一种新型串联超级电容器组动态均压装置，包括硬件电路和控制器两部分；所述硬件电路包括产生平衡电流的分流电容Cb、开关网络、超级电容器组、电压测量单元；所述开关网络包括开关S1、S2、S3、S4、……S2n-1和S2n，所述超级电容器组包括超级电容C1、C2、……Cn，其中n为自然数，所述电压测量单元包括与超级电容对应个数的电压测量装置；对于任意一组开关S2n-1和S2n，对应超级电容Cn以及相应的电压测量装置；所述分流电容Cb的两极分别通过S2n-1和S2n连接超级电容Cn的两极；加在所述超级电容Cn两端的电压UCn由相应的电压测量装置测量，并把测量结果传给控制器；控制器输出开关控制信号，控制开关网络中的各个开关的开关状态。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能技术、电源领域，特指一种新型串联超级电容器组动态均压装置及其控制策略，适用于电动汽车、风力发电以及光伏发电的储能系统。
技术介绍
随着新能源发电和电动汽车的发展，电能存储的重要性日益突现。目前常用的电能存储装置有蓄电池、飞轮、超级电容、超导磁体等。超级电容器作为一种新型的储能元件，其性能优越，尤其是功率密度很高，因此可以作为辅助能源，和蓄电池或燃料电池作为电动汽车的混合动力源，这样就可以很好的弥补传统电动汽车的不足之处。超级电容器提供汽车启动、加速以及爬坡时短时的大功率，特别是电动汽车下坡或者减速的时候，由超级电容器吸收能量，实现制动能量回收，既保护蓄电池免受大电流的冲击，维护了电池的健康，同时又提高了能量回收的效率。超级电容就是电容量很大的电容，通常其容量都以F做 为单位，现在已有3000F的超级电容。所以超级电容又叫法拉电容或者黄金电容。超级电容器由于额定工作电压很小，为了满足电动汽车对于储能功率的要求，一般均需将其进行串联使用，由于各超级电容器在电容量、等效串联内阻和漏电流等参数上存在差异，导致了超级电容器组中各单体电压的不一致，进而影响超级电容器组的利用率和使用寿命，均压技术在超级电容器的实际应用中起着十分重要的作用。超级电容器的均压技术主要有两类能量消耗型和能量转移型。能量消耗型均压技术虽然电路简单、控制方便、节约成本，但其主要将多余能量消耗在电阻或稳压管上，能量浪费严重，发热量大。能量转移型均压技术是通过能量变换器将单体之间偏差的能量转移到组中其他单体，从而实现均压目的，在均压过程中，无谓能量消耗很少，能显著提高储能系统的效率。目前较为成熟的能量转移型均压技术有开关电容法、开关电感法、飞渡电容法和DC/DC变换器法，其中开关电容和开关电感法中多个电感和多个电容的重量和成本都是不容忽视的，且需要占用很大的空间；而DC-DC变换器法，控制相对复杂，成本较高，飞渡电容法是目前较为先进的一种均压方法，但受其原理的制约，均压速率较慢，因此比较适宜于静态均压，而难以满足电动汽车储能系统对动态均压的要求。为了便于在下文中进一步说明本专利所述新型动态均压装置的创新点，在这里简明介绍“飞渡电容法飞渡电容”法是在开关电容法的基础上提出了均压技术，该方法是一种单电容均压方法，利用一个容量较小的普通电容器作为中间储能单元进行转移能量，即“飞渡电容”，适时地检测各串联超级电容器的电压，前半个周期将普通电容始终与电压最高的超级电容器相连，由电压最高的超级电容器给普通电容充电，后半个周期将普通电容始终与电压最低的超级电容器相连，以使普通电容给电压最低的超级电容器充电，反复动作开关逐渐达到均压。飞渡电容均压方法进一步降低了能量损耗，减少了开关电容法由于多个电容的存在，而造成的重复无效的能量流动，从而加快了均压的速度，但从原理上看，还是借助一个“飞渡电容”来转移能量，由于该电容的容量较之需均压的超级电容单体的容量有着十分悬殊的差距，因此均压过程需要经历次数较多的开关网络切换，一方面增加了开关损耗，另一方面也增加了均压时间，不适用于需要快速均压的的动态均压场合。鉴于上述分析，有必要专利技术一种新装置，使用简单的控制方法、较少的元器件，实现高速度、高效率的超级电容器组动态均压。
