專利名稱：用于平衡電能存儲單元的串聯(lián)連接的電壓的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制串聯(lián)連接的電容器的電壓的方法和裝置，尤其涉及將彼此并聯(lián)連接的所述電容器與電阻器單元配對的裝置。
背景技術(shù)：
常常需要功率電解電容器的串聯(lián)連接來實現(xiàn)電容器組件的足夠額定電壓。頻率轉(zhuǎn)換器的DC鏈路可以包括這種組件。電解電容器由于其性質(zhì)而表現(xiàn)出漏電流。串聯(lián)連接的電容器的漏電流很可能不相等。這產(chǎn)生了差動漏電流，差動漏電流使得電容器的電壓分配不理想。因此，通常將所謂的平衡電阻器與電容器并聯(lián)使用。所述電阻器被調(diào)整為產(chǎn)生比所述差動電流大得多的電流，使得所述電阻器主導(dǎo)電壓分配。然而，該方法有一些缺點(diǎn)。首先，為了確保在電壓分配中電阻器電流是主導(dǎo)電流， 電阻值必須足夠低。這導(dǎo)致相當(dāng)大的功率損耗，從而降低設(shè)備的效率。其次，串聯(lián)的電阻必須彼此以高精度相匹配。否則，電阻的偏差將使電壓分配失去平衡。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法以及一種用于實施該方法的裝置以克服上述問題。本發(fā)明的目的是通過根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的方法和裝置來實現(xiàn)的。本發(fā)明基于如下構(gòu)思通過控制一個或多個可調(diào)整的平衡電阻器單元的電阻來控制電容器電壓?？烧{(diào)整的平衡電阻器單元包括彼此串聯(lián)連接的基本電阻器單元和控制電阻器單元以及與控制電阻器單元并聯(lián)連接的開關(guān)器件。通過控制開關(guān)器件來控制可調(diào)整的平衡電阻器單元的電阻。本發(fā)明提供了很簡單且性價比很高的平衡串聯(lián)連接的電容器的電壓的方式。


下面參考附圖通過優(yōu)選實施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的簡化框圖；以及圖2示出了其中兩個電容器串聯(lián)連接的本發(fā)明實施例的簡化框圖。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的簡化框圖。該裝置包括串聯(lián)連接的兩個或更多個用于電能的能量存儲單元1。能量存儲單元可以是單個電容器或者是串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多于一個的電容器。能量存儲單元還可以是包括例如串聯(lián)連接的幾個電池單元的可再充電電池。在圖1中，使用電容器作為能量存儲單元。能量存儲單元1的參數(shù)的差異造成差動漏電流Id出現(xiàn)。差動漏電流Id又使能量存儲單元1的電壓分配不理想。因此，該裝置包括兩個或更多個平衡電阻器單元2，每個平衡電阻器單元2與能量存儲單元1中的一個并聯(lián)連接。電阻器單元基本上是電阻性的，電阻器單元可以包括并聯(lián)和/或串聯(lián)的幾個電阻器。平衡電阻器單元2中的一個或多個是可調(diào)整的，并且包括彼此串聯(lián)連接的電阻為Rs *的基本電阻器單元2. 1和電阻為Rea的控制電阻器單元2. 2 ；以及與控制電阻器單元2. 2 并聯(lián)連接的開關(guān)器件2. 3。平衡電阻器單元2中的一個可以是不可調(diào)整的。與不可調(diào)整的平衡電阻器單元并聯(lián)連接的能量存儲單元的電壓響應(yīng)于串聯(lián)連接的其它能量存儲單元的電壓的變化而變化。換句話說，與不可調(diào)整的電阻器單元并聯(lián)的能量存儲單元上的電壓可通過控制其它能量存儲單元的電壓來控制。該裝置還包括用于確定所有的串聯(lián)連接的能量存儲單元上的電壓Ug的部件3、用于確定能量存儲單元1的兩極之間的能量存儲單元電壓U^f的部件3、以及用于基于所有的串聯(lián)連接的能量存儲單元1上的電壓來確定能量存儲單元1的基準(zhǔn)電壓Uaa的部件 3。幾乎總是為其它目的而測量所有的串聯(lián)連接的能量存儲單元上的電壓U^也常常為其它目的而測量能量存儲單元1的兩極之間的能量存儲單元電壓U^ftl因此，在大多數(shù)情況下，無需額外的成本或?qū)臻g的額外需求就能進(jìn)行所述測量。該裝置還包括這樣的部件3 其用于控制開關(guān)器件2. 3以控制平衡電阻器單元中的一個或多個的電阻，使得每個能量存儲單元1的能量存儲單元電壓U 維持在每個能量存儲單元1的基準(zhǔn)電壓Uaa的設(shè)定范圍內(nèi)?？梢酝ㄟ^對開關(guān)器件2. 