专利名称：串联超级电容器模组均压模块及均压装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超级电容器技术领域，尤其涉及的是ー种串联超级电容器模组均压模块以及由均压模块构成的均压装置。
背景技术：
超级电容器是ー种新型高能量密度的储能器件，它兼有常规电容器功率密度大、充电电池比能量高的优点，可快速充放电而且寿命长，在电动汽车、应急电源和电カ自动化设备领域有着良好的应用前景超级电容器単体的电压较低，一般不超过2. 7V，为了满足电压等级的需要，通常将多个超级电容器通过串联的方式组成模组工作。但是因为单体超级电容器之间的參数离散性导致了其串联工作时电压不均衡，严重的影响了模组的寿命和稳定性，因此，串联超级电容器的均压技术是其模块化技术中间的关键ー环。
发明内容技术问题本实用新型的目的在于提供一种串联超级电容器模组均压模块以及由均压模块构成的均压装置。技术方案本实用新型的串联超级电容器模组均压模块包括开关器件、高频变压器、整流ニ极管、稳压电容、反馈ニ极管和控制电路，其中所述高频变压器由一次侧绕组和二次侧绕组组成，控制电路包括电压检测接口和开关器件驱动接ロ；所述高频变压器一次侧绕组同名端与串联超级电容器模组中的単体超级电容器正极连接，异名端与开关器件的漏极ガ连接，开关器件的源极S与単体超级电容器负极连接，控制电路的电压检测接ロ与単体超级电容器并联，控制电路的驱动接ロ与开关器件的控制极G连接，高频变压器二次侧绕组通过整流ニ极管与稳压电容及反馈ニ极管并联。所述的开关器件为电カ场效应管M0SFET、电カ晶体管GTR或绝缘栅双极晶体管IGBT的半导体开关管；所述的整流ニ极管和反馈ニ极管为肖特基ニ极管或超快恢复ニ极管。所述高频变压器的变比为I :K，其中1〈Κ〈Ν，N为串联超级电容器模组中単体超级电容器数量，K越大，均压速度越快。稳压电容用于在高频变压器二次侧绕组输出端建立电压。本实用新型的串联超级电容器模组均压模块构成的超级电容器均压装置中，串联超级电容器模组中的每ー个単体超级电容器与该装置中的ー个均压模块并联；串联超级电容器模组中的某只単体超级电容器并联均压模块中，反馈ニ极管的阳极连接在与该单体超级电容器负极相连的单体超级电容器并联均压模块的反馈ニ极管的阴极上，反馈ニ极管的阴极连接在与该单体超级电容器正极相连的単体超级电容器并联均压模块的反馈ニ极管的阳极上。[0012]串联超级电容器模组中第一只単体超级电容器并联均压模块中的反馈ニ极管的阴极再接入充电回路。有益效果使用本专利公开的串联电容器模组均压模块以及由均压模块构成的均压装置，可以在串联超级电容器模组充电过程中以及静置状态下，通过能量从达到电压阈值的超级电容器向未达到电压阈值的超级电容器的转移，使模组中的各只単体超级电容器电压均衡，避免模组过压对超级电容器的损害，以及模组欠压造成的能量利用率不足。
图I是由η只超级电容器以及对应均压 模块组成的串联模组拓扑结构图。其中有开关器件5F、高频变压器八整流ニ极管ガ。、稳压电容C；、反馈ニ极管久、控制电路じ単体超级电容器ら、第一只単体超级电容器C1。
具体实施方式
本实用新型公开了 ー种串联超级电容器模组均压模块，包括开关器件、高频变压器、整流ニ极管、稳压电容、反馈ニ极管和控制电路，其中所述高频变压器由一次侧绕组和二次侧绕组组成，控制电路包括电压检测接ロ和开关器件驱动接ロ；所述高频变压器一次侧绕组同名端与串联超级电容器模组中的単体超级电容器正极连接，异名端与开关器件的漏极ガ连接，开关器件的源极S与単体超级电容器负极连接，控制电路的电压检测接ロ与単体超级电容器并联，控制电路的驱动接ロ与开关器件的控制极G连接，高频变压器二次侧绕组通过整流ニ极管与稳压电容及反馈ニ极管并联。所述的开关器件为电カ场效应管M0SFET、电カ晶体管GTR或绝缘栅双极晶体管IGBT的半导体开关管；所述的整流ニ极管和反馈ニ极管为肖特基ニ极管或超快恢复ニ极管。所述高频变压器的变比为I :Κ，其中1〈Κ〈Ν，N为超级电容器模组中単体超级电容器数量，K越大，均压速度越快。 稳压电容用于在高频变压器二次侧绕组输出端建立电压。串联超级电容器模组均压模块构成的超级电容器均压装置中，串联超级电容器模组中的每ー个単体超级电容器与该装置中的ー个均压模块并联；串联超级电容器模组中的某只単体超级电容器并联均压模块中，反馈ニ极管的阳极连接在与该单体超级电容器负极相连的单体超级电容器并联均压模块的反馈ニ极管的阴极上，反馈ニ极管的阴极连接在与该单体超级电容器正极相连的単体超级电容器并联均压模块的反馈ニ极管的阳极上。串联超级电容器模组中第一只単体超级电容器并联均压模块中的反馈ニ极管的阴极接入充电回路。在所有均压模块的稳压电容电压之和超过串联超级电容器模组电压后，均压装置通过反馈ニ极管向串联超级电容器模组提供反馈电流，并防止电流从串联超级电容器模组流入均压装置。
