一種超級電容用混合損耗型均壓電路的製作方法
2024-02-09 01:36:15
一種超級電容用混合損耗型均壓電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超級電容用混合損耗型均壓電路，連接N個超級電容的串聯電路，N≥2且為整數，包括N個限幅均壓電路和N-1個動態均壓電路，其中：N個限幅均壓電路與N個超級電容一一對應並聯；N-1個動態均壓電路與每相鄰兩個超級電容的串聯支路一一對應並聯，同時每個動態均壓電路的輸出端連接其對應的相鄰兩個超級電容的串接端。本實用新型結合兩種電路的優勢，改進均壓能力，使得快速充電能力，適用性更強，均壓曲線趨於合理。同時更快的平衡容值差異造成的電壓差異，可以儘可能地壓制單體電容不超過限定電壓，從而延長單體的使用壽命。
【專利說明】一種超級電容用混合損耗型均壓電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用於超級電容的混合損耗型均壓電路。
【背景技術】
[0002]目前儲能器件在迅猛發展，但是歸根結底主流還是各種化學電池。不管如何，化學電池帶來的汙染問題和安全問題還是不好解決。基於電化學反應充放電，就註定其有較大的充電限制和放電限制。而超級電容基於物理效應充放電沒有複雜的化學反應過程，基本上沒有多大限制，所以比較適合吸收浪湧，瞬間制動能量等突發峰值能量。同樣也比較適合突發釋放較大的瞬間能量。所以一般應用在地鐵減速發電能量回收，港口重型起重設備，電梯等諸多能量回收再利用領域。特別是地鐵製動時大比例的反向電流，可以使用超級電容來回收。據相關行業數據，採用能源再生技術的電梯，一年可節約上萬度的電能，是比較合適的節能減排方案。
[0003]但是超級電容也有類似電池的問題，就是單體耐壓較低。比如說2.7V。為了獲得較高的使用電壓採用串接方式。但是串聯充電就要求產品單體在整個生命周期中，容值等特性一致，如果有差異，會導致在幾個充放電循環後個別單體會超過使用上限電壓。所以需要有一個均衡電路來限制單體電壓。目前常見的電壓均衡電路主要是動態均壓和限幅均壓。他們各有優點，限幅電路簡單成本低，當電壓超過門限電壓後才開始動作。如果充電電流在充電曲線後期還較大的話(幾倍於均壓電路的均壓能力)，個別電容將超過限定幅值，當然最終還是會被均壓電路均衡掉。而動態均壓會從IC的最低工作電壓開始到均衡兩兩之間的電壓差異。而不像限幅電路一樣把不平衡積累到最後解決。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在於提供一種超級電容用混合損耗型均壓電路，結合兩種電路的優勢，改進均壓能力，使得快速充電能力，適用性更強，均壓曲線趨於合理。同時更快的平衡容值差異造成的電壓差異，可以儘可能地壓制單體電容不超過限定電壓，從而延長單體的使用壽命。
[0005]實現上述目的的技術方案是:
[0006]一種超級電容用混合損耗型均壓電路，連接N個超級電容的串聯電路，N ^ 2且為整數，所述混合損耗型均壓電路包括N個限幅均壓電路和N-1個動態均壓電路，其中:
[0007]N個限幅均壓電路與N個超級電容一一對應並聯；
[0008]N-1個動態均壓電路與每相鄰兩個超級電容的串聯支路一一對應並聯，同時每個動態均壓電路的輸出端連接其對應的相鄰兩個超級電容的串接端。
[0009]進一步地，所述N個限幅均壓電路結構相同，以其中一個為例，包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、三極體Ql、三極體Q3、三極體Q5、電容Cl和基準電壓源1C，其中:
[0010]所述電阻R2 —端連接所述限幅均壓電路的第一埠，另一端通過所述電阻R7連接所述限幅均壓電路的第二埠；
[0011]所述基準電壓源IC的第一端通過所述電阻R3連接所述限幅均壓電路的第一埠，所述基準電壓源IC的第一端通過電容Cl連接所述電阻R2和電阻R7的相接端，所述基準電壓源IC的第二端連接所述限幅均壓電路的第二埠 ；所述基準電壓源IC的REF端連接所述電阻R2和電阻R7的相接端；
[0012]所述三極體Ql的發射極連接所述限幅均壓電路的第一埠，集電極通過所述電阻R8連接所述限幅均壓電路的第二埠，基極通過所述電阻R4連接所述基準電壓源IC的弟觸；
[0013]所述三極體Q3的集電極連接所述限幅均壓電路的第二埠，發射極通過所述電阻R9連接所述三極體Q5的基極，三極體Q3的基極通過所述電阻R6連接所述三極體Ql的集電極；
[0014]所述三極體Q5的集電極通過所述電阻Rl連接所述限幅均壓電路的第一埠，發射極連接所述限幅均壓電路的第二埠。
