CN106410916A - 一种车辆、超级电容、电压均衡电路与电压均衡方法 - Google Patents

一种车辆、超级电容、电压均衡电路与电压均衡方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于超级电容的电压均衡方法，包括如下步骤：依次对相邻的两个电容器之间设置一级DC/DC转换器，且全部所述一级DC/DC转换器之间串联；依次对相邻的两个所述一级DC/DC转换器之间设置二级DC/DC转换器，且全部所述二级DC/DC转换器之间串联。本发明还公开了用于超级电容的电压均衡电路。本发明还公开了一种包括上述电压均衡电路的超级电容。本发明还公开了一种包括上述超级电容的车辆。上述电压均衡方法，能够有效提升均衡速率，减少转移次数，并降低能量的损耗，同时也避免了因某一个DC/DC转换器发生故障而造成的整个均衡电路的切断。

Description

一种车辆、超级电容、电压均衡电路与电压均衡方法
技术领域
本发明涉及超级电容技术领域，特别涉及一种用于超级电容的电压均衡方法。本发明还涉及一种用于超级电容的电压均衡电路。本发明涉及一种具有该电压均衡电路的超级电容。并且本发明涉及一种具有该超级电容的车辆。
背景技术
由于超级电容特性的分散性，串并联组合成的超级电容模组一般都配有电压均衡电路，使超级电容单体的电压处于一个相对平衡的状态，以延长超级电容的使用寿命。
电压均衡方法主要有：稳压管电压均衡法、开关电阻法及DC/DC双向变换法等。
针对稳压管均衡法，其是在每一个超级电容器都并联一个稳压管，当电容器的工作电压超过稳压管的击穿电压时，充电电流就会从稳压管上流过，电容器的电压不再上升。这种方法缺点是充电能量完全消耗在稳压管上，稳压管会严重发热，能量浪费严重；稳压管的击穿电压精度低，分散性差，使电压均衡电路的工作可靠性降低。
针对开关电阻法，其是在每一个超级电容器与一个由电阻和开关串联组成的支路并联，当电容器的工作电压达到额定值时，开关闭合，充电电流就会从电阻和开关上旁路，不再给电容器充电。这种方法的缺点是耗费能量，电阻发热量大。
针对上述DC/DC双向变换法，是指在每两个相邻电容器之间都有一个BUCK/BOOST变换器。通过比较相邻电容器之间的电压，将电压高的电容器的能量通过DC/DC变换器转移到电压低的电容器中去。这种方法的缺点是一个DC/DC变换器故障会影响整个***的均衡，同时均衡效果低，倘若其中一个DC/DC变换器发生故障，将会切断相应的均衡电路，导致整个均衡电路的中断；此外，对于间隔较远的两个电容器，倘若两者的电压差较大，需要通过较多次数的转换，转换效率慢及能量损耗大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于超级电容的电压均衡方法，该电压均衡方法可以提升了均衡速率，避免了因某一个DC/DC转换器发生故障而造成的整个均衡电路的切断。本发明的另一目的是提供一种用于超级电容的电压均衡电路。本发明的再一目的是提供一种包括上述电压均衡电路的超级电容。本发明的还一目的是提供一种包括上述超级电容的车辆。
为实现上述目的，本发明提供一种用于超级电容的电压均衡方法，包括如下步骤：
依次对相邻的两个电容器之间设置一级DC/DC转换器，且全部所述一级DC/DC转换器之间串联；
依次对相邻的两个所述一级DC/DC转换器之间设置二级DC/DC转换器，且全部所述二级DC/DC转换器之间串联。
相对于上述背景技术，本发明提供的电压均衡方法，采用多层次的能量转移均衡方法，依次对相邻的两个电容器之间设置一级DC/DC转换器，并且每一个一级DC/DC转换器之间串联；即，任意两个一级DC/DC转换器之间无相同的电容器，不存在一个电容器与两个一级DC/DC转换器相连的情况；并且依次对相邻的两个所述一级DC/DC转换器之间设置二级DC/DC转换器，同样地，不存在一个一级DC/DC转换器与两个二级DC/DC转换器相连的情况；如此设置，能够有效提升均衡速率，减少转移次数，并降低能量的损耗，同时也避免了因某一个DC/DC转换器发生故障而造成的整个均衡电路的切断。
优选地，还包括如下步骤：
依次对相邻的两个所述二级DC/DC转换器之间设置三级DC/DC转换器，且全部所述三级DC/DC转换器之间串联。
优选地，还包括如下步骤：
依次对相邻的两个包含所述电容器的模组之间设置一级模组DC/DC转换器，且全部所述一级模组DC/DC转换器之间串联；
优选地，还包括如下步骤：
依次对相邻的两个所述一级模组DC/DC转换器之间设置二级模组DC/DC转换器，且全部所述二级模组DC/DC转换器之间串联。
本发明还提供一种用于超级电容的电压均衡电路，包括：
相互串联的多个电容器；
