超级电容组的均压问题
基于TLVH431的超级电容组均压电路研究
【 关键Ｊ ￣ ， ］ Ｔ Ｌ Ｖ Ｈ ４ ３ １ ； 电压均衡； 自动均压
０ 引 言
超级电容因其具有功率密度高 、 循环寿命 长 、 大电流放 电能力 强 、 能量转换效率高 、 环保无 污染等优点 ， 已经在电力机车 、 电力系统功率 补偿设备等短时 、 大功率 的应用场合得到了广泛应用。超级电容的单 体电压较低 ， 一般 只有 ２ ． ７ Ｖ ， 因此在实际应用中 ． 需要将多个超级电容 串联起来提供高工作 电压 由于材料和制作工艺的不同 ． 超级电容在 串联过程 中单体 间容 量 、 等效 串联 电阻 、 漏电流等差异将导致 串联 系 统 中单体 电压 的不均衡 ． 从而使超级 电容 出现过充或过放现象 ． 降低 能量 的利用率。为了更加 高效 的利用超级电容 ． 需要采用电压均衡策 略 以减小或者消除单体 间的不均衡 本文详细分析了 Ｔ Ｌ Ｖ Ｈ ４ ３ １ 的工作特性 ．设计基于其特性的超级 电容 电压均衡 电路 ． 通过分析芯片 的工作 原理 ． 解析 了均衡 电路各部 分参数 。该均压电路结构简单 ， 不需要闭环控 制 ． 充电过程中 ． 单体 出 现 电压失衡 时均压 自动完成 ， 该 电路 可以长时间工作 ． 并且 可以在多 种场合 中应用
【 摘 要】 本文介 绍一种基 于 Ｔ Ｌ Ｖ Ｈ ４ ３ １ 的超级 电容 电压均衡 电路 ， 实现对 多个 串 联 单体 的快速有效均衡 。该 电路利 用 Ｔ Ｌ Ｖ Ｈ ４ ３ １ 作为基 准
电压源 ， 使得超 级电容 单体 电压控制在设定范围之 内， 最终 实现整个 串 联 电容 系统的 电压均衡 。该电路 结构 简单 ， 成本低廉 ， 控制 方便 能量 损 耗低。文 中详 细分析 了电路的工作原理及工作特性 ， 解析 电路各部分参数 ， 并用实验 予以验证。实验 结果证明 了该 电路优 良的均压性能。
基于多重SEPIC斩波电路的超级电容均压策略
基于多重SEPIC斩波电路的超级电容均压策略孙健【摘要】串联超级电容器组中的单体电压不均衡会降低电容器的储存能量,缩短其使用寿命.传统的电压均衡方法电路拓扑结构复杂、开关器件和磁性元件数量较多、体积较大.鉴于这些不足之处,采用一种基于多重SEPIC斩波电路的电压均衡策略,电路结构简单,而且当系统工作在DCM模式时,开关频率和占空比固定,不需要反馈控制环节.分析了系统在DCM模式下的电压均衡原理,并推导出均压时间.最后将四个超级电容器串联起来进行实验测试,结果表明:此电压均衡策略具有均压速度快且效率高的优点.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)006【总页数】4页(P1110-1113)【关键词】电压均衡;SEPIC;DCM;超级电容【作者】孙健【作者单位】中煤科工集团重庆研究院,重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TM53超级电容器是利用双层原理直接储存电能的新型储能元件，具有充电速度快、循环使用寿命长、大电流放电能力强、能量转换效率高等优点，已经在电力机车等场合得到了广泛的应用，是一种具有良好发展前景的电力储能技术。
超级电容器的工作电压一般为1～3 V，当其用作储能单元时，必须将多个超级电容器串联起来才能满足负载电压等级的需求。
在使用过程中，由于超级电容器内阻抗、容量偏差、放电次数的不同会导致储能系统中的单体电压不均衡，从而使一些超级电容器出现过充或过放现象，降低了能量利用率，因此串联超级电容器组的均压问题越来越受到重视[1-2]。
目前，稳压二极管法和开关电阻法等能耗型电压均衡策略的电路结构简单、成本低，但由于使用了耗能型器件，均压过程消耗能量大，且系统可靠性差。
开关电容器法、Buck-Boost变换器法和Cuk变换器法等回馈型电压均衡策略在均压过程中能量转换速度快，但电路中需要驱动IC、光电耦合器和一些无源器件等，系统控制方法较复杂。
