基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及电力超级电容器均压控制领域。
【背景技术】
[0002] 电力超级电容器被广泛的应用在微电网，W及各种电力变换领域。电力超级电容 器容值较大一般在3000FW上，具有优于蓄电池的功率密度W及使用寿命，但是超级电容单 体电压一般都比较低，最大单体电压一般在2.7V左右，如果高于该值，会对超级电容器产生 不可逆转的损害。
[0003] 由于超级电容低单体电压特性，而电力应用时需要超级电容组电压比较高，运是 就需要将超级电容器串联起来使用。由于超级电容器原理是基于双电层理论的，填充在双 电层之间的电解液很难保证超级电容单体容值相等，运样在串联使用时，不同容值的超级 电容器就会带来不同的端电压，就会出现端电压有低有高的情况。超级电容电压低对超级 电容影响不大，但是如果超级电容电压高，会是超级电容电解液电解，W及发生化学反应， 严重影响超级电容寿命。
[0004] 超级电容均衡电路的出现，正是为了解决超级电容电压均衡问题。目前普遍采用 的均衡策略是被动式采用电阻放电的形式，将电压高的单体能量通过放电电阻释放掉，该 方式不但效率低，而且均衡速度很慢，一般用在小容量超级电容器上，不适合应用在电力超 级电容器中。还有人提出了一些采用电感、电容W及开关管进行的超级电容均衡技术，但是 运些技术能量转移慢，一般用在小容量超级电容器上，同样不适合应用在电力超级电容器 中。所W急需一种均衡速度快，而且均衡效率高的超级电容均衡策略。
【发明内容】
[000引本发明为了解决现有超级电容均压技术中存在能量转移慢和不适用于电力超级 电容器的问题，提出了基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置及方法。
[0006] 基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置包括中央控制器、n个有源嵌 位开关电源、超级电容组电压Vc转24V开关电源、超级电容组和超级电容电压采样电路，所 述超级电容组由n个超级电容单体组成，所述超级电容电压采样电路对超级电容组的超级 电容单体电压进行采集，超级电容电压采样电路的电压信号输出端与中央控制器的电压信 号输入端连接，中央控制器的控制信号输出端与n个有源嵌位开关电源的控制信号输入端 连接，每个有源嵌位开关电源的充电信号输出端与一个超级电容单体的充电信号输入端连 接，超级电容组电压Vc转24V开关电源为n个有源嵌位开关电源供电。
[0007] 基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压方法，它是基于下述装置实现的， 所述装置包括中央控制器、n个有源嵌位开关电源、超级电容组电压Vc转24V开关电源、超级 电容组和超级电容电压采样电路，所述超级电容组由n个超级电容单体组成，所述超级电容 电压采样电路对超级电容组的超级电容单体电压进行采集，超级电容电压采样电路的电压 信号输出端与中央控制器的电压信号输入端连接，中央控制器的控制信号输出端与n个有 源嵌位开关电源的控制信号输入端连接，每个有源嵌位开关电源的充电信号输出端与一个 超级电容单体的充电信号输入端连接，超级电容组电压Vc转24V开关电源为n个有源嵌位开 关电源供电；
[000引所述方法为：
[0009] 步骤一、中央控制器通过控制超级电容电压采样电路采集到每个超级电容单体的 电压Vp，1如如，获得超级电容组的电压平均值Vaverage ;
[0010] 步骤二、判断第P个超级电容单体电压是否满足Vp<Vaverage，是，则控制与其相连的 有源嵌位开关电源打开，此时第P个超级电容单体电压升高，其他超级电容单体电压下降；
[0011] 步骤S、循环执行步骤一和步骤二，直至每个超级电容单体电压都满足Vaverage-A V<Vj<Vaverage+AV，l y如，AV为系统允许的超级电容单体端电压偏差值，系统完成均压 任务。