[0015]進一步地，所述N-1動態均壓電路結構相同，以一個為例，包括:運算放大器、電阻R5、電阻R18、電阻R74、電阻R19、三極體Q2、三極體Q7、電阻R15和電阻R10，其中:
[0016]所述運算放大器的同相輸入端通過所述電阻R5連接所述動態均壓電路的第一端，同相輸入端還通過所述電阻R18連接所述動態均壓電路的第二端，反相輸入端通過所述電阻R15連接所述動態均壓電路的輸出端；所述運算放大器的輸出端通過所述電阻R74分別連接所述三極體Q2的基極和三極體Q7的基極；所述運算放大器的輸出端還通過所述電阻R19連接所述運算放大器的反相輸入端；
[0017]所述三極體Q2的集電極連接所述動態均壓電路的第一端，發射極通過所述電阻RlO連接所述動態均壓電路的輸出端；
[0018]所述三極體Q7的集電極連接所述動態均壓電路的第二端，發射極連接所述三極體Q2的發射極。
[0019]進一步地，所述N為6。
[0020]本實用新型的有益效果是:本實用新型將兩種電路結合在一起，以應對超級電容的快速充電。更快的平衡容值差異造成的電壓差異，可以儘可能地壓制單體電容不超過限定電壓，從而延長單體的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的超級電容用混合損耗型均壓電路的結構圖；
[0022]圖2是本實用新型的一實施例的具體電路圖；
[0023]圖3是四個運放LMH6644的結構接線圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0025]請參閱圖1，本實用新型的超級電容用混合損耗型均壓電路，連接N個超級電容的串聯電路，N ^ 2且為整數，本實施例中，N為6 ;混合損耗型均壓電路包括N個限幅均壓電路和N-1個動態均壓電路，其中:
[0026]N個限幅均壓電路與N個超級電容——對應並聯；
[0027]N-1個動態均壓電路與每相鄰兩個超級電容的串聯支路一一對應並聯，同時每個動態均壓電路的輸出端連接其對應的相鄰兩個超級電容的串接端。
[0028]N個限幅均壓電路結構相同，以其中一個為例，如圖2所示，該限幅均壓電路包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、三極體Q1、三極體Q3、三極體Q5、電容Cl和基準電壓源IC Q4,其中:
[0029]電阻R2 —端連接所述限幅均壓電路的第一埠，另一端通過電阻R7連接限幅均壓電路的第二埠 ；基準電壓源IC的第一端通過電阻R3連接限幅均壓電路的第一埠，基準電壓源IC的第一端通過電容Cl連接電阻R2和電阻R7的相接端，基準電壓源IC的第二端連接限幅均壓電路的第二埠 ；基準電壓源IC的REF端連接電阻R2和電阻R7的相接端；三極體Ql的發射極連接限幅均壓電路的第一埠，集電極通過電阻R8連接限幅均壓電路的第二埠，基極通過電阻R4連接基準電壓源IC的第一端；三極體Q3的集電極連接限幅均壓電路的第二埠，發射極通過電阻R9連接三極體Q5的基極，三極體Q3的基極通過電阻R6連接三極體Ql的集電極；三極體Q5的集電極通過電阻Rl連接限幅均壓電路的第一埠，發射極連接限幅均壓電路的第二埠。
[0030]圖2中Q4為TL431，是一種基準電壓源1C，此IC基準電壓一致性較好，其REF (基準電壓/2.5V)端接R2、R7從而產生分壓。由此也可以設定限幅電壓起始值，本實施例中將電壓設置在2.67V。當Q4的REF腳電壓達到或超過2.5V時Q4的CATHODE端灌入電流會顯著變化，從而驅動Ql，Ql又驅動Q3，Q5是中功率三極體其增益係數較低只有50倍，而Q1、Q3是普通三極體增益係數要大於Q5。所以中間使用Q3放大。R8為Q3的基極的下拉電阻，目的是加速Q5的開關邊緣，放置Q5提前打開。圖2中，Jl的每兩個相鄰引腳接一個超級電容；
[0031]N-1動態均壓電路結構相同，以一個為例，請參閱圖2，該動態均壓電路包括:運算放大器U1A、電阻R5、電阻R18、電阻R74、電阻R19、三極體Q2、三極體Q7、電阻R15和電阻R10，其中:
[0032]運算放大器UlA的同相輸入端通過電阻R5連接動態均壓電路的第一端，同相輸入端還通過電阻R18連接動態均壓電路的第二端，反相輸入端通過電阻R15連接動態均壓電路的輸出端；運算放大器的輸出端通過電阻R74分別連接三極體Q2的基極和三極體Q7的基極；運算放大器UlA的輸出端還通過電阻R19連接運算放大器UlA的反相輸入端；三極體Q2的集電極連接所述動態均壓電路的第一端，發射極通過電阻RlO連接動態均壓電路的輸出端；三極體Q7的集電極連接動態均壓電路的第二端，發射極連接三極體Q2的發射極。