针对上述电压均衡策略所存在的不足，本文采用了一种基于多重SEPIC 斩波电路的电压均衡策略。
超级电容器的动态电压均衡方法分析
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Sheji yu Fenxi◆设计与分析
混合电动汽车升级同样应用了超级电容器。超级电容器 通过 多 能 源 系 统 为 混 合 电 动 汽 车 提 供 运 行 动 力 ，保 证 燃 油 发 动 机 正 常 运 行 ，结 合 超 级 电 容 器 发 挥 辅 助 动 力 作 用 [1]。 通 过 科学控制汽车运行过程中的加速或者减速、爬坡等操作，以 超 级 电 容 器 为 载 体 ，存 储 吸 收 的 电 池 能 量 ，车 辆 运 行 动 力 降 低，及时为其充电，提高了混合电动汽车的能量使用率，增加 了混合电动汽车再生制动功能，至少节省50%汽油，降低80% 的环境污染。超级电容器应用期间，需要与蓄电池结合使用， 在 两 者 优 势 互 补 的 基 础 上 ，打 造 理 想 的 贮 能 系 统 ，延 长 汽 车 使用寿命。
设计与分析◆Sheji yu Fenxi
超级电容器的动态电压均衡方法分析
韦红美1 冯甘泉1 潘思妍1 奚秀芳2
（1.百色职业学院，广西 百色 533000；2.广西农业职业技术学院，广西 南宁 530000）
摘 要：结合超级电容器的实际应用情况，对超级电容器的动态电压均衡方法展开了研究，总结了超级电容器动态电压均衡方法 的优势。
动 态 电 压 均 衡 电 路 结 构 属 于 全 新 的 模 块 化 电 路 类 型 ，其 主要运行原理如图1所示。
图1 模块化均压电路原理图 结 合 图 1 可 以 发 现 ，变 换 器 位 置（DC/AC）属 于 能 量 转 换 点，通过变压器，调整DC/AC处的电压变化，需要AC/DC的辅 助。电压通过DC/AC环节，将电压及时输送到均衡电路的交 流 母 线 ，随 后 将 超 级 电 容 器 串 联 ，以 此 连 接 不 同 环 节 的 AC/DC，两者的连接个数以N表示，在整个环节中变压器结构 始终相同，并且原边处于并联状态。变压器对应固定的 AC/DC 环 节 ，同 时 AC/DC 环 节 对 应 固 定 的 超 级 电 容 器 组 合 ， 以并联方式扩展超级电容器组合。 设 置 3 个 超 级 电 容 器 为 串 联 状 态 ，按 照 上 述 原 理 打 造 新 型电压均衡电路。串联3个超级电容器，连接个数为N，电压均 衡电路设置中包含2个分压电容，分别为Ca、Cb，变换器包括分 压 电 容 与 开 关 管 ，开 关 管 分 别 为 Sa、Sb，其 中 的 电 流 抑 制 主 要 通 过 电 感 L 实 现 ，变 压 器 数 量 为 3 个 ，分 别 为 T1、T2、T3，变 压 器 变 比 相 同 。 变 压 器 连 接方 式 为 并联 ，控 制 变 压 器 必 须 通 过 组 建 桥 式 整 流 电 路 ，涉 及 二 极 管 ，二 极 管 为 Dia～Did，其 中 i=1，2， 3。 连 接 系 统 整 流 器 ，连 接 电 容 器 单 元 输 出 段，电 压 均 衡 电 路
基于改进型简易DCDC变换器的超级电容均压电路研究
２ ０ １ ５ 年 第２ ２ 期Ｉ 科技创新与应用
基 于改进 型 简 易 ＤＣ ＤＣ变换 器 的 超 级 电容均压 电路研 究
： ｌ ：
聂 文 海 霍 菲 阳
李顺 昕 宋 垄 周 洁
张 嵩
（ 国网冀 北电力有 限公 司经济技 术研 究院 ， 北 素 １ ０ ０ ０ ４ ５ ） 摘 要： 针对超级 电容器电压均衡 策略 中出现的能源浪 费、 效率低 、 发热等问题 ， 文章开展 了不同电压均衡策略控制超级 电容器 充放 电的 研 究 ， 通过 比较 分析 集 中电压 均衡 策略 的优 缺 点 ， 提 出了改 进 型 的简化 Ｄ Ｃ Ｄ Ｃ变换 器 法 来平衡 电压 ， 设 计 并搭 建 了充 电 电压 均衡 和放 电稳 压 方案 的硬 件 电路 ， 通过 分析 测得 的 实验 数 据 ， 验 证 了方案 具有 一 定 的 可行 性和 较 高 的 实用 价值 。 关键词： 超 级 电容 ； 储 能； 电压 均衡 ； 简易 Ｄ Ｃ Ｄ Ｃ变换 器
