本發(fā)明屬于軌道交通設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能器件，利用多孔材料的高比表面積特性和電解液離子極化形成的雙電層來(lái)存儲(chǔ)電能，具有大容量、大功率、壽命長(zhǎng)、綠色節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。目前，超級(jí)電容器產(chǎn)品已應(yīng)用于軌道交通、混合動(dòng)力汽車、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、軍工、智能電網(wǎng)、工業(yè)UPS等領(lǐng)域。由于超級(jí)電容器單體額定電壓一般小于3V，因而通常由多支超級(jí)電容器通過(guò)串、并聯(lián)的方式構(gòu)成儲(chǔ)能裝置，來(lái)滿足儲(chǔ)存能量和電壓等級(jí)的需求。但是，超級(jí)電容器內(nèi)部參數(shù)不一致，導(dǎo)致單體間電壓不一致，進(jìn)而影響超級(jí)電容器的使用，因此，超級(jí)電容器電壓均衡技術(shù)對(duì)于超級(jí)電容器的應(yīng)用是十分必要和關(guān)鍵的。

目前，工程上應(yīng)用較多的是以開關(guān)電阻法為代表的被動(dòng)均衡技術(shù)或者是以DC/DC變換器法為代表的主控均衡技術(shù)，上述兩種均衡技術(shù)單一運(yùn)用均存在一定問(wèn)題：被動(dòng)均衡技術(shù)發(fā)熱量大，能量利用率低、存在安全隱患，同時(shí)因?yàn)闊崃看髮?dǎo)致環(huán)境溫度升高，進(jìn)而影響超級(jí)電容使用壽命；主動(dòng)均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，對(duì)均衡系統(tǒng)的可靠性要求高，同時(shí)成本高。在超級(jí)電容器大規(guī)模串并聯(lián)應(yīng)用場(chǎng)合，例如城市軌道交通領(lǐng)域，上述問(wèn)題會(huì)更加突出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，能夠有效的結(jié)合主動(dòng)均衡技術(shù)與被動(dòng)均衡技術(shù)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高超級(jí)電容器均衡系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且能提高超級(jí)電容器的使用壽命。

本發(fā)明提供的一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，其中的儲(chǔ)能電源包括第一預(yù)設(shè)數(shù)量的模組，每個(gè)所述模組內(nèi)包括串聯(lián)的第二預(yù)設(shè)數(shù)量的超級(jí)電容器，相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器的共用端和各自的非共用端共同連接至第一電壓均衡模塊，所述第一電壓均衡模塊用于比較與其連接的兩個(gè)超級(jí)電容器的電壓并將電量從電壓高的超級(jí)電容器轉(zhuǎn)移至電壓低的超級(jí)電容器，每個(gè)所述模組均連接有第二電壓均衡模塊，用于當(dāng)與其連接的模組的電壓高于其他模組時(shí)進(jìn)行降壓。

優(yōu)選的，在上述超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)中，

所述第一電壓均衡模塊包括第一端與所述相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器的共用端連接的電感、第一端分別與兩個(gè)超級(jí)電容器的非共用端連接的第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第一開關(guān)的第二端和所述第二開關(guān)的第二端共同連接至所述電感的第二端，當(dāng)兩個(gè)超級(jí)電容器的電壓差大于第一預(yù)設(shè)閾值時(shí)，分別導(dǎo)通所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)，將電量從電壓高的超級(jí)電容器轉(zhuǎn)移至電壓低的超級(jí)電容器，直到兩個(gè)超級(jí)電容器的電壓差小于第二預(yù)設(shè)閾值。

優(yōu)選的，在上述超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)中，

所述第二電壓均衡模塊中包括功率電阻，用于當(dāng)與其連接的模組的電壓高于其他模組時(shí)進(jìn)行放電并以熱量形式消耗掉多余的能量，直至與其連接的模組的電壓與其他模組的電壓差小于第三預(yù)設(shè)閾值。

優(yōu)選的，在上述超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)中，

所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)均為具有N溝道的MOS管。

優(yōu)選的，在上述超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)中，

所述功率電阻用于以不大于2A的電流進(jìn)行放電，以熱量形式消耗掉多余的能量。

優(yōu)選的，在上述超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)中，

所述第一預(yù)設(shè)閾值為80毫伏。

優(yōu)選的，在上述超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)中，

所述第二預(yù)設(shè)閾值為50毫伏。

通過(guò)上述描述可知，本發(fā)明提供的上述超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，由于相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器的共用端和各自的非共用端共同連接至第一電壓均衡模塊，所述第一電壓均衡模塊用于比較與其連接的兩個(gè)超級(jí)電容器的電壓并將電量從電壓高的超級(jí)電容器轉(zhuǎn)移至電壓低的超級(jí)電容器，每個(gè)所述模組均連接有第二電壓均衡模塊，用于當(dāng)與其連接的模組的電壓高于其他模組時(shí)進(jìn)行降壓，因此能夠有效的結(jié)合主動(dòng)均衡技術(shù)與被動(dòng)均衡技術(shù)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高超級(jí)電容器均衡系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且能提高超級(jí)電容器的使用壽命。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第二種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)中的第一電壓均衡模塊的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心思想在于提供一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，能夠有效的結(jié)合主動(dòng)均衡技術(shù)與被動(dòng)均衡技術(shù)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高超級(jí)電容器均衡系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且能提高超級(jí)電容器的使用壽命。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)如圖1所示，圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)的示意圖，其中的儲(chǔ)能電源包括第一預(yù)設(shè)數(shù)量的模組1，每個(gè)所述模組1內(nèi)包括串聯(lián)的第二預(yù)設(shè)數(shù)量的超級(jí)電容器2，相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器2的共用端和各自的非共用端共同連接至第一電壓均衡模塊3，所述第一電壓均衡模塊3用于比較與其連接的兩個(gè)超級(jí)電容器2的電壓并將電量從電壓高的超級(jí)電容器轉(zhuǎn)移至電壓低的超級(jí)電容器，每個(gè)所述模組1均連接有第二電壓均衡模塊4，用于當(dāng)與其連接的模組的電壓高于其他模組時(shí)進(jìn)行降壓。

