基于DC/DC电路的超级电容电压均衡与余能收集电路及方法技术

技术编号:22332769 阅读:19 留言:0更新日期:2019-10-19 12:47
本发明专利技术涉及一种超级电容电压均衡与余能收集电路,属于储能技术领域。该方法通过控制开关管的通断来实现超级电容器组电压的均衡,并且可以实现超级电容器组组间的能量收集。基本原理为当检测到单体电容电压高时,与其并联的开关管打开,向均压电感充电;而后由均压电感向电压较小的电容充电,当两电容电压相等时开关管关断。当并联超级电容器组电压小于逆变器最低工作电压时,启动余能收集模式,将某组超级电容器中的能量通过升压模式转移到另一组超级电容器中。

Super capacitor voltage equalization and residual energy collection circuit and method based on DC / DC circuit

【技术实现步骤摘要】
基于DC/DC电路的超级电容电压均衡与余能收集电路及方法
专利技术涉及一种基于DC/DC电路的超级电容电压均衡与余能收集电路及方法,属于储能

技术介绍
超级电容器的单体工作电压不高,实际应用中常需要将若干单体电容器串联使用。串联时由于各单体电容器参数(如电容量、ESR、漏电流等)存在差异,大电流充放电过程中易造成各单体电容两端电压不均衡,导致部分电容过充过放,影响了电容器的寿命和整体电路的可靠性。尽管超级电容器在应用初期这些参数的差异对电压均分影响较小,但在其使用的中后期,随着参数的离散性变大,对超级电容器电压均分的影响也会越来越大,最终导致超级电容器寿命的急剧缩短。另外超级电容器具有普通电容器的放电特性,其输出电压是呈指数下降的,尽管由于其容量大,电压下降幅度小,但电压的波动仍会影响整个储能系统的稳定性。当以超级电容器组作为电源时,由于逆变器有最低工作电压,当超级电容器端电压小于逆变器最低工作电压时,系统便不再工作,这时候超级电容器组组内仍然储存有较多能量但是却无法利用。基于以上两点现状,现在亟须提出一种新型的电路能够有效进行超级电容的均压同时也能最大限度地利用超级电容器存储的能量。
技术实现思路
专利技术目的:针对上述现有技术,提出一种基于DC/DC电路的超级电容电压均衡与余能收集电路,通过控制开关管的通断来控制单体电容间的均压并实现余能收集。技术方案:一种基于DC/DC电路的超级电容电压均衡与余能收集电路,其特征在于:均压部分由升降压斩波电路演变而来,副边二极管变为功率mos管。在原边回路中,电容与功率mos管之间串入余能收集电感,并通过另一mos管与第二组超级电容组连接,组成余能收集部分,实现余能收集。包括如下步骤:步骤1,检测超级电容器组组内单体电容的端电压,若不相等则运行均压模式;步骤2,判断超级电容器组组间电压是否低于逆变器最低工作电压,若是,则启动余能收集,将一组超级电容器的能量转移到另一组超级电容器上。作为本专利技术的优选方案,所述步骤1包括如下具体步骤:步骤1.1,检测超级电容组内单体电容端电压,假设Uc1>Uc2;步骤1.2,当Uc1>Uc2,开关管Q1导通,电容C1以顺时针方向通过Q1向余能收集电感L7与均压电感L1充电,而后Q1关断Q2导通,电感L1中存储的能量以逆时针方向向电容C2充电,直到电容C1与C2电压相同时,Q1、Q2关断。当Uc1<Uc2时,能量的流动情况与Uc1>Uc2相反;其余超级电容器组工作情况与其相同;所述步骤2包括如下具体步骤步骤2.1,由两组超级电容C1C2C3C4与C5C6C7C8作为逆变器的输入,取其中的一组回路--C1C2构成的回路与C5C6构成的回路。当超级电容器组端电压下降至逆变器最低工作电压时启动余能收集,设Uc1>Uc2。步骤2.2,状态1,Q1导通,电容C1、功率管Q1、电感L1L7形成回路,电容以顺时针方向向电感L1L7充电,电容C1电压下降;状态2,Q1关断Q2、Q13、Q14导通,电感L1中存储的能量以逆时针方向向电容C2充电,C2电压上升,同时C1、L7、Q13、C5、Q14、L1形成回路,电容C1与电感L7以顺时针方向向电容C5充电,C5电压上升,而后再通过均压模式使C5与C6端电压达到均衡。有益效果:本专利技术通过控制开关管的通断来实现超级电容器组电压的均衡,并且可以实现超级电容器组组间的能量收集。基本原理为当检测到单体电容电压高时,与其并联的开关管打开,向均压电感充电;而后由均压电感向电压较小的电容充电,当两电容电压相等时开关管关断。当并联超级电容器组电压小于逆变器最低工作电压时,启动余能收集模式,将某组超级电容器中的能量通过升压模式转移到另一组超级电容器中。附图说明图1为本专利技术运行流程图;图2为本专利技术的电路示意图;图3为本专利技术的均压模式示意图;图4为本专利技术的均压模式Uc1>Uc2时能量流动图;图5为本专利技术运行在余能收集且Uc1>Uc2的能量流动图;图6为本专利技术运行在余能收集且Uc1<Uc2的能量流动图;图7为本专利技术均压模式电容电压差波形图;图8为本专利技术运行在余能收集且Uc1>Uc2时组1电容的电压的波形图;图2中,1、C1-C8为需要均压的超级电容;2、L1-L8为电感;3、Q1-Q17为功率mos管。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。一种基于DC/DC电路的超级电容电压均衡与余能收集电路,如图1所示,具体实施方法共有两个步骤:包括1、检测超级电容器组组内单体电容电压,若电压不均衡则运行均压使单体电容电压均衡;2、检测超级电容器组端电压并与逆变器最低工作电压比较,若低于最低工作电压则运行余能收集。其中,步骤1通过电压互感器检测到单体电容电压值,若端电压不相等则运行均压。如图4所示,步骤1的均压模式Uc1>Uc2时能量流动图:步骤1.1,检测超级电容组内单体电容端电压,假设Uc1>Uc2,均压模式运行。均压部分由升降压斩波电路组成,为实现能量双向流动,副边二极管换为功率mos管;步骤2.2,当Uc1>Uc2,开关管Q1导通,电容C1以顺时针方向通过Q1向余能收集电感L7与均压电感L1充电,而后Q1关断Q2导通,电感L1中存储的能量以逆时针方向向电容C2充电,直到电容C1与C2电压相同时,Q1、Q2关断。当Uc1<Uc2时,能量的流动情况与Uc1>Uc2相反;其余超级电容器组工作情况与其相同;如图5所示,步骤2运行在余能收集且Uc1>Uc2的能量流动图:步骤2.1,由两组超级电容C1C2与C5C6作为逆变器的输入,当超级电容器组端电压下降至逆变器最低工作电压时启动余能收集模式,设Uc1>Uc2;步骤2.2,状态1,Q1导通,电容C1、功率管Q1、电感L1L7形成回路,电容以顺时针方向向电感L1L7充电,电容C1电压下降;状态2,Q1关断Q2、Q13、Q14导通,电感L1中存储的能量以逆时针方向向电容C2充电,C2电压上升,同时C1、L7、Q13、C5、Q14、L1形成回路,电容C1与电感L7以顺时针方向向电容C5充电,C5电压上升,而后再通过均压电路使C5与C6端电压达到均衡。本专利技术的基本原理如下:电压传感器检测到单体电容器端电压后进行比较,若电压不均衡则启动均压模式使单体电容电压均衡。当以超级电容器组为电源,若其端电压低于逆变器最低工作电压,余能收集模式启动将一组电容器上的能量转移到另一组超级电容器中。下面以图5为例介绍电路的工作状态,电路的参数如表1所示,其中超级电容组C1、C2、C5、C6分别由10个容值为250F的单体电容串联构成,每组容值为25F,额定电压为27V。如图5所示,以两组回路组成均压与余能收集电路,电路参数如下:表1如图5所示,Uc1>Uc2,以C1、C2电压差作为PI环节的反馈量,给定量设为0。以试凑法得出PI参数,经过三角波调制得出PWM波,Q1、Q2的PWM波为互反信号。(1)0≤t≤DT当C1电压高时功率管Q1导通(Q2关断),测得C1电压高于C2电压,功率管Q1为高电平导通(Q2低电平),使C1、L7、Q1、L1形成回路,C1对L7、L1充电,电容C1电压下降。(2)DT≤t≤T当t=DT时,Q1关断Q2导通,L1与C2、Q2形成回路并对C2充电;Q13、Q14与Q2应为同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DC/DC电路的超级电容电压均衡与余能收集电路,其特征在于:包括均压部分,所述均压部分包括由两个串联的超级电容构成的超级电容组、两个功率mos管和均压电感;两个功率mos管之间源极与漏极串联,其余的漏极和源极分别接超级电容组的两端;串联的源极和漏极之间引出线通过均压电感接入两个超级电容之间;两个均压部分通过功率mos管并联,且其中一个均压部分中设置两个余能收集电感,其中一个余能收集电感的两端分别连接一个超级电容和一个功率mos管的漏极,另一个余能收集电感的两端分别连接另一个超级电容和另一个功率mos管的源极,以上构成超级电容电压均衡与余能收集电路。