多个一级DC/DC转换器；多个所述一级DC/DC转换器依次设置于相邻的两个所述电容器之间，且全部所述一级DC/DC转换器之间串联；
多个二级DC/DC转换器；多个所述二级DC/DC转换器依次设置于相邻的两个所述一级DC/DC转换器之间，且全部所述二级DC/DC转换器之间串联。
优选地，还包括：
多个三级DC/DC转换器；多个所述三级DC/DC转换器依次设置于相邻的两个所述二级DC/DC转换器之间，且全部所述三级DC/DC转换器之间串联。
优选地，还包括：
多个一级模组DC/DC转换器；多个所述一级模组DC/DC转换器依次设置于相邻的两个包含所述电容器的模组之间，且全部所述一级模组DC/DC转换器之间串联。
优选地，还包括：
多个二级模组DC/DC转换器；多个所述二级模组DC/DC转换器依次设置于相邻的两个包含所述一级模组DC/DC转换器之间，且全部所述二级模组DC/DC转换器之间串联。
本发明提供的一种超级电容，包括上述任一项所述的电压均衡电路。
本发明提供的一种车辆，包括上述的超级电容。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的电压均衡方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的电压均衡电路的均衡原理框图；
图3为本发明实施例所提供的电压均衡电路的模组之间的均衡原理框图；
图4为本发明实施例所提供的超级电容的整体模组的正视图；
图5为图4的俯视图；
图6为图4的左视图；
图7为图4的右视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图7，图1为本发明实施例所提供的电压均衡方法的流程图；图2为本发明实施例所提供的电压均衡电路的均衡原理框图；图3为本发明实施例所提供的电压均衡电路的模组之间的均衡原理框图；图4为本发明实施例所提供的超级电容的整体模组的正视图；图5为图4的俯视图；图6为图4的左视图；图7为图4的右视图。
本发明提供一种用于超级电容的电压均衡方法，如说明书附图1所示，包括如下步骤：
S1、依次对相邻的两个电容器之间设置一级DC/DC转换器，且全部所述一级DC/DC转换器之间串联；
S2、依次对相邻的两个所述一级DC/DC转换器之间设置二级DC/DC转换器，且全部所述二级DC/DC转换器之间串联。
通过上述可知，本发明的核心在于多层次的能量转移均衡，首先依次对相邻的两个电容器之间设置一级DC/DC转换器，且全部一级DC/DC转换器之间串联，这样一来，每一个一级DC/DC转换器对应不同的两个电容器，且全部电容器均与相应的一级DC/DC转换器连接；其次，依次对相邻的两个所述一级DC/DC转换器之间设置二级DC/DC转换器，且全部所述二级DC/DC转换器之间串联；与上述相类似地，每一个二级DC/DC转换器对应不同的两个一级DC/DC转换器，且全部一级DC/DC转换器均与相应的二级DC/DC转换器连接。
采用如上设置方式，能够有效提升均衡速率，减少转移次数，并降低能量的损耗，同时也避免了因某一个DC/DC转换器发生故障而造成的整个均衡电路的切断。
除此之外，针对电容器的个数较多的情况，还可以依次对相邻的两个所述二级DC/DC转换器之间设置三级DC/DC转换器，且全部所述三级DC/DC转换器之间串联。与上述相类似地，本文此处将不再赘述。
针对具有电容器的模组，还可以依次对相邻的两个包含所述电容器的模组之间设置一级模组DC/DC转换器，且全部所述一级模组DC/DC转换器之间串联。倘若模组个数较多，还可以依次对相邻的两个所述一级模组DC/DC转换器之间设置二级模组DC/DC转换器，且全部所述二级模组DC/DC转换器之间串联。
本发明还提供一种用于超级电容的电压均衡电路，主要包括相互串联的多个电容器，并且将多个所述一级DC/DC转换器依次设置于相邻的两个所述电容器之间，且全部所述一级DC/DC转换器之间串联；多个所述二级DC/DC转换器依次设置于相邻的两个所述一级DC/DC转换器之间，且全部所述二级DC/DC转换器之间串联。
与上述方法相类似地，本发明的电压均衡电路还可以设置多个三级DC/DC转换器，并且多个所述三级DC/DC转换器依次设置于相邻的两个所述二级DC/DC转换器之间，且全部所述三级DC/DC转换器之间串联。
图2为本发明实施例所提供的电压均衡电路的均衡原理框图；可以看出，以8个电容器为例，C1～C8分别为串联的8个电容器，且C1与C2之间连接一级DC/DC转换器Q1，C3与C4之间连接Q2，C5与C6之间连接Q3，C7与C8之间连接Q4；Q1～Q4均为一级DC/DC转换器；Q5与Q6为二级DC/DC转换器，Q1与Q2之间连接Q5，Q3与Q4之间连接Q6；Q7为三级DC/DC转换器，Q7连接Q5与Q6；倘若C8电压偏低，C1电压偏高时，Q1、Q4、Q5、Q6、Q7同时工作，均衡速率是原有***的6倍，转移次数为5次，能量损耗比原有***降低30％左右。同时由于采用了多层次的能量转移方法，如某一个一级DC/DC转换器故障，不会切断整个均衡通路，只会影响局部的均衡效率，不会影响***的均衡，从而提升了***的冗余性。