技术实现思路
技术问题本专利技术针对现有超级电容器组动态均压技术的不足进行设计，提出了一种新型的动态均压装置，该装置部分借鉴了已有的静态均压思想，然而出发点与已有的均压技术有着显著不同，构造了新的均压电路拓扑结构，提出了新的控制方法，提高了动态均压技术的可行性，改善了动态均压的效果。与此同时，本专利技术中所提出的动态均压装置使用较少的元器件，减小了体积，节约了成本，降 低了动态均压电路结构的复杂度，提高了均压的效率和速度，非常适合用于电动汽车储能系统。技术方案现有的超级电容器组动态均压技术都有自己的特点，适用于不同的使用环境、使用条件，但是，它们都有自己的弊端，不能很好的满足电动汽车储能系统的要求，并且很关键的一点是，现有的动态均压技术一般均直接移植于静态均压技术，因此对动态均压往往缺乏针对性。鉴于此，本专利技术灵活借鉴已有的超级电容器组均压的思想以及相关的技术，从一个新的思路出发，巧妙地构造了新的电路拓扑结构，提出新颖的控制方法，实现了小体积、高效率、低成本的超级电容器组动态均压。本专利技术拟解决的核心问题是提出新的均压方法和对应所需的均压电路结构，减小均压装置的体积和成本，同时依赖于控制策略，即所谓的软件方法，来实现高效率、高精度的超级电容器组动态均压。因此，本专利技术提供的技术方案由两部分组成，一为新型串联超级电容器组动态均压装置的电路拓扑，包括了硬件电路和控制器；二为该装置的控制策略。该装置的电路结构比较简单，控制方案十分灵活，串联超级电容器组的动态均压效果良好，因此非常适合于电动汽车、风力发电以及光伏发电的储能系统。本专利技术所述的硬件电路包括产生“平衡电流”的分流电容I、由功率开关器件阵列或继电器阵列组成的开关网络2，后接由多个超级电容器串联组成的超级电容器组3，再接监测各超级电容器单体端电压的电压测量单元4 ;控制器5根据实时获取的各超级电容器单体电压信号，产生控制信号，驱动开关网络进行合适的切换。本专利技术的新型串联超级电容器组动态均压装置的基本原理及控制方法为硬件电路中，电压测量单元4实时监测各个超级电容器单体的端电压，将电压信号传送给控制器5，控制器5产生控制信号，驱动开关网络2中的功率开关器件或继电器，使分流电容I与相应的超级电容器并联，进行均压。详细的控制方法以及具体的实施方案将在具体实施例部分进行详述。本技术方案具体如下一种串联超级电容器组动态均压装置，包括硬件电路和控制器两部分；所述硬件电路包括产生平衡电流的分流电容cb、由功率开关器件阵列或继电器阵列组成的开关网络、由多个超级电容器串联组成的超级电容器组，监测各超级电容器单体端电压的电压测量单元；控制器根据实时获取的各超级电容器单体电压信号，产生开关控制信号，驱动开关网络进行合适的切换；所述开关网络包括开关Si、S2、S3、S4、……S2lri和S2n，所述超级电容器组包括超级电容Cp C2,……Cn，其中η为自然数，所述电压测量单元包括与超级电容对应个数的电压测量装置；对于任意一组开关S2lri和S2n，对应超级电容Cn以及相应的电压测量装置；所述分流电容Cb的两极分别通过S2lri和S2n连接超级电容Cn的两极；加在所述超级电容Cn两端的电压Ucn由相应的电压测量装置测量，并把测量结果传给控制器；控制器输出开关控制信号，控制开关网络中的各个开关的开关状态。