3的接通和關(guān)斷進(jìn)行調(diào)制來調(diào)整可調(diào)整的平衡電阻器單元的電阻。當(dāng)開關(guān)器件2. 3關(guān)斷時，電阻是Rayi+Rea，而當(dāng)開關(guān)器件2. 3接通時，電阻是R ■?？烧{(diào)整的平衡電阻器單元的有效電阻R〒《由開關(guān)的占空比d按下式確定R平衡=R基本+d· R控制⑴其中占空比d由下式定義d = t關(guān)斷/(t接通+t關(guān)斷)(2)其中ta通是開關(guān)處于閉合(導(dǎo)通)的時間，是開關(guān)處于打開(不導(dǎo)通)的時間。因此，有效電阻R〒《可具有如下值R基本彡R平衡彡R基本+R控制(3)基本電阻器單元電阻Rayi和控制電阻器單元電阻Rea具有如下約束示稱> R基本R^+Re$IJ> R^⑷其中Rfesi是平衡電阻器單元的標(biāo)稱電阻。標(biāo)稱電阻Rssi的最大值依賴于差動漏電流Id的指定最大值。標(biāo)稱電阻Rssi的最小值依賴于平衡電阻器單元的指定最大功率損耗?；诘仁?3)和G)，有效電阻R〒《可具有從小于標(biāo)稱電阻Rssi到大于標(biāo)稱電阻范圍內(nèi)的值。該范圍需求依賴于指定最大差動漏電流和所用電阻器的電阻公差。換
句話說，有效電阻R〒《必須能夠與標(biāo)稱電阻足夠的差異，以便能夠補(bǔ)償最大差動漏電流和所用電阻器的電阻偏差。基于調(diào)制開關(guān)器件2. 3的控制方案的實施可以例如通過使用具有設(shè)定水平的滯后的適于比較能量存儲單元電壓U^f與基準(zhǔn)電壓Uaa的比較器、以及用于基于比較操作的結(jié)果控制開關(guān)器件2. 3的部件來實現(xiàn)。比較器控制開關(guān)器件2. 3的接通和關(guān)斷，使得能量存儲單元電壓U^f保持在基準(zhǔn)電壓Uaa的設(shè)定范圍內(nèi)。當(dāng)能量儲存單元電壓U^f超過設(shè)定的上限時，開關(guān)器件2. 3接通，可調(diào)整的平衡電阻器單元的電阻下降并且能量存儲單元電壓U
開始減小。類似地，當(dāng)能量存儲單元電壓U^f下降到設(shè)定的下限以下時，開關(guān)器件2. 3關(guān)斷。在典型的應(yīng)用中，由于電路的相對大的主導(dǎo)時間常數(shù)，開關(guān)頻率將很低。圖2示出了本發(fā)明實施例的簡化框圖，其中兩個電容器串聯(lián)連接作為能量存儲單元1。與每個能量存儲單元并聯(lián)的是平衡電阻器單元2。上方的平衡電阻器單元是不可調(diào)整的，并且由單個電阻器單元構(gòu)成。下方的平衡電阻器單元2是可調(diào)整的，并且包括彼此串聯(lián)連接的基本電阻器單元2. 1和控制電阻器單元2. 2以及與控制電阻器單元2. 2并聯(lián)連接的開關(guān)器件2. 3。開關(guān)器件2. 3由控制部件3來控制?？刂撇考?包括對串聯(lián)連接的能量存儲單元上的電壓的測量3. 1、對能量存儲單元電壓U^f,2的測量3. 2、以及用于確定基準(zhǔn)電壓Uaa的部件3. 3。在一些實施例中，可以代替能量存儲單元電壓U^f,2而測量能量存儲單元電壓U^f,lt)在本實施例中，基準(zhǔn)電壓Uaa被設(shè)定為串聯(lián)連接的能量存儲單元1上的電壓的一半，使得兩個能量存儲單元上具有相同的電壓。能量存儲單元1之間的連接點(diǎn)處的電流由下式給出
權(quán)利要求
1.一種用于平衡用于電能的能量存儲單元的串聯(lián)連接的電壓的裝置，所述能量存儲單元比如是電容器或可再充電電池，所述裝置包括串聯(lián)連接的兩個或更多個能量存儲單元(1)，兩個或更多個平衡電阻器單元O)，每個平衡電阻器單元( 與所述能量存儲單元(1) 中的一個并聯(lián)連接，用于確定所有的所述串聯(lián)連接的能量存儲單元上的電壓(Ug)的部件(3)，以及用于確定所述能量存儲單元⑴的兩極之間的能量存儲單元電壓(U_)的部件(3)， 其特征在于，所述平衡電阻器單元O)中的一個或多個包括 彼此串聯(lián)連接的基本電阻器單元(2. 1)和控制電阻器單元(2. 2)，以及與所述控制電阻器單元(2. 2)并聯(lián)連接的開關(guān)器件(2. 