一種串聯電容器組共振式電壓均衡充電裝置的製作方法

2023-05-25 09:29:16 2

專利名稱：一種串聯電容器組共振式電壓均衡充電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種串聯電容器組共振式電壓均衡充電裝置。
背景技術：
超級電容是一種利用雙電層原理實現的新型儲能元件，單體容量不僅可達數萬法拉，同時具有循環壽命長、溫度範圍寬、充放電速度快、綠色環保等優點，由於超級電容單體的額定電壓較低，因此在實際應用過程需要將多個單體串聯，以滿足容量及工作電壓等級的現場需要。然而由於生產材料及製造工藝等的限制，即使標稱參數完全一致的單體，其實際的等效串聯內阻、容量、充放電速率等參數一般會存在顯著的差異，因此在多超級電容串聯使用過程中，個體的端電壓會呈現典型的不均衡性，這種現象不僅降低了能量的存儲效率，同時可能導致單體的過充發生，嚴重影響了超級電容的使用壽命和可靠性。

實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種保持串聯電容器組中每個電容器單體的充電電壓均衡的、能夠延長電容器單體的使用壽命的、節能效果顯著的串聯電容器組共振式電壓均衡充電裝置。本實用新型的目的通過下述技術方案予以實現:所述裝置包括串聯電容器組和直流充電電源；串聯電容器組中的每個電容器單體(I)的兩端並聯電壓均衡單元(2);所述電壓均衡單元(2)包括電壓檢測單元、脈衝調製單元、互補驅動單元、緩衝開關、釋放開關、LC串聯儲能單元；電壓檢測單元的輸入端連接在電容器單體(I)的兩端，電壓檢測單元的輸出端連接脈衝調製單元，脈衝調製單元連接互補驅動單元，互補驅動單元的兩個輸出端分別連接緩衝開關和釋放開關，LC串聯儲能單元與釋放開關和緩衝開關連接，分別構成RLC降壓釋放電路和RLC電能儲存電路。所述電壓檢測單元採用BL8506集成晶片；互補驅動單元採用TPS28225集成晶片；緩衝開關Gl和釋放開關G2均採用Mosfet開關管。每個Mosfet開關管的源極和漏極間並聯一個電容。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:能夠保持串聯電容器組中每個電容器單體的充電電壓均衡，能夠有效地延長電容器單體的使用壽命，能量損耗低，節能效果顯著，結構可擴展性強。