【技术特征摘要】
1.一种基于DC/DC电路的超级电容电压均衡与余能收集电路,其特征在于:包括均压部分,所述均压部分包括由两个串联的超级电容构成的超级电容组、两个功率mos管和均压电感;两个功率mos管之间源极与漏极串联,其余的漏极和源极分别接超级电容组的两端;串联的源极和漏极之间引出线通过均压电感接入两个超级电容之间;两个均压部分通过功率mos管并联,且其中一个均压部分中设置两个余能收集电感,其中一个余能收集电感的两端分别连接一个超级电容和一个功率mos管的漏极,另一个余能收集电感的两端分别连接另一个超级电容和另一个功率mos管的源极,以上构成超级电容电压均衡与余能收集电路。2.基于权利要求1所述超级电容电压均衡与余能收集电路的基于DC/DC电路的超级电容电压均衡与余能收集方法,其特征在于,超级电容组C1C2、功率mos管Q1和Q2、余能收集电感L7和L8、均压电感L1构成均压部分;超级电容组C5C6、均压电感L4、功率mos管Q7和Q8构成另一个均压部分;两个均压部分通过功率mos管Q13、Q14、Q15并联;以上构成超级电容电压均衡与余能收集电路,作为逆变器的输入;包括如下步骤:步骤1,检测电路中超级电容器组组内单体电容的端电压,若不相等则运行均压模式;步骤2,判断电路中超级电容器组组间电压是否低于逆变器最低工作电压,若是,启动...

【专利技术属性】
技术研发人员:王颖杰刘海媛沈伟李山王亚娟刘飞龙杨照赵江杭粟昶博郭文中袁知动
申请(专利权)人:中国矿业大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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