。
【具體實施方式】
[0025]
【具體實施方式】一、結(jié)合圖1說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】所述的基于有源 嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電容均壓裝置包括中央控制器Un個有源嵌位開關(guān)電源2、超級 電容組電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源3、超級電容組4和超級電容電壓采樣電路5,所述超級電容組4 由n個超級電容單體組成，所述超級電容電壓采樣電路5對超級電容組4的超級電容單體電 壓進行采集，超級電容電壓采樣電路5的電壓信號輸出端與中央控制器1的電壓信號輸入端 連接，中央控制器1的控制信號輸出端與n個有源嵌位開關(guān)電源2的控制信號輸入端連接，每 個有源嵌位開關(guān)電源2的充電信號輸出端與一個超級電容單體的充電信號輸入端連接，超 級電容組4電壓Vc轉(zhuǎn)24V開關(guān)電源3為n個有源嵌位開關(guān)電源2供電。
[0026] 本實施方式中所述的中央控制器1采用由一個CPUW及通訊模塊與開關(guān)管驅(qū)動模 塊等組成的控制系統(tǒng)實現(xiàn)，通過控制超級電容電壓采樣單元5采集每個超級電容單體的電 壓，并計算超級電容組4的電壓平均值;斷第P個超級電容單體電壓是否滿足Vp<Vaverage，是， 則控制與其相連的有源嵌位開關(guān)電源2打開，此時第P個超級電容單體電壓升高，其他超級 電容單體電壓下降;循環(huán)執(zhí)行上述過程，直至每個超級電容單體電壓都滿足Vaverage-AV<Vj <Vaverage + AV，l y ^n, AV為系統(tǒng)允許的超級電容單體端電壓偏差值，系統(tǒng)完成均壓任 務(wù)。
【具體實施方式】 [0027] 二、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有源嵌位軟開關(guān)電源的電力超級電 容均壓裝置，其特征在于，所述有源嵌位開關(guān)電源2的拓撲電路采用同步整流方式，該拓撲 電路包括24V恒壓源Vin、流控電流源i3/k、壓控電壓源kVi、激磁電感Lm、一次側(cè)漏感k、二次 側(cè)漏感Lsr、濾波電感LO、主開關(guān)管Si、有源嵌位輔助開關(guān)管S2、第一同步整流開關(guān)管S3、第二 同步整流開關(guān)管S4、濾波開關(guān)管S5、第一體二極管Dl、第二體二極管〇2、第；體二極管〇3、第四 體二極管〇4、第五體二極管化、第一電容Cr、第二電容C2、第=電容C3、第四電容C4、第五電容 Cs、有源嵌位電容Cl、濾波電容Co和負載電阻化，其中等效變壓器一次側(cè)等效為激磁電感Lm和 流控電流源i3/k并聯(lián)然后與一次側(cè)漏感以串聯(lián)結(jié)構(gòu)，等效變壓器二次側(cè)等效為壓控電壓源 kVi與二次偵爛感Lsr串聯(lián)結(jié)構(gòu)，k為變壓器一次側(cè)線圈m與二次側(cè)線圈m的應(yīng)數(shù)之比；
[0028] 所述24V恒壓源Vin的正極與一次側(cè)漏感k的一端連接，一次側(cè)漏感k的另一端與 激磁電感Lm的一端連接，激磁電感Lm的另一端同時與有源嵌位電容Cl的一端、主開關(guān)管Si的 漏極、第一體二極管化的陰極和第一電容Cr的一端連接，有源嵌位電容Cl的另一端同時與第 二電容C2的一端、第二體二極管化的陽極、有源嵌位輔助開關(guān)管S2的源極連接，第二電容C2 的