[发明专利]备用供电系统

说明书

本发明涉及备用供电系统，尤其涉及一种用于在充电或放电期间平衡连续连接的N个电容器的相应电压的平衡系统，其包括平衡单元(BUj)，各平衡单元包括电磁线圈(Lj)一对相关联的开关(SWj1、SWj2)。开关间接点通过电磁线圈(Lj)连接到相应电容器组的电容器间接点。控制和生成电路(30)生成PWM控制信号并将所生成的PWM控制信号发送到每个开关。PWM控制信号具有固定的占空比，其在N个电容器的充电或放电期间暂时不会改变。要发送到两个相关联的开关的两个PWM控制信号的占空比对于每个平衡单元是互补的。

技术领域

本公开涉及供电系统领域，更确切地说，涉及备用供电系统。这种系统可以用于例如车辆中，以在车载电池瞬时中断的情况下向车载电路提供电力。

背景技术

在车辆中，车载提供电池(通常为12V的电池)以向车辆的电气装置供电。在某些情况下，由于电池的不希望的断开，来自电池的供电可能暂时中断，典型地在从几毫秒到几秒的时间间隔期间。在这种情况下，需要从备用供电系统向车辆的电气装置供电。电容器通常用作这种备用供电系统中的能量缓冲器。

图11示意性地示出了电源，例如具有向负载P供应电流i(t)的电压V_bat的电池。多个串联连接的电容器C并联连接到负载P并用作能量缓冲器。当负载P与电源棒的连接中断时，如开关SW断开(off)时示意性表示的，电池供电中断，并且电容器C向负载P提供电流i(t)。

在车辆中，诸如ADAS(高级驾驶员辅助系统)控制器的装置需要这种备用电源。

为了面对持续数秒的电池断开，需要存储大量能量。为此，已知使用称为超级电容器(或超电容器)的特定电容器。超级电容器是高容量电容器，其电容值比其它电容器高得多，但具有较低的电压限制。超级电容器的最大电荷例如在2.5V左右。对超级电容器充电超过其最大电荷可能会导致损坏。因此，为了向备用电源提供所需的高电压(高于由电容器强加的电压限制)，需要串联连接多个电容器。在具有12V电池的车辆中，需要串联连接的六个或七个电容器来实现备用电源。

所制造的具有相同最大电荷的电容器的电容值通常非常分散。通常，可以观察到约20％至30％的变化。

从上述结果可知，当包括串联连接的N个电容器的电容器的堆叠从电源充电时，需要平衡不同电容器的电压，以避免一个或更多个电容器被充电超过其最大电荷。

已知不同的技术来平衡电容器的堆叠中的电容器的电压。

参照图12，第一种技术使用电阻R半桥来平衡串联连接的至少两个电容器C1、C2的电压。电阻值越高，充电时间周期越长。对于具有大约千法(kilofarad)的电容值的电容器和具有大约10kΩ的电阻值的电阻R，电容器的时间常数大约是兆秒，因此充电时间非常长。实际上，这种解决方案并不令人感兴趣。

参照图13，作为第一技术的变型的第二技术是基于也具有连接到至少两个串联连接的电容器C1、C2的电阻R半桥的电路，其中，电阻间接点通过串联连接的放大器R和阻尼电阻器r连接到电容器间接点。这种平衡电路能够实现相当快速的平衡，但产生大量的热量。

Linear Technology CorPoration设计和制造高电流超级电容器充电器和备用电源，如产品LTC 3350和LTC 3625。这样的产品提供了电容器的自动平衡，但具有两个主要缺点。这些产品很昂贵并且自动平衡需要几分钟来实现平衡。

在汽车环境中，期望几秒的最大平衡时间。