圖1為本實用新型系統一實施例電氣原理框圖；圖2為I的電壓均衡單元一實施例的主電路圖；圖中:1-電容器單體，2-電壓均衡單元。.具體實施方式
[0011]
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明:所述裝置包括串聯電容器組和直流充電電源；串聯電容器組中的每個電容器單體Cl)的兩端並聯電壓均衡單元(2);所述電壓均衡單元(2)包括電壓檢測單元、脈衝調製單元、互補驅動單元、緩衝開關、釋放開關、LC串聯儲能單元；電壓檢測單元的輸入端連接在電容器單體(I)的兩端，電壓檢測單元的輸出端連接脈衝調製單元，脈衝調製單元連接互補驅動單元，互補驅動單元的兩個輸出端分別連接緩衝開關和釋放開關，LC串聯儲能單元與釋放開關和緩衝開關連接，分別構成RLC降壓釋放電路和RLC電能儲存電路。所述電壓檢測單元採用BL8506集成晶片；互補驅動單元採用TPS28225集成晶片；緩衝開關Gl和釋放開關G2均採用Mosfet開關管。每個Mosfet開關管的源極和漏極間並聯一個電容。該電容是根據對應的RLC串聯電路所決定的共振周期、電流及電壓過零特性和電氣特性來確定，用來確保Mosfet開關管工作在軟開關狀態，降低Mosfet開關管的開關損耗。實施例:參見附圖3，所述系統主要由串聯電容器組、直流充電電源和電壓均衡單元2組成；串聯電容器組中的每個電容器單體I的兩端並聯電壓均衡單元2 ;所述電壓均衡單元2包括BL8506集成晶片的電壓檢測單元、TPS28225集成晶片的互補驅動單元、Mosfet開關管Gl的緩衝開關、Mosfet開關管G2的釋放開關、LC電路的LC串聯儲能|旲塊；電壓檢測單兀的輸入端連接在電容器單體I的兩端，電壓檢測單元的輸出端順序連接555集成晶片的脈衝調製單元和TPS28225集成晶片的互補驅動單元，互補驅動單元的兩個輸出端分別連接Gl和G2，G1和G2的源極和漏極間分別並聯電容Cl和C2 ；LC串聯儲能單元與G2組成對LC串聯儲能單元的C進行放電的RLC釋放電路；LC串聯儲能單元與Gl組成對LC串聯工作原理:在直流充電電源DC給串聯電容器組充電的過程中，流經每個電容器單體I的電流是相同的，由於電容器單體I的個體內阻值的存在差異，每個電容器單體I分配的電壓不是相同的。當某級電容器單體I的電壓均衡單元2的BL8506集成晶片的電壓檢測模塊檢測到其端電壓超出設定的閥值時，BL8506集成晶片的輸出端輸出高電平，驅使555集成晶片的振蕩模塊，555集成晶片輸出具有特定頻率及佔空比的控制信號，經TPS28225集成晶片的互補驅動產生開關驅動信號並控制Gl、G2互補導通。當Gl導通G2截止時，電容器單體I通過Gl、L向LC串聯儲能單元中的電容器C充電並使得本級電容器單體I的端電壓下降；Gl截止時G2導通，LC串聯儲能單元中的電容器C通過L、G2向下一串聯電容器單體放電，放電的結果是提高了本級電容器單體I的B端的電位，即提高了下級電容器單體I的A端的電位。電壓均衡單元2充分利用了 RLC迴路的諧振特性，當諧振電流或電壓過零時開關管才完成導通或截止動作。同時Mosfet開關管Gl、G2分別並聯的電容Cl、C2可有效確保零電壓截至，而串聯的小電感L可有效確保Mosfet開關管零電流導通，以上措施實現了軟開關功能，可有效降低Mosfet開關管的開關損耗，提高旁路分流降壓的系統效率。另外，電壓均衡策略在本質上是過壓保護策略，即在串聯電容器組的充電過程中，只有在充電過程即將結束或者由於串聯電容器單體I的實際參數偏差過大的原因導致某個體的端電壓超過給定閥值的情況下，對應的電壓均衡單元2才會工作，同時結合軟開關技術，可實現串聯電容器組的低能耗過壓降壓保護策略。[0019]本實用新型不僅通過兩個關聯的欠阻尼RLC串聯電路實現了串聯電容器的充電電壓均衡，同時配合驅動信號時序等使開關管工作在軟開關狀態，有效降低了開關損耗並具有良好的結構可擴展性。
權利要求1.一種串聯電容器組共振式電壓均衡充電裝置，所述裝置包括串聯電容器組和直流充電電源；串聯電容器組中的每個電容器單體(I)的兩端並聯電壓均衡單元(2);其特徵在於:所述電壓均衡單元(2)包括電壓檢測單元、脈衝調製單元、互補驅動單元、緩衝開關、釋放開關、LC串聯儲能單元；電壓檢測單元的輸入端連接在電容器單體(I)的兩端，電壓檢測單元的輸出端連接脈衝調製單元，脈衝調製單元連接互補驅動單元，互補驅動單元的兩個輸出端分別連接緩衝開關和釋放開關，LC串聯儲能單元與釋放開關和緩衝開關連接，分別構成RLC降壓釋放電路和RLC電能儲存電路。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於:所述電壓檢測單元採用BL8506集成晶片；互補驅動單元採用TPS28225集成晶片；緩衝開關Gl和釋放開關G2均採用Mosfet開關管。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於:每個Mosfet開關管的源極和漏極間並聯一個電容。
專利摘要本實用新型公開了一種串聯電容器組共振式電壓均衡充電裝置，所述裝置包括串聯電容器組和直流充電電源；串聯電容器組中的每個電容器單體的兩端並聯的電壓均衡單元包括電壓檢測單元、脈衝調製單元、互補驅動單元、緩衝開關、釋放開關、LC串聯儲能單元；電壓檢測單元的輸入端連接在電容器單體的兩端，電壓檢測單元的輸出端連接脈衝調製單元，脈衝調製單元連接互補驅動單元，互補驅動單元的兩個輸出端分別連接緩衝開關和釋放開關，LC串聯儲能單元與釋放開關和緩衝開關連接，分別構成RLC降壓釋放電路和RLC電能儲存電路。本實用新型可防止電容器串聯充電過程中的電容器單體端電壓不均衡現象，具有能耗低、結構可擴展性強等優點。
文檔編號H02J7/00GK202978372SQ20122074390
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者張偉, 張航 申請人:中南大學