以儲(chǔ)能式現(xiàn)代有軌電車儲(chǔ)能電源為例，儲(chǔ)能電源共由2并344串(共688個(gè))超級(jí)電容器構(gòu)成，每2并8串構(gòu)成一個(gè)模組，共43個(gè)模組，當(dāng)然此處并不局限于這種例子，還可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)這些數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。利用第一電壓均衡模塊實(shí)現(xiàn)模組內(nèi)均衡，利用第二電壓均衡模塊實(shí)現(xiàn)模組間均衡，正是由于二者相結(jié)合，才會(huì)使得膜組內(nèi)的主動(dòng)均衡成本較低，容易實(shí)現(xiàn)，模組間均衡也不會(huì)產(chǎn)生大電流，以避免產(chǎn)生大量的熱量，從而將被動(dòng)均衡技術(shù)存在的問(wèn)題降至最低。

通過(guò)上述描述可知，本申請(qǐng)實(shí)施例提供的上述第一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，由于相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器的共用端和各自的非共用端共同連接至第一電壓均衡模塊，所述第一電壓均衡模塊用于比較與其連接的兩個(gè)超級(jí)電容器的電壓并將電量從電壓高的超級(jí)電容器轉(zhuǎn)移至電壓低的超級(jí)電容器，每個(gè)所述模組均連接有第二電壓均衡模塊，用于當(dāng)與其連接的模組的電壓高于其他模組時(shí)進(jìn)行降壓，因此能夠有效的結(jié)合主動(dòng)均衡技術(shù)與被動(dòng)均衡技術(shù)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高超級(jí)電容器均衡系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且能提高超級(jí)電容器的使用壽命。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第二種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，是在上述第一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述第一電壓均衡模塊包括第一端與所述相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器的共用端連接的電感、第一端分別與兩個(gè)超級(jí)電容器的非共用端連接的第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第一開關(guān)的第二端和所述第二開關(guān)的第二端共同連接至所述電感的第二端，當(dāng)兩個(gè)超級(jí)電容器的電壓差大于第一預(yù)設(shè)閾值時(shí)，分別導(dǎo)通所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)，將電量從電壓高的超級(jí)電容器轉(zhuǎn)移至電壓低的超級(jí)電容器，直到兩個(gè)超級(jí)電容器的電壓差小于第二預(yù)設(shè)閾值。

具體的，參考圖2，圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第二種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)中的第一電壓均衡模塊的示意圖。假定電容C1電壓大于電容C2電壓，且壓差大于第一預(yù)設(shè)閾值(開啟值，可以根據(jù)應(yīng)用要求設(shè)定)時(shí)，Q1導(dǎo)通，C1部分能量轉(zhuǎn)移至電感L，之后Q1斷開，Q2導(dǎo)通，電感L能量轉(zhuǎn)移至C2中，如此反復(fù)，直至電容壓差小于第二預(yù)設(shè)閾值(關(guān)閉值，可以根據(jù)應(yīng)用要求設(shè)定)，反之亦然，由7個(gè)第一電壓均衡模塊實(shí)現(xiàn)模組內(nèi)8個(gè)超級(jí)電容器間的電壓均衡，該第一電壓均衡模塊可以是DC/DC模塊，控制算法簡(jiǎn)單可靠。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第三種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，是在上述第一種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述第二電壓均衡模塊中包括功率電阻，用于當(dāng)與其連接的模組的電壓高于其他模組時(shí)進(jìn)行放電并以熱量形式消耗掉多余的能量，直至與其連接的模組的電壓與其他模組的電壓差小于第三預(yù)設(shè)閾值。

具體的，當(dāng)某個(gè)模組電壓較大時(shí)就閉合與其對(duì)應(yīng)開關(guān)進(jìn)行放電，以實(shí)現(xiàn)模組間電壓均衡，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，均衡效果好。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第四種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，是在上述第二種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)均為具有N溝道的MOS管。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第五種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，是在上述第三種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述功率電阻用于以不大于2A的電流進(jìn)行放電，以熱量形式消耗掉多余的能量。

在這種情況下，就能夠在釋放較少的熱量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模組間均衡，提高安全性。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第六種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，是在上述第二種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述第一預(yù)設(shè)閾值為80毫伏。

也就是說(shuō)，當(dāng)相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器的電壓差異超過(guò)80mV時(shí)，則開啟均衡，該值可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)，此處并不限制。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供的第七種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)，是在上述第二種超級(jí)電容器主被動(dòng)混合均衡系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：

所述第二預(yù)設(shè)閾值為50毫伏。

也就是說(shuō)，當(dāng)相鄰的兩個(gè)超級(jí)電容器的電壓差異小于50mV時(shí)，關(guān)閉均衡，該值可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)，此處并不限制。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。