[0033]圖2中，由運算放大器UlA和Q2、Q7構成的推免電路，其原理是當兩個相鄰的兩個超級電容，電壓差值達到設定置偏值時，大的一方將通過Q2或Q3經RlO釋放。之所以使用R19和R15構成的置偏電路，是為了減少其動作頻率，使三極體工作更加飽和，降低三極體發熱。在本實施例中中運算放大器的供電電壓跨接了 4個超級電容，減去上下電壓工作限制，可保證動態均壓電路在較低電壓情況的時候就可以開始動作。U2的11腳接在R18下方，可以說跨接了四個超級電容與Ul是一致的。UlA?UlC是屬於Ul的3個部分。因為Ul和U2都是一個4運放的元件，四個運放使用同一個電源(LMH6644)，如圖3所示。
[0034]綜上，本實用新型結合兩種電路的優點，而具備兩種電路所不具備的性能，即相對而言的快速充電能力。超級電容模組在充電初始階段，達到動態均壓電路部分的最小工作電壓後，均壓電路就已經開始均衡由超級電容容值誤差造成的單體間電壓差異。直到2.7V限制電壓都在工作。當單體達到2.67V時限幅電路開始工作，此時動態均壓電路也是工作的。我們都知道，超級電容容量很大，如果單獨靠一個均壓方式應對大電流充電，很難保證個別單體不超過限制使用電壓(2.7V)，或者在限制電壓之上保持較長的時間。這樣導致模組中容量相對小的超級電容提前損耗(電容容值有製造誤差)。而單純用限幅電路難以應付，因為他只有在超過限制時才起作用，是將問題積累起來在解決。而混合均壓電路可提前釋放掉單體間的差異。同時又有最後一道防護，減少了對充電電流大小的依賴。
[0035]以上實施例僅供說明本實用新型之用，而非對本實用新型的限制，有關【技術領域】的技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬於本實用新型的範疇，應由各權利要求所限定。
【權利要求】
1.一種超級電容用混合損耗型均壓電路，連接N個超級電容的串聯電路，N >2且為整數，其特徵在於，所述混合損耗型均壓電路包括N個限幅均壓電路和N-1個動態均壓電路，其中: N個限幅均壓電路與N個超級電容一一對應並聯； N-1個動態均壓電路與每相鄰兩個超級電容的串聯支路一一對應並聯，同時每個動態均壓電路的輸出端連接其對應的相鄰兩個超級電容的串接端。
2.根據權利要求1所述的超級電容用混合損耗型均壓電路，其特徵在於，所述N個限幅均壓電路結構相同，以其中一個為例，包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、三極體Q1、三極體Q3、三極體Q5、電容Cl和基準電壓源1C，其中: 所述電阻R2 —端連接所述限幅均壓電路的第一埠，另一端通過所述電阻R7連接所述限幅均壓電路的第二埠； 所述基準電壓源IC的第一端通過所述電阻R3連接所述限幅均壓電路的第一埠，所述基準電壓源IC的第一端通過電容Cl連接所述電阻R2和電阻R7的相接端，所述基準電壓源IC的第二端連接所述限幅均壓電路的第二埠 ；所述基準電壓源IC的REF端連接所述電阻R2和電阻R7的相接端； 所述三極體Ql的發射極連接所述限幅均壓電路的第一埠，集電極通過所述電阻R8連接所述限幅均壓電路的第二埠，基極通過所述電阻R4連接所述基準電壓源IC的第一端; 所述三極體Q3的集電極連接所述限幅均壓電路的第二埠，發射極通過所述電阻R9連接所述三極體Q5的基極，三極體Q3的基極通過所述電阻R6連接所述三極體Ql的集電極； 所述三極體Q5的集電極通過所述電阻Rl連接所述限幅均壓電路的第一埠，發射極連接所述限幅均壓電路的第二埠。
3.根據權利要求1或2所述的超級電容用混合損耗型均壓電路，其特徵在於，所述N-1動態均壓電路結構相同，以一個為例，包括:運算放大器、電阻R5、電阻R18、電阻R74、電阻R19、三極體Q2、三極體Q7、電阻R15和電阻R10，其中: 所述運算放大器的同相輸入端通過所述電阻R5連接所述動態均壓電路的第一端，同相輸入端還通過所述電阻R18連接所述動態均壓電路的第二端，反相輸入端通過所述電阻R15連接所述動態均壓電路的輸出端；所述運算放大器的輸出端通過所述電阻R74分別連接所述三極體Q2的基極和三極體Q7的基極；所述運算放大器的輸出端還通過所述電阻R19連接所述運算放大器的反相輸入端； 所述三極體Q2的集電極連接所述動態均壓電路的第一端，發射極通過所述電阻RlO連接所述動態均壓電路的輸出端； 所述三極體Q7的集電極連接所述動態均壓電路的第二端，發射極連接所述三極體Q2的發射極。
4.根據權利要求1所述的超級電容用混合損耗型均壓電路，其特徵在於，所述N為6。
【文檔編號】H02J15/00GK204012813SQ201420357030
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】楊偉明, 黃若辰, 梁波 申請人:深圳市金能弘盛能源科技有限公司