[发明专利]一种基于重构的主动均压装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于重构的主动均压装置及方法，该装置包括：模拟量采集模块、控制模块、可重构超级电容组模块和电源转换模块。该方法包括：步骤S1：实时采集超级电容单体电压和可重构超级电容组端电压；步骤S2：根据超级电容单体电压和可重构超级电容组端电压，按照预设重构规则生成重构方案；步骤S3：根据重构方案，调整串联开关、并联开关和短路开关的通断来重构可重构超级电容组；步骤S4：当所有超级电容单体均完成充电时，停止充电。本发明相比于现有的主动均压控制不仅电路设计简单，而且均压效果很好。同时，通过短路开关、串联开关和并联开关的控制，可以在充电过程中对电容进行串并联转换，有效调整电容组的端电压。

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于重构的主动均压装置及方法。

背景技术

在超级电容器的应用中,由于其额定电压很低(不到3V),常需要大量的串联。理想状态时，每个超级电容单体性能应该是一致的，即每个超级电容单体的电压是一样的。但是，由于制造误差、自放电速率等因素，电容器单体之间的电压是有差异的。特别是大功率应用场景经常需要大电流充放电,因此串联中的各个单体电容器上电压是否一致是至关重要的。如果不采取必要的均压措施,会引起各个单体电容器上电压差别较大,严重影响超级电容器的性能和寿命。同时在恒定电流充电的过程中串联超级电容组的端电压呈线性增加，所以对充电设备的元器件的功率等级就有很高的要求，增加了充电的成本。

对于串联超级电容均压策略有两种：被动均压和主动均压。最常用的就是基于电阻均压的被动式，安全可靠，方法简单。缺点就是存在能耗，尤其单体容量较大时就比较难以折衷，电阻选小了损耗太大，电阻选大了则均压速度太慢。而主动式可以避免额外的在电阻上的损耗。主动式包括两种，第一种是基于mos管的电压比较均压电路，原理很简单，任何一个单体电压超过阈值就对其放电。其实只起到一种保护作用。只适合于对均压要求不严格的场合，所以很少被采用。主动式的第二种就是设计复杂的电路，监控每一个单体的电压，并进行实时调整保证均压。这种场合主要应用于经常性的大电流充放电，尤其对于大容量超级电容。

发明内容

本发明针对上述存在的现有问题，提出了一种基于重构的主动均压装置及方法，通过短路开关、串联开关和并联开关的组合进行主动均压，当某一个电容充到了预期电压，就控制开关来停止对其充电，重复此过程使所有的电容都达到相同的预期电压值。本发明提供的装置及方法节省了能量，相比于之前的主动均压控制不仅电路设计简单，只需要简单的开关管即可，而且均压效果很好。同时，通过短路开关、串联开关和并联开关的控制，可以在充电过程中对电容进行串并联转换，有效调整电容组的端电压。本发明的研发由国家自然科学基金项目61379111，61672537，61672539，61402538，61403424，61602529，61502055和61503048提供部分支持。

本发明提供了一种基于重构的主动均压装置，包括：模拟量采集模块，用于实时采集超级电容单体电压和可重构超级电容组模块端电压；

控制模块，用于根据模拟量采集模块采集的超级电容单体电压和可重构超级电容组模块端电压，按照预设重构规则向可重构超级电容组模块发出重构指令；

可重构超级电容组模块，用于根据所述控制模块发送的重构指令，通过串联开关、并联开关和短路开关的断开或闭合调整可重构超级电容组；

电源转换模块，用于将外部输入电源电压转换为适合所述模拟量采集模块、控制模块和可重构超级电容组模块正常运转的工作电压；

其中，所述预设重构规则为当所述可重构超级电容组模块中至少一个超级电容单体电压达到第一预设电压阈值时，停止对所述超级电容单体充电，并执行重构操作；或者，当可重构超级电容组模块端电压达到第二预设电压阈值时，执行重构操作；

所述第一预设电压阈值为超级电容单体最大电压；所述第二预设电压阈值为直流总线最大电压；