3)，并且且其特征在于，所述裝置還包括用于基于所有的所述串聯(lián)連接的能量存儲單元上的電壓來確定所述能量存儲單元⑴的基準(zhǔn)電壓(Uaa)的部件(3)，以及用于控制所述開關(guān)器件0.3)以控制所述平衡電阻器單元中的一個或多個的電阻、使得每個能量存儲單元(1)的所述能量存儲單元電壓(U^f)維持在每個能量存儲單元(1) 的所述基準(zhǔn)電壓(Uaa)的設(shè)定范圍內(nèi)的部件(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述基本電阻器單元的電阻(RayJ小于平衡電阻器單元的標(biāo)稱電阻(Rssi)，并且所述基本電阻器單元的電阻與所述控制電阻器單元的電阻(Rea)之和大于所述平衡電阻器單元的標(biāo)稱電阻(Rssi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括具有設(shè)定水平的滯后的比較器，所述比較器適于比較所述能量存儲單元電壓(U^f)與所述基準(zhǔn)電壓(Um)，以及用于基于所述比較的結(jié)果控制所述開關(guān)器件0.3)的部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括適于產(chǎn)生用于控制所述能量存儲單元電壓(U^f)使之跟隨所述基準(zhǔn)電壓(Uaa)的控制信號的運(yùn)算放大器，以及用于基于所述控制信號控制所述開關(guān)器件0.3)的部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述能量存儲單元是可再充電電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述能量存儲單元包括電容ο
7.—種頻率轉(zhuǎn)換器，包括串聯(lián)連接的兩個或更多個能量存儲單元(1)，兩個或更多個平衡電阻器單元O)，每個平衡電阻器單元( 與所述能量存儲單元(1) 中的一個并聯(lián)連接，用于確定所有的所述串聯(lián)連接的能量存儲單元上的電壓(U&)的部件(3)，以及用于確定所述能量存儲單元⑴的兩極之間的能量存儲單元電壓(U_)的部件(3)， 其特征在于，所述平衡電阻器單元O)中的一個或多個包括 基本電阻器單元(2. 1)與控制電阻器單元(2. 2)的串聯(lián)連接，以及與所述控制電阻器單元(2.2)并聯(lián)連接的開關(guān)器件(2. 3)，并且且其特征在于，所述頻率轉(zhuǎn)換器還包括用于基于所有的所述串聯(lián)連接的能量存儲單元上的電壓來確定所述能量存儲單元⑴的基準(zhǔn)電壓(Uaa)的部件(3)，以及用于控制所述開關(guān)器件0.3)以控制所述平衡電阻器單元中的一個或多個的電阻、使得每個能量存儲單元(1)的所述能量存儲單元電壓(U^f)維持在每個能量存儲單元(1) 的所述基準(zhǔn)電壓(Uaa)的設(shè)定范圍內(nèi)的部件(3)。
8. 一種對裝置中的兩個或更多個能量存儲單元(1)的電壓進(jìn)行控制的方法，其中所述裝置包括串聯(lián)連接的兩個或更多個能量存儲單元(1)，兩個或更多個平衡電阻器單元O)，每個平衡電阻器單元( 與所述能量存儲單元(1) 中的一個并聯(lián)連接，用于確定所有的所述串聯(lián)連接的能量存儲單元上的電壓(U&)的部件(3)，以及用于確定所述能量存儲單元⑴的兩極之間的能量存儲單元電壓(U_)的部件(3)，其特征在于，所述方法包括以下步驟基于所有的串聯(lián)連接的能量存儲單元(1)上的電壓來確定所述電容器的基準(zhǔn)電壓(U基準(zhǔn))，以及通過控制一個或多個平衡電阻器單元( 的電阻來控制每個能量存儲單元(1)的所述能量存儲單元電壓(U^f)使之保持在所述能量存儲單元(1)的所述基準(zhǔn)電壓(Uaa)的設(shè)定范圍內(nèi)，所述平衡電阻器單元(2)包括彼此串聯(lián)連接的基本電阻器單元(2. 1)和控制電阻器單元(2.2)；以及與所述控制電阻器單元(2.2)并聯(lián)連接的開關(guān)器件O. 3)，其中對一個或多個平衡電阻器單元(2)的電阻的所述控制是通過控制所述開關(guān)器件(2. 3)來實現(xiàn)的。
全文摘要
一種裝置包括串聯(lián)連接的兩個或更多個用于電能的能量存儲單元；兩個或更多個平衡電阻器單元，其每個都與能量存儲單元中的一個并聯(lián)連接；用于確定所有的串聯(lián)連接的能量存儲單元上的電壓的部件；和用于確定能量存儲單元的兩極之間的能量存儲單元電壓的部件。平衡電阻器單元中的一個或多個包括彼此串聯(lián)連接的基本電阻器單元和控制電阻器單元；和與控制電阻器單元并聯(lián)連接的開關(guān)器件。該裝置還包括用于基于所有的串聯(lián)連接的電容器上的電壓來確定能量存儲單元的基準(zhǔn)電壓的部件；和用于控制開關(guān)器件以控制平衡電阻器單元中的一個或多個的電阻、使得每個能量存儲單元的電壓維持在每個能量存儲單元的基準(zhǔn)電壓的設(shè)定范圍內(nèi)的部件。
文檔編號H02J15/00GK102270885SQ201110154219
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者奧拉·韋利-馬蒂·萊佩寧 申請人:Abb公司