针对模组来说，可以设置多个一级模组DC/DC转换器；多个一级模组DC/DC转换器依次设置于相邻的两个包含所述电容器的模组之间，且全部所述一级模组DC/DC转换器之间串联。
除此之外，还可以包括多个二级模组DC/DC转换器；多个所述二级模组DC/DC转换器依次设置于相邻的两个包含所述一级模组DC/DC转换器之间，且全部所述二级模组DC/DC转换器之间串联。
图3为本发明实施例所提供的电压均衡电路的模组之间的均衡原理框图；可以看出，为解决模组之间的电压均衡问题，在模组电压均衡单元之间加装模组与模组之间的DC/DC变换器，如图3所示；如模组之间电压差异超过均衡设计值，将通过Q40、Q80、Q120来实现电压均衡，其它模组之间的均衡原理相同。需要说明的是，上述图2与图3只是给出了一种实施方式。
说明书附图4～附图7给出了超级电容的整体模组的示意图；可以看出，多个超级电容1并排设置，两侧设置模组侧板2，通过紧固螺钉3将模组侧板2与底板9固定，多个超级电容1放置于底板9；两个模组侧板2分别设置铜排正极5与负极4；包括上述电压均衡电路的均衡单元6设置于超级电容1之上，且通过模组螺钉7固定于拉杆8，每个超级电容1之间还设置隔离件9，避免超级电容1的发热量过大。当然，超级电容的整体模组还可以有其他设置方式，本发明将不再赘述。
本发明所提供的一种具有电压均衡电路的超级电容；并且本发明提供的具有超级电容的车辆也可以为不同类型的车辆，本文将不再赘述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的车辆、超级电容、电压均衡电路与电压均衡方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于超级电容的电压均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：
依次对相邻的两个电容器之间设置一级DC/DC转换器，且全部所述一级DC/DC转换器之间串联；
依次对相邻的两个所述一级DC/DC转换器之间设置二级DC/DC转换器，且全部所述二级DC/DC转换器之间串联。
2.根据权利要求1所述的电压均衡方法，其特征在于，还包括如下步骤：
依次对相邻的两个所述二级DC/DC转换器之间设置三级DC/DC转换器，且全部所述三级DC/DC转换器之间串联。
3.根据权利要求1或2所述的电压均衡方法，其特征在于，还包括如下步骤：
依次对相邻的两个包含所述电容器的模组之间设置一级模组DC/DC转换器，且全部所述一级模组DC/DC转换器之间串联。
4.根据权利要求3所述的电压均衡方法，其特征在于，还包括如下步骤：
依次对相邻的两个所述一级模组DC/DC转换器之间设置二级模组DC/DC转换器，且全部所述二级模组DC/DC转换器之间串联。
5.一种用于超级电容的电压均衡电路，其特征在于，包括：
相互串联的多个电容器；
多个一级DC/DC转换器；多个所述一级DC/DC转换器依次设置于相邻的两个所述电容器之间，且全部所述一级DC/DC转换器之间串联；
多个二级DC/DC转换器；多个所述二级DC/DC转换器依次设置于相邻的两个所述一级DC/DC转换器之间，且全部所述二级DC/DC转换器之间串联。
6.根据权利要求5所述的电压均衡电路，其特征在于，还包括：
多个三级DC/DC转换器；多个所述三级DC/DC转换器依次设置于相邻的两个所述二级DC/DC转换器之间，且全部所述三级DC/DC转换器之间串联。
7.根据权利要求5或6所述的电压均衡电路，其特征在于，还包括：
多个一级模组DC/DC转换器；多个所述一级模组DC/DC转换器依次设置于相邻的两个包含所述电容器的模组之间，且全部所述一级模组DC/DC转换器之间串联。
8.根据权利要求7所述的电压均衡电路，其特征在于，还包括：
多个二级模组DC/DC转换器；多个所述二级模组DC/DC转换器依次设置于相邻的两个包含所述一级模组DC/DC转换器之间，且全部所述二级模组DC/DC转换器之间串联。
9.一种超级电容，其特征在于，包括如权利要求5至8任一项所述的电压均衡电路。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的超级电容。
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