如何解決超級電容組電壓均衡問題
發布時間:2014-06-12 責任編輯:johnmu
[導語]理li想xiang狀zhuang態tai下xia,超chao級ji電dian容rong組zu中zhong每mei個ge超chao級ji電dian容rong單dan體ti性xing能neng應ying該gai是shi一yi致zhi的de,即ji每mei個ge超chao級ji電dian容rong單dan體ti的de電dian壓ya是shi一yi樣yang的de,但dan受shou諸zhu多duo因yin素su的de影ying響xiang,電dian容rong單dan體ti間jian的de電dian壓ya是shi有you差cha異yi的de,需xu要yao通tong過guo好hao的de均jun衡heng電dian路lu來lai解jie決jue這zhe個ge問wen題ti。
超級電容組的電壓由串聯的電容器數量決定,而功率則是由並聯的電容器數量決定。超級電容和電動汽車動力電池類似,每個超級電容單體的電壓範圍為1~3.0V(和電容器類型有關),所以需要將超級電容串聯使用才能得到所需的電壓。
理想狀態時,每個超級電容單體性能應該是一致的,即每個超級電容單體的電壓是 一樣的。但是,由於製造誤差、自zi放fang電dian率lv等deng因yin素su,電dian容rong器qi單dan體ti之zhi間jian的de電dian壓ya是shi有you差cha異yi的de。在zai製zhi造zao時shi和he整zheng個ge產chan品pin壽shou命ming周zhou期qi內nei,電dian容rong值zhi的de變bian化hua和he泄xie漏lou電dian流liu影ying響xiang電dian容rong器qi電dian壓ya的de分fen布bu,所suo以yi,使shi用yong超chao級ji電dian容rong單dan體ti管guan理li電dian路lu來lai提ti高gao串chuan聯lian使shi用yong的de超chao級ji電dian容rong單dan體ti的de性xing能neng和he壽shou命ming,是shi最zui有you效xiao的de管guan理li超chao級ji電dian容rong單dan體ti的de方fang法fa(另一種管理方法是把過壓的單體放電達到保護超級電容的目的,但也產生了其他問題)。一個好的均衡電路可以對異常的單體迅速做出響應,超級電容單體平衡方法有兩種,即被動均衡式(圖1)和主動均衡式(圖2)。
被動均衡電路
(1)電阻直接與超級電容並聯的結構
這種方式如圖1 (a)所示,在每個超級電容單體上並聯一個電阻來抑製泄漏電流,實際上,就是使用公差很小的電阻強製單個模塊的電壓一致。
chaojidianrongzaichongdianguochengzhong,neizujuedingchongdiandianliudedaxiaoyijizuizhongdianya。chaojidianrongchongdianzhihou,zifangdianneizushiyigezhongyaocanshu,yongyigexiaodedianzujiukeyishixianchaojidianrongdantizhijiandedianyapingheng。dianzuzuzhiyingbichaojidianrongdeneizudaxuduo,danbizifangdiandianzuxiao。butongdedianzuzhi,dianyadepinghengguochengkenenghuajifenzhongdaojixiaoshi。
這種方法最適合低負荷運行工況,如UPSdianyuan,chongdiandianliubuda,chongdianshijianchang,keyiyanchangchaojidianrongdeshiyongshouming。gaifangfajuyoujiegoujiandanhedichengbendeyoudian,zuidadequedianshizaiwaidianzushangchanshenghendadegonglvsunshi,zhegesunshiyudianzuzhihedianliudaxiaoyouguan。ruguochongdianshijianzugouchangkeyiwanchengjunhengguocheng,zaidiandongqicheshangyekeyingyong,danshiyongfengzhigonglvjinxingchongdianshikenenghuiyinqiguoya,zhegedianluduifangzhiguoyawunengweili。
(2)開關控製的電阻並聯的結構
這種方式如圖1 (b)所示,在上一種結構的電阻上串聯一個開關,當單體電壓高於預先設定的電壓值時,開關接通;當單體電壓低於預先設定的電壓值時,開關關閉。這種結構需要測量單體電壓,會增加成本。