引 言 意见 。
２０ １ ８ １ ５ １ ２ ２６ ． ２０ ２６ ． ２７
●
５ ６ｌ ５ ０ ０ ４１ ３ ３ ２ ４
１超 级 电容储 能系 统 电压 均 衡 策 略 组 合 式超 级 电容器 组 在 充 点 和放 电时 ， 因为 每个 单 体 电容 的参 数 和性 能 多少 会 存 在差 异 ，输 出 的性 能 不 能保 持 完 全 同步 和一 致 ， 存在离散性 ， 会 产 生 电压 的 不 均衡 ， 会 导 致 整个 超 级 电容 器 的 寿命 降低 ， 稳定性下降， 影 响整 体 输 出 电压 的稳 定 性 ， 不 利 于负 载 的 运行 稳定 。 因此 ， 电压 均衡 是 维 系超 级 电容 器 正 常稳 定 运行 的主 要 因素 ，略 是 发 挥 超 级 电容 器 储 能优 越 性 的最
基于TLVH431的超级电容组均压电路研究
Science &Technology Vision科技视界0引言超级电容因其具有功率密度高、循环寿命长、大电流放电能力强、能量转换效率高、环保无污染等优点,已经在电力机车、电力系统功率补偿设备等短时、大功率的应用场合得到了广泛应用。
超级电容的单体电压较低,一般只有2.7V,因此在实际应用中,需要将多个超级电容串联起来提供高工作电压。
由于材料和制作工艺的不同,超级电容在串联过程中单体间容量、等效串联电阻、漏电流等差异将导致串联系统中单体电压的不均衡,从而使超级电容出现过充或过放现象,降低能量的利用率。
为了更加高效的利用超级电容,需要采用电压均衡策略以减小或者消除单体间的不均衡。
本文详细分析了TLVH431的工作特性,设计基于其特性的超级电容电压均衡电路,通过分析芯片的工作原理,解析了均衡电路各部分参数。
该均压电路结构简单,不需要闭环控制,充电过程中,单体出现电压失衡时均压自动完成,该电路可以长时间工作,并且可以在多种场合中应用。
1TLVH431简介TLVH431是德州仪器公司生产的一个有良好热稳定性能的精密三端并联稳压二极管并联稳压器。
如图1所示,TLVH431由一个V ref =1.24V 的精密基准电压源、一个电压比较器和一个输出开关管等组成。
参考端R 2的输出电压与1.24V 的精密基准电压源比较,调节R 1、R 2的阻值,当R 2端电压V r 达到或超过1.24V 时,TLVH431阴极向阳极方向立即导通,即V o =V ref ,精确控制R 2端电压,就可以精确控制其阴极向阳极方向的开关状态。
其中R 1、R 2设定参考如下:V ref =R 2R 1+R 2V i(1)该器件的典型动态阻抗为0.25Ω,在很多应用中可以用它代替齐纳二极管,例如数字电压表、运放电、可调压电源开关电源等。
图1TLVH431参考图2均压电路分析本文针对串联超级电容组设计的均衡电路框图如图2所示,其基本原理为在基础的充电电路中加入超级电容并联电路,当电容单体电压达到设定值时,与电容并联的电路导通,继续为其他电容充电,直到所有电容电压达到设定值,充电工作结束。
10A级超级电容器均压技术的研究
10A级超级电容器均压技术的研究
邹颖;陈之勃;曹明辉;郑率
【期刊名称】《辽宁工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(036)002
【摘要】分析了超级电容器串联应用中单体电压均衡问题和影响各单体电容器上电压均衡的原因;指出了现有的电压均衡技术调整管工作在线性状态导致了均衡电流不能过高,大电流充电过程会出现个别单体超级电容器过电压问题.改变调整管工作状态为开关状态,降低了调整管损耗,可以大幅度提高均衡电流.