所述串联超级电容器组动态均压装置其特征是本装置的控制方法如下a)充电的过程I)通过电压测量模块检测各个超级电容器的电压值，并进行比较，找出其中电压的最大值Umax和电压的最小值Umin,用maxnum记录当前电压最高的超级电容的编号；2)将当前电压的最大值Umax与设定的电压值进行比较；如果Umax大于或者等于设定值，则结束充电；否则，继续进行充电，并将Umax和Umin的差值与允许的最小压差Ug进行比 较；3)如果Umax和Umin的差值小于允许的最小压差Ug，则结束均压过程，否则，判断maxnum的值，并将分流电容与对应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型串联超级电容器组动态均压装置，其特征在于：包括硬件电路和控制器两部分；所述硬件电路包括产生平衡电流的分流电容Cb（1）、由功率开关器件阵列或继电器阵列组成的开关网络（2）、由多个超级电容器串联组成的超级电容器组（3），监测各超级电容器单体端电压的电压测量单元（4）；控制器（5）根据实时获取的各超级电容器单体电压信号，产生开关控制信号，驱动开关网络进行合适的切换；所述开关网络包括开关S1、S2、S3、S4、……S2n？1和S2n，所述超级电容器组包括超级电容C1、C2、……Cn，其中n为自然数，所述电压测量单元包括与超级电容对应个数的电压测量装置；对于任意一组开关S2n？1和S2n，对应超级电容Cn以及相应的电压测量装置；所述分流电容Cb的两极分别通过开关S2n？1和S2n连接超级电容Cn的两极；加在所述超级电容Cn两端的电压UCn由相应的电压测量装置测量，并把测量结果传给控制器；控制器输出开关控制信号，控制开关网络中的各个开关的开关状态。
【技术特征摘要】
1.一种新型串联超级电容器组动态均压装置，其特征在于包括硬件电路和控制器两部分；所述硬件电路包括产生平衡电流的分流电容Cb (I)、由功率开关器件阵列或继电器阵列组成的开关网络(2)、由多个超级电容器串联组成的超级电容器组(3)，监测各超级电容器单体端电压的电压测量单元(4);控制器(5)根据实时获取的各超级电容器单体电压信号，产生开关控制信号，驱动开关网络进行合适的切换； 所述开关网络包括开关Sp S2、S3、S4、……S2lri和S2n，所述超级电容器组包括超级电容Q、C2,……Cn，其中η为自然数，所述电压测量单元包括与超级电容对应个数的电压测量装置； 对于任意一组开关S2lri和S2n，对应超级电容Cn以及相应的电压测量装置；所述分流电容Cb的两极分别通过开关S2lri和S2n连接超级电容Cn的两极；加在所述超级电容Cn两端的电压Ucn由相应的电压测量装置测量，并把测量结果传给控制器；控制器输出开关控制信号，控制开关网络中的各个开关的开关状态。2.根据权利要求I所述新型串联超级电容器组动态均压装置，其特征是本装置的控制方法如下 a)充电的过程 1)通过电压测量模块检测各个超级电容器的电压值，并进行比较，找出其中电压的最大值Umax和电压的最小值Umin,用maxnum记录当前电压最高的超级电容的编号； 2)将当前电压的最大值Umax与设定的电压值进行比较；如果Umax大于或者等于设定值，则结束充电；否则，继续进行充电，并将Umax和Umin的差值与允许的最小压差Ug进行比较； 3)如果Umax和Umin的差值小于允许的最小压差Ug，则结束...
【专利技术属性】
技术研发人员：程明，丁石川，刘雪冰，王政，储凯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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