[发明专利]一种新型串联超级电容器组动态均压装置

说明书

技术领域

本发明涉及储能技术、电源领域，特指一种新型串联超级电容器组动态均压装置及其控制策略，适用于电动汽车、风力发电以及光伏发电的储能系统。

背景技术

随着新能源发电和电动汽车的发展，电能存储的重要性日益突现。目前常用的电能存储装置有：蓄电池、飞轮、超级电容、超导磁体等。超级电容器作为一种新型的储能元件，其性能优越，尤其是功率密度很高，因此可以作为辅助能源，和蓄电池或燃料电池作为电动汽车的混合动力源，这样就可以很好的弥补传统电动汽车的不足之处。超级电容器提供汽车启动、加速以及爬坡时短时的大功率，特别是电动汽车下坡或者减速的时候，由超级电容器吸收能量，实现制动能量回收，既保护蓄电池免受大电流的冲击，维护了电池的健康，同时又提高了能量回收的效率。超级电容就是电容量很大的电容，通常其容量都以F做为单位，现在已有3000F的超级电容。所以超级电容又叫法拉电容或者黄金电容。

超级电容器由于额定工作电压很小，为了满足电动汽车对于储能功率的要求，一般均需将其进行串联使用，由于各超级电容器在电容量、等效串联内阻和漏电流等参数上存在差异，导致了超级电容器组中各单体电压的不一致，进而影响超级电容器组的利用率和使用寿命，均压技术在超级电容器的实际应用中起着十分重要的作用。

超级电容器的均压技术主要有两类：能量消耗型和能量转移型。能量消耗型均压技术虽然电路简单、控制方便、节约成本，但其主要将多余能量消耗在电阻或稳压管上，能量浪费严重，发热量大。能量转移型均压技术是通过能量变换器将单体之间偏差的能量转移到组中其他单体，从而实现均压目的，在均压过程中，无谓能量消耗很少，能显著提高储能系统的效率。目前较为成熟的能量转移型均压技术有：开关电容法、开关电感法、飞渡电容法和DC/DC变换器法，其中开关电容和开关电感法中多个电感和多个电容的重量和成本都是不容忽视的，且需要占用很大的空间；而DC-DC变换器法，控制相对复杂，成本较高，飞渡电容法是目前较为先进的一种均压方法，但受其原理的制约，均压速率较慢，因此比较适宜于静态均压，而难以满足电动汽车储能系统对动态均压的要求。为了便于在下文中进一步说明本专利所述新型动态均压装置的创新点，在这里简明介绍“飞渡电容法”：“飞渡电容”法是在开关电容法的基础上提出了均压技术，该方法是一种单电容均压方法，利用一个容量较小的普通电容器作为中间储能单元进行转移能量，即“飞渡电容”，适时地检测各串联超级电容器的电压，前半个周期将普通电容始终与电压最高的超级电容器相连，由电压最高的超级电容器给普通电容充电，后半个周期将普通电容始终与电压最低的超级电容器相连，以使普通电容给电压最低的超级电容器充电，反复动作开关逐渐达到均压。飞渡电容均压方法进一步降低了能量损耗，减少了开关电容法由于多个电容的存在，而造成的重复无效的能量流动，从而加快了均压的速度，但从原理上看，还是借助一个“飞渡电容”来转移能量，由于该电容的容量较之需均压的超级电容单体的容量有着十分悬殊的差距，因此均压过程需要经历次数较多的开关网络切换，一方面增加了开关损耗，另一方面也增加了均压时间，不适用于需要快速均压的的动态均压场合。

鉴于上述分析，有必要发明一种新装置，使用简单的控制方法、较少的元器件，实现高速度、高效率的超级电容器组动态均压。

发明内容

技术问题：本发明针对现有超级电容器组动态均压技术的不足进行设计，提出了一种新型的动态均压装置，该装置部分借鉴了已有的静态均压思想，然而出发点与已有的均压技术有着显著不同，构造了新的均压电路拓扑结构，提出了新的控制方法，提高了动态均压技术的可行性，改善了动态均压的效果。与此同时，本发明中所提出的动态均压装置使用较少的元器件，减小了体积，节约了成本，降低了动态均压电路结构的复杂度，提高了均压的效率和速度，非常适合用于电动汽车储能系统。