【总页数】4页(P96-98,102)
【作者】邹颖;陈之勃;曹明辉;郑率
【作者单位】辽宁工业大学电子与信息工程学院,辽宁锦州 121001;辽宁工业大学电子与信息工程学院,辽宁锦州 121001;辽宁工业大学电子与信息工程学院,辽宁锦州 121001;国网辽宁检修公司,辽宁锦州 121000
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.串联超级电容器组充电特性研究及均压电路设计 [J], 凌斯;黄智慧;孟庆欢
2.关于超级电容器的一种新型均压技术的研究 [J], 张媛;智泽英;武宏亮;胡雪琳
3.超级电容器充电过程中的双重均压研究 [J], 芮丽莹;黄学文;朱孔军;谢维泰;吴义鹏
4.超级电容器充电过程中的双重均压研究 [J], 芮丽莹;黄学文;朱孔军;谢维泰;吴义
鹏
5.串联超级电容器组的均压控制分析与研究 [J], 戴志兰;叶玉凤;秦晓飞
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基于多路开关的串联超级电容器均压方法
基于多路开关的串联超级电容器均压方法
彭思敏;袁婕;张道涵;胥峥
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2018(052)006
【摘要】针对单体电压不均衡或异常导致串联超级电容器寿命降低、可靠性下降等问题,提出一种基于多路开关的串联超级电容器均压控制方法.该方法引入多路开关器件,通过检测各电容器单体端电压,利用充放电均压控制单元来判断单体是否异常或故障,并自动控制多路开关的导通与关断来实现对各单体的均压控制.分析了系统主要电路结构及其工作原理,进行了开关器件参数设计,仿真及实验结果表明该方法在不影响其他单体充放电效果前提下,可剔除故障单体且实现充放电均压控制.【总页数】3页(P46-48)
【作者】彭思敏;袁婕;张道涵;胥峥
【作者单位】盐城工学院,电气工程学院,江苏盐城224051;盐城工学院,电气工程学院,江苏盐城224051;盐城工学院,电气工程学院,江苏盐城224051;国网盐城供电公司,江苏盐城224005
【正文语种】中文
【中图分类】TM53
【相关文献】
1.超级电容器串联分组均压法的设计与仿真 [J], 杨泽明;王超;张小华;郑浪
2.串联超级电容器组充电特性研究及均压电路设计 [J], 凌斯;黄智慧;孟庆欢
3.改进的串联超级电容器组充电均压方法的研究 [J], 邓欢欢
4.一种串联超级电容器均压电路 [J], 何圣仲; 覃福班; 何晓琼; 徐英雷; 周柬成
5.串联超级电容器组的均压控制分析与研究 [J], 戴志兰;叶玉凤;秦晓飞
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超级电容器目前存在问题
超级电容器目前存在问题
超级电容器是一种介于传统物理电容器件和电池之间的新型器件。
它工作条件友好，工作时无污染、无排放，绿色环保，性能优越，其应用日益广泛，市场前景不可估量，必将对电力电子技术的发展产生深远的影响.