(3)采用DC/DC變換器的結構
這種方式如圖1 (c)所示,在相鄰的單體之間接人DC/DC變bian換huan器qi,平ping衡heng具ju體ti的de電dian壓ya。除chu變bian換huan器qi的de損sun失shi外wai,沒mei有you其qi他ta損sun失shi,效xiao率lv高gao於yu上shang述shu兩liang種zhong平ping衡heng方fang式shi。但dan由you於yu硬ying件jian實shi現xian和he控kong製zhi成cheng本ben高gao的de原yuan因yin,這zhe種zhong結jie構gou沒mei有you引yin起qi人ren們men太tai多duo的de興xing趣qu。
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(4)采用齊納(Zener)二極管的結構
這種方式如圖5-15 1(d)所suo示shi,在zai單dan體ti上shang並bing聯lian一yi個ge齊qi納na二er極ji管guan,隻zhi要yao達da到dao齊qi納na二er極ji管guan的de工gong作zuo電dian壓ya,單dan體ti電dian壓ya就jiu保bao持chi不bu變bian。這zhe種zhong結jie構gou的de主zhu要yao缺que點dian是shi二er極ji管guan的de功gong率lv損sun失shi很hen大da,而er且qie二er極ji管guan本ben身shen的de電dian壓ya與yu溫wen度du有you很hen大da關guan係xi,所suo以yi無wu法fa大da量liang

圖1:超級電容被動均衡電路
主動均衡電路
如圖2(a)主(zhu)動(dong)均(jun)衡(heng)電(dian)路(lu)所(suo)示(shi),主(zhu)動(dong)均(jun)衡(heng)需(xu)要(yao)的(de)時(shi)間(jian)比(bi)被(bei)動(dong)均(jun)衡(heng)需(xu)要(yao)的(de)時(shi)間(jian)短(duan),電(dian)壓(ya)分(fen)配(pei)精(jing)確(que)相(xiang)等(deng),而(er)且(qie)寄(ji)生(sheng)損(sun)失(shi)小(xiao)。如(ru)果(guo)達(da)到(dao)極(ji)限(xian)電(dian)壓(ya),電(dian)路(lu)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)並(bing)聯(lian)在(zai)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)上(shang)的(de)小(xiao)功(gong)率(lv)電(dian)阻(zu)的(de)旁(pang)路(lu)作(zuo)用(yong)進(jin)行(xing)均(jun)衡(heng)。這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)的(de)作(zuo)用(yong)與(yu)被(bei)動(dong)均(jun)衡(heng)式(shi)相(xiang)同(tong),但(dan)是(shi),由(you)於(yu)均(jun)衡(heng)電(dian)流(liu)大(da),均(jun)衡(heng)的(de)過(guo)程(cheng)很(hen)短(duan)。在(zai)低(di)於(yu)極(ji)限(xian)電(dian)壓(ya)時(shi),電(dian)阻(zu)不(bu)起(qi)作(zuo)用(yong),充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)很(hen)大(da)。在(zai)旁(pang)路(lu)部(bu)分(fen)起(qi)作(zuo)用(yong)時(shi),電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)較(jiao)高(gao),但(dan)是(shi)這(zhe)要(yao)受(shou)並(bing)聯(lian)電(dian)阻(zu)的(de)限(xian)製(zhi)(一般上限電流達1A)。因此,這個電路不能在車輛上應用,因為車輛製動時,製動回饋產生的充電電流遠大於1A,這會損壞整個電路。
圖2(b)是使用輔助電流源的結構,即用兩個輔助電流源調節超級電容的充放電電流,根據充放電時超級電容的電壓,確定均衡電流。

圖2:超級電容主動均衡電路
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