[发明专利]超级电容电压均衡电路及其均衡电容参数识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压均衡技术，具体涉及一种超级电容电压均衡电路及其均衡电容参数识别方法。

背景技术

串联超级电容器组开关电容均压电路中，均衡电容作为单体间电荷和能量的转移媒介，在均压过程中具有非常重要的作用，它的参数确定对均衡速度和效果有较大影响。在某个恒定的开关周期下，如果均衡电容的电容量太小，则其每次转移的能量较少，使转移次数增加，均压速度延缓；而如果均衡电容的电容量太大，则其自身的漏电流会较大，容易引起额外损耗，此外这会造成电容量的浪费，而且经济性不高。现有的均衡电容参数识别方法是基于串联超级电容器组电路无负载及充电电源的静态电路状态分析得到的指导性取值范围，不能通过其确定均衡电容优化值，所以需要进一步改进。

文献（李海冬，冯之钺，齐智平．一种新颖的串联超级电容器组的电压均衡方法[J].电源技术，2007，31(3)：186-190.）针对传统开关电容均压法提出一种基于静态电路分析的均衡电容参数C_f的识别方法：

（1）

其中，Rx的值为超级电容单体的等效内阻、均衡电容等效内阻以及功率开关管导通时的内阻之和，f为开关频率。该方法对确定均衡电容值具有指导意义，通过该方法可以获得一个较为合适的均衡电容值。但该方法是基于静态电路非零初始状态分析得出的，并且得出的是一个取值范围，不能通过其确定优化值，因此在实际使用时，该方法需要进一步改进。

事实上，当对初始电压为零的串联超级电容器组进行恒压充电时，电路开始工作的瞬间电路中的充电电流达到最大，这个大电流会令各超级电容单体的电压变化率达到最大值。容量小的单体因为时间常数较小，充电速度快，而容量大的单体时间常数较大，充电速度慢。在电压上升的过程中，单体间的电压差会随着时间的推移而逐渐增大。现有参数识别方法在电路分析时没有考虑动态电路零初始电压这一情况，这会导致按照式（1）确定的参数值无法满足充电电路初始工作阶段各单体能量转移和电压均衡的要求，无法更有效、更快速地抑制单体间不断增大的电压差，延长了系统电压均衡的时间。因此，在均衡电容参数识别方法计算中有必要考虑串联超级电容器组动态充电电路零状态这一情形。

发明内容

本发明提供一种超级电容电压均衡电路及其均衡电容参数识别方法，加快能量转移的速度，进而缩短串联超级电容器组的电压均衡时间。

为实现上述目的，本发明提供一种超级电容电压均衡电路，其特点是，该电路包含：

依次串联连接的第一超级电容、第二超级电容和第三超级电容，其两端接电源；

依次串接电源两端的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关；其中第一开关和第二开关并联连接于第一超级电容两端，第三开关和第四开关并联连接于第二超级电容两端，第五开关和第六开关并联连接于第三超级电容；

一对相反的开关控制信号；一路信号接第一开关、第三开关和第五开关；另一路信号接第二开关、第四开关和第六开关；

第一均衡电容层，其包含串联连接的第一均衡电容和第二均衡电容；其中第一均衡电容并联连接于第二开关和第三开关两端；第二均衡电容并联连接于第四开关和第五开关两端；

第二均衡电容层，其包含与第一均衡电容和第二均衡电容并联连接的第三均衡电容。

一种上述超级电容电压均衡电路的均衡电容参数识别方法，其特点是，该方法包含：

超级电容电压均衡电路拓扑分解为第一均压电路和第二均压电路；第一均压电路包含第一均衡电容层；第二均压电路包含第二均衡电容层；

进行第一均压电路中第一均衡电容层的电容参数识别；

进行第二均压电路中第二均衡电容层的电容参数识别。

上述第一均压电路中第一均衡电容层的电容参数识别方法包含：

选取超级电容中容量最大和最小的两个单体，从而建立第一均压电路的等效电路；

在一个开关周期内基于零状态对第一均压电路的等效电路进行分析；

选取第一均压电路的均衡电容的最优参数。

上述第一均压电路的等效电路模型包含：

串联连接于电源两端的最大超级电容C_max和最小超级电容C_min；最大超级电容C_max和最小超级电容C_min分别串联有超级电容等效串联电阻R_SC；