但是超级电容的电压不够造成使用方面的许多困扰。
超级电容器大多使用水性电解液，但水性电解液的工作电压低，只有大约1V左右，使得超级电容器达不到应用时的高工作电压状态，这是超级电容器应用时要解决的问题之一。
为解决这个问题，人们往往把数个超级电容器串联起来使用，来提高超级电容器的工作电压。
但这样会造成单体超级电容器的电压不均衡问题，这是因为在超级电容器制作材料、制作过程的不一致性，造成了超级电容器在充放电过程中各个单体之间电压不一致。
随着循环次数的增大，这种不一致性会严重影响超级电容器的性能。
一般要求单体之间的电压差别不超过5%。
如果差别过大，在充电过程中会使得某个单体电压过高，造成超级电容器的失效，在放电过程中会使得某个单体过放电，也会造成超级电容器失效。
因此，超级电容器应用时要妥善解决电压不均衡的问题。
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超级电容组的电压由串联的电容器数量决定，而功率则是由并联的电容器数量
决定。超级电容和电动汽车动力电池类似，每个超级电容单体的电压范围为
1~3.0V（和电容器类型有关），所以，需要将超级电容串联使用才能得到所需
的电压。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、自放电率等因素，电容器单体之
间的电压是有差异的。在制造时和整个产品寿命周期内，电容值的变化和泄漏
电流影响电容器电压的分布，所以，使用超级电容单体管理电路来提高串联使
用的超级电容单体的性能和寿命，是最有效的管理超级电容单体的方法（另一
种管理方法是把过压的单体放电达到保护超级电容的目的，但也产生了其他问
题）。一个好的均衡电路可以对异常的单体迅速做出响应，超级电容单体平衡
方法有两种，即被动均衡式（图5-15）和主动均衡式（图5-16）。
1．被动均衡电路
(1)电阻直接与超级电容并联的结构
这种方式如图5-15 (a)所示，在每个超级电容单体上并联一个电阻来抑制
泄漏电流，实际上，就是使用公差很小的电阻强制单个模块的电压一致。
超级电容在充电过程中，内阻决定充电电流的大小以及最终电压。超级电
容充电之后，自放电内阻是一个重要参数，用一个小的电阻就可以实现超级电
容单体之间的电压平衡。电阻阻值应比超级电容的内阻大许多，但比自放电电
阻小。不同的电阻值，电压的平衡过程可能花几分钟到几小时。
这种方法最适合低负荷运行工况，如UPS电源，充电电流不大，充电时
间长，可以延长超级电容的使用寿命。该方法具有结构简单和低成本的优点，
最大的确点是在外电阻上产生很大的功率损失，这个损失与电阻值和电流大小
有关。如果充电时间足够长可以完成均衡过程，在电动汽车上也可应用，但是
用峰值功率进行充电时可能会引起过压，这个电路对防止过压无能为力。
2)开关控制的电阻并联的结构
这种方式如图5-15 (b)所示，在上一种结构的电阻上串联一个开关，当单
体电压高于预先设定的电压值时，开关接通；当单体电压低于预先设定的电压
值时，开关关闭。这种结构需要测量单体电压，会增加成本。
(3)采用DC／DC变换器的结构
这种方式如图5-15 (c)所示，在相邻的单体之间接人DC／DC变换器，平
衡具体的电压。除变换器的损失外，没有其他损失，效率高于上述两种平衡方
式。但由于硬件实现和控制成本高的原因，这种结构没有引起人们太多的兴趣。
(4)采用齐纳(Zener)二极管的结构
这种方式如图5-15 (d)所示，在单体上并联一个齐纳二极管，只要达到齐
纳二极管的工作电压，单体电压就保持不变。这种结构的主要缺点是二极管的
功率损失很大，而且二极管本身的电压与温度有很大关系，所以无法大量
2．主动均衡电路
如图5-16(a)主动均衡电路所示，主动均衡需要的时间比被动均衡需要的
时间短，电压分配精确相等，而且寄生损失小。如果达到极限电压，电路通过
一个并联在超级电容上的小功率电阻的旁路作用进行均衡。这个电阻的作用与
被动均衡式相同，但是，由于均衡电流大，均衡的过程很短。在低于极限电压
时，电阻不起作用，充电电流可以很大。在旁路部分起作用时，电流可以较高，
但是这要受并联电阻的限制(一般上限电流达1A)。因此，这个电路不能在车辆
上应用，因为车辆制动时，制动回馈产生的充电电流远大于1A，这会损坏整个
电路。
图5-16(b)是使用辅助电流源的结构，即用两个辅助电流源调节超级电容
的充放电电流，根据充放电时超级电容的电压，确定均衡电流。