以下结合附图对本实用新型的实施方式和具体的操作过程做出说明，但本实用新型的保护范围不限于下述的具体说明。本实用新型所述的串联超级电容器均压模块由开关器件SW、高频变压器T、整流ニ极管ガ。、稳压电容G、反馈ニ极管久和控制电路C組成。高频变压器r由一次侧绕组和二次侧绕组组成，控制电路C包括电压检测接口和开关器件驱动接ロ。高频变压器r一次侧绕组同名端与串联超级电容器模组中的単体超级电容器正极连接，异名端与开关器件5F的D极连接，开关器件SW的S极与单体超级电容器负极连接，控制电路C的电压检测接ロ与単体超级电容器并联，开关器件驱动接ロ与开关器件SW的G极连接，高频变压器二次侧绕组通过整流ニ极管ガ。与稳 压电容G及反馈ニ极管久并联。如图I中所示，η只超级电容器串联构成模组，由电流源/s对其进行充电，Js和串联超级电容器模组构成充电回路。每只超级电容器并联ー个均压模块，每个均压模块输出端的反馈ニ极管凡相互串联，并通过第一只超级电容器并联均压模块中的反馈ニ极管Df接入超级电容器模组构成均压装置。均压装置本质上是接入串联超级电容器模组的反馈回路。电流源Js对串联超级电容器模组充电时，均压装置中的每ー个均压模块通过电压检测接ロ检测与其并联的単体超级电容器电压，当其电压达到设定的电压值后，该均压模块中的开关器件5F开始工作，通过高频变压器在稳压电容Ct上形成ー个高电压。当这个电压超过串联超级电容器模组端电压的总和时，均压装置就会产生反馈电流流入充电回路，此时该単体超级电容器释放能量，直到端电压低于设定的电压值，开关器件5F停止工作。随后模组中其他単体超级电容器电压陆续达到设定值并反馈能量，结束充电时各単体超级电容器电压平均。设计所有均压模块中的高频变压器变比为I当模组中有Iが的単体超级电容器电压达到设定值时，即可这些单体超级电容器并联均压模块中的稳压电容电压之和抬高到超过模组端电压并形成反馈电流。
权利要求1.一种串联超级电容器模组均压模块，其特征在于该模块包括开关器件(5F)、高频变压器σ)、整流ニ极管(化)、稳压电容(ct)、反馈ニ极管(凡)和控制电路(C)，其中 所述高频变压器(r)由一次侧绕组和二次侧绕组组成，控制电路(O包括电压检测接口和开关器件驱动接ロ； 所述高频变压器(r) 一次侧绕组同名端与串联超级电容器模组中的単体超级电容器(Cn)正极连接，异名端与开关器件(5F)的漏极j连接，开关器件(5F)的源极s与単体超级电容器(ら)负极连接，控制电路(O的电压检测接ロ与单体超级电容器(ら)并联，控制电路(CO的驱动接ロ与开关器件(5F)的控制极G连接，高频变压器(Γ) 二次侧绕组通过整流ニ极管(从)与稳压电容(G)及反馈ニ极管(久)并联。
2.根据权利要求I所述的串联超级电容器模组均压模块，其特征在于所述的开关器件(5F)为电カ场效应管MOSFET、电カ晶体管GTR或绝缘栅双极晶体管IGBT的半导体开关管；所述的整流ニ极管(ガ。)和反馈ニ极管(久)为肖特基ニ极管或超快恢复ニ极管。
3.根据权利要求I所述的串联超级电容器模组均压模块，其特征在于所述高频变压器σ)的变比为I :Κ，其中1〈Κ〈Ν，Ν为串联超级电容器模组中单体超级电容器数量，K越大，均压速度越快。
4.一种由权利要求I所述的串联超级电容器模组均压模块构成的超级电容器均压装置，其特征在干串联超级电容器模组中的每ー个単体超级电容器(G)与该装置中的ー个均压模块并联；反馈ニ极管(凡)的阳极连接在与该单体超级电容器负极相连的单体超级电容器并联均压模块的反馈ニ极管(凡)的阴极上，反馈ニ极管(凡)的阴极连接在与该单体超级电容器正极相连的単体超级电容器并联均压模块的反馈ニ极管(凡)的阳极上。
5.根据权利要求4所述的超级电容器均压装置，其特征在干串联超级电容器模组中第一只単体超级电容器(C1)并联均压模块中的反馈ニ极管(久)的阴极再接入充电回路。
专利摘要本实用新型公开了一种串联超级电容器模组均压模块及均压装置，该模块包括开关器件(SW)、高频变压器(T)、整流二极管(Dc)、稳压电容(Ct)、反馈二极管(Df)和控制电路(C)，串联超级电容器模组中的每个单体超级电容器与一个均压模块并联构成均压装置，当控制电路C检测到单体超级电容器电压超过设定值后，会控制均压装置将该超级电容器中的能量回馈到充电回路中，使之电压不再升高，从而达到串联超级电容器模组中每只超级电容器电压均衡的目的。
文档编号H02J15/00GK202444330SQ20112050272
公开日2012年9月19日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者胡仁杰, 蒋玮, 黄学良, 黄慧春 申请人:东南大学