[发明专利]一种超级电容协同重构被动均压装置及方法

说明书

本发明提供了一种超级电容协同重构被动均压装置及方法，该装置包括：模拟量采集模块、控制模块、被动均压模块、可重构超级电容组模块和电源转换模块。本发明运用低纹波重构算法离线分析得到重构方案，然后在线重构超级电容组，可以在充电过程中依次减少串联的超级电容单体，降低直流总线的电压，进而降低直流总线的纹波电压。同时采用开关均压电阻式的被动均压，运用协同控制算法控制并联在超级电容两端的开关均压电阻，通过开关的通断，将超级电容中多余的电荷转移到均压电阻上面，重复此过程，直至所有的超级电容都一致性达到相同的预期值。

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种超级电容协同重构被动均压装置及方法。

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。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，对充电设备的元器件的功率等级有很高的要求，增加了充电的成本。

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。如果不采取必要的均压措施,可能会造成某些单体已经过充，而某些单体的尚未完全储能的情况，严重影响超级电容器的性能和寿命。

发明内容

本发明针对上述存在的现有问题，提出了一种超级电容协同重构被动均压装置及方法，运用低纹波重构算法离线分析得到重构方案，然后在线重构超级电容组，可以在充电过程中依次减少串联的超级电容单体，降低直流总线的电压，进而降低直流总线的纹波电压。同时采用开关均压电阻式的被动均压，运用协同控制算法控制并联在超级电容两端的开关均压电阻，通过开关的通断，将超级电容中多余的电荷转移到均压电阻上面，重复此过程，直至所有的超级电容都一致性达到相同的预期值。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。

本发明提供了一种超级电容协同重构被动均压装置，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所在的直流总线电压；

控制模块，用于按照预设重构规则确定重构方案，并根据可重构超级电容组模块所在的直流总线电压和重构方案向可重构超级电容组模块发出重构指令；

被动均压模块，用于根据超级电容单体电压和预设被动均压规则向可重构超级电容组模块发出均压指令；

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，改变串联开关、并联开关和短路开关的断开或闭合调整超级电容单体之间的串并联关系，同时，根据所述被动均压模块发送的均压指令，改变均压电阻开关的断开或闭合进行被动均压；

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、被动均压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将超级电容单体总个数N因数分解为m对因数，得到m个重构结构，再以m个重构结构为基础，根据所述可重构超级电容组所在的直流总线的实时电压与初始电压以及重构结构的对应关系，确定重构方案，N和m均为正整数；

所述预设被动均压规则为当超级电容单体的实时电压与参考电压的差值为负数时，闭合所述超级电容单体对应的均压电阻开关。

进一步的，所述重构方案为：

以RC(Se₁,Pe₁)作为可重构超级电容组模块开始充电时的初始结构；

每当达到切换条件时，将可重构超级电容组模块的结构依次从RC(Se_i,Pe_i)切换到RC(Se_j,Pe_j)；