[0012] 有益效果:本发明提出的基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置及方 法中，由于有源嵌位开关电源输出电流比较大，达到20A，所W可W为大容量超级电容提供 均衡电源，均衡速度快，可用于充电过程中的均衡;并且由于有源嵌位开关电源采用新型软 开关技术，效率非常高，提升了整个系统均衡效率。另外，本发明采用模块化设计，使系统便 于集成与维护。
【附图说明】
[0013] 图1为【具体实施方式】一所述的基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置 的原理示意图；
[0014] 图2为【具体实施方式】二所述的有源嵌位开关电源2的拓扑结构电路图；
[0015] 图3为【具体实施方式】五所述的有源嵌位开关电源2的控制原理图；
[0016] 图4为【具体实施方式】六所述的有源嵌位开关电源2的工作时序波形图；
[0017] 图5为阶段1电路工作电流流向图；
[0018] 图6为阶段2电路工作电流流向图；
[0019] 图7为阶段3电路工作电流流向图；
[0020] 图8为阶段4电路工作电流流向图；
[0021] 图9和图10为阶段5电路工作电流流向图；
[0022] 图11为阶段6电路工作电流流向图；
[0023] 图12和图13为阶段7电路工作电流流向图；
[0024] 图14为阶段8电路工作电流流向图。
【具体实施方式】
[0025]
【具体实施方式】一、结合图1说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】所述的基于有源 嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置包括中央控制器Un个有源嵌位开关电源2、超级 电容组电压Vc转24V开关电源3、超级电容组4和超级电容电压采样电路5,所述超级电容组4 由n个超级电容单体组成，所述超级电容电压采样电路5对超级电容组4的超级电容单体电 压进行采集，超级电容电压采样电路5的电压信号输出端与中央控制器1的电压信号输入端 连接，中央控制器1的控制信号输出端与n个有源嵌位开关电源2的控制信号输入端连接，每 个有源嵌位开关电源2的充电信号输出端与一个超级电容单体的充电信号输入端连接，超 级电容组4电压Vc转24V开关电源3为n个有源嵌位开关电源2供电。
[0026] 本实施方式中所述的中央控制器1采用由一个CPUW及通讯模块与开关管驱动模 块等组成的控制系统实现，通过控制超级电容电压采样单元5采集每个超级电容单体的电 压，并计算超级电容组4的电压平均值;断第P个超级电容单体电压是否满足Vp<Vaverage，是， 则控制与其相连的有源嵌位开关电源2打开，此时第P个超级电容单体电压升高，其他超级 电容单体电压下降;循环执行上述过程，直至每个超级电容单体电压都满足Vaverage-AV<Vj <Vaverage + AV，l y ^n, AV为系统允许的超级电容单体端电压偏差值，系统完成均压任 务。
【具体实施方式】 [0027] 二、根据权利要求1所述的基于有源嵌位软开关电源的电力超级电 容均压装置，其特征在于，所述有源嵌位开关电源2的拓扑电路采用同步整流方式，该拓扑 电路包括24V恒压源Vin、流控电流源i3/k、压控电压源kVi、激磁电感Lm、一次侧漏感k、二次 侧漏感Lsr、滤波电感LO、主开关管Si、有源嵌位辅助开关管S2、第一同步整流开关管S3、第二 同步整流开关管S4、滤波开关管S5、第一体二极管Dl、第二体二极管〇2、第；体二极管〇3、第四 体二极管〇4、第五体二极管化、第一电容Cr、第二电容C2、第=电容C3、第四电容C4、第五电容 Cs、有源嵌位电容Cl、滤波电容Co和负载电阻化，其中等效变压器一次侧等效为激磁电感Lm和 流控电流源i3/k并联然后与一次侧漏感以串联结构，等效变压器二次侧等效为压控电压源 kVi与二次侦爛感Lsr串联结构，k为变压器一次侧线圈m与二次侧线圈m的应数之比；
[0028] 所述24V恒压源Vin的正极与一次侧漏感k的一端连接，一次侧漏感k的另一端与 激磁电感Lm的一端连接，激磁电感Lm的另一端同时与有源嵌位电容Cl的一端、主开关管Si的 漏极、第一体二极管化的阴极和第一电容Cr的一端连接，有源嵌位电容Cl的另一端同时与第 二电容C2的一端、第二体二极管化的阳极、有源嵌位辅助开关管S2的源极连接，第二电容C2 的