一种基于辅助电源的超级电容器均衡系统和均衡方法

1.本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种基于辅助电源的超级电容器均衡系统和均衡方法。


背景技术：

2.超级电容器目前被广泛应用于各种有储能需求的场景。由于其物理特性的限制，超级电容器单体的电压很低，因此，在实际应用中超级电容器往往被串联为一组，以提高输出电压。在实际应用中，同一规格的超级电容器实际参数往往有差距，这使得它们的储能会在同一个充放电进程中出现差异。在超级电容器反复的充放电过程中，这个差异会逐渐积累，最后形成可观的单体间储能差异。为了解决这个问题，往往需要额外的装置来实现超级电容器的电压补偿，从而减小或消除这些差异，这就是超级电容器的均衡问题。
3.目前已经提出了许多解决超级电容器的均衡问题的方法。工业上较为常见的是并联电阻法和稳压管法。另外，还有引入主动器件、但结构较为简单的开关电阻法和开关电容法，以及使用电力电子变换器的反激变换器法、谐振变换器法、buck-boost变换器法等。其中，buck-boost变换器法结构简单，能够同时实现升降压，较容易实现恒流输出，且没有变压器所带来的体积大、电压变比不够精确的问题，因此其应用较为常见。
4.然而buck-boost变换器法的能量流动只能在相邻的超级电容器单体之间进行。因此，其存在均衡速度较慢、均衡效率较低，以及均衡误差累积的问题。对于以上问题，提出了双层和多层的buck-boost均衡电路，使能量流动路径多样化。另外，还有与其他类型电力电子电路共同使用的方法，使用其他类型均衡电路的特点来弥补缺陷。然而，这些方法的器件数量多，系统和控制也较复杂。因此，针对buck-boost均衡电路的固有缺陷，目前还没有很好的解决方案。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明设计了一种超级电容器均衡系统，基于辅助电源对每个超级电容器进行辅助充电，以补偿电压差异，且速度更快，效率更高。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于辅助电源的超级电容器均衡系统，包括：超级电容器组，包括相互串联的多个超级电容器；补偿模块组，包括多个补偿模块，且所述补偿模块与所述超级电容器相对应，其输入端与辅助电源连接，输出端与对应的所述超级电容器连接；所述补偿模块用于对其对应的所述超级电容器进行辅助充电，以补偿多个所述超级电容器之间的电压差异；控制模块，用于根据采集的所有所述超级电容器两端的电压，控制每个所述补偿模块调节输出电流，以对所述超级电容器进行辅助充电；其中，所述补偿模块的输出电流跟随所述超级电容器两端的电压动态变化。
7.根据本发明一具体实施例，多个所述补偿模块共用一个辅助电源。
8.根据本发明一具体实施例，所述补偿模块采用dc-dc变换器，且所述dc-dc变换器输入端连接辅助电源，输出端连接在所述超级电容器的两端，控制端与所述控制模块连接。
9.根据本发明一具体实施例，所述dc-dc变换器采用buck-boost拓扑结构。
10.根据本发明一具体实施例，所述dc-dc变换器包括：第一开关管，漏极连接所述辅助电源的正极；第一二极管，阴性电极分别连接所述辅助电源的正极，以及所述第一开关管的漏极；电感，一端分别连接所述第一开关管的源极，以及所述第一二极管的阳性电极；第二二极管，阴性电极连接所述辅助电源的负极，阳性电极连接所述电感的另一端；第三二极管，阴性电极分别连接所述电感的一端、所述第一开关管的源极以及所述第一二极管的阳性电极，阳性电极连接所述超级电容器的一端；第二开关管，漏极分别连接所述第二二极管的阳性电极，以及所述电感的另一端，源极连接所述超级电容器的另一端；第四二极管，阴性电极分别连接所述第二开关管的漏极、所述电感的另一端以及所述第二二极管的阳性电极，阳性电极分别连接所述第二开关管的源极，以及所述超级电容器的另一端；其中，所述第一开关管的栅极和所述第二开关管的栅极作为所述dc-dc变换器的控制端。
11.根据本发明一具体实施例，所述控制模块根据所有所述超级电容器两端的电压分析并计算每个所述dc-dc变换器的输出电流，调节所述dc-dc变换器所对应的第一开关管和第二开关管的占空比，以对所述超级电容器进行辅助充电。
12.根据本发明一具体实施例，所述控制模块包括：电压采样子模块，用于采集每个所述超级电容器两端的电压；控制子模块，与所述补偿模块的控制端连接，用于控制所述补偿模块调节输出电流；电流采样子模块，用于采集每个所述超级电容器上流过的电流，并配合所述控制子模块调节所述补偿模块输出的电流。
13.根据本发明一具体实施例，所述控制子模块采用pi控制。
14.本发明还提供一种基于辅助电源的超级电容器均衡方法，包括：采集每个超级电容器充电/放电过程两端的实时电压；控制模块根据所述实时电压控制补偿模块对所述超级电容进行辅助充电，均衡电压差异。
15.根据本发明一具体实施例，所述控制模块根据所述实时电压控制补偿模块对所述超级电容进行辅助充电，均衡电压差异的步骤包括：控制模块对每个所述超级电容器的所述实时电压进行比较：所述实时电压大于预设的参考电压时，控制对应的所述补偿模块降低输出电流，以对所对应的超级电容器进行辅助充电；所述实时电压小于预设的参考电压时，控制对应的所述补偿模块提高输出电流，以对所对应的超级电容器进行辅助充电；所述实时电压等于预设的参考电压时，控制对应的所述补偿模块保持输出电流，以对所对应的超级电容器进行辅助充电。
16.不同于传统超级电容器均衡电路，本发明基于辅助电源直接对超级电容器进行供电，补偿超级电容器之间的电压差异。其中，本发明根据采样的所有超级电容器的电压进行分析，使用pi调节器控制每个buck-boost变换器输出相应的电流，减小超级电容器的电压差异，大大缩减了能量流动路径，加快了均衡效率，提高了均衡精度。同时，本发明还在buck-boost变换器上增添了一个互补开关管，避免相邻的buck-boost变换器之间出现不受电力电子器件控制的电流通路，具有更高的可靠性。
附图说明
17.图1为本发明所提供的一种基于辅助电源的超级电容器均衡系统一具体实施例的结构示意图；
18.图2为本发明所提供的超级电容器均衡系统中补偿模块一具体实施例电路拓扑示意图；
19.图3为本发明所提供的补偿模块工作模式一具体实施例的示意图；
20.图4为本发明所提供的补偿模块工作模式另一具体实施例的示意图；
21.图5为本发明所提供的补偿模块未添加互补开关管一具体实施例的示意图；
22.图6为本发明所提供的超级电容器均衡系统仿真实验中超级电容器两端电压变化一具体实施例的折线图；
23.图7为本发明所提供的超级电容器均衡系统仿真实验中补偿模块输出电流变化一具体实施例的波形图；
24.图8为本发明所提供的一种基于辅助电源的超级电容器均衡系统一具体实施例的硬件电路图；
25.图9为本发明所提供的一种基于辅助电源的超级电容器均衡方法一具体实施例的流程示意图。
具体实施方式
26.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
28.首先需要说明的是，为了使本技术领域的人员能够更好地理解本技术方案，对本技术实施例中一些专业词汇进行相应的解释。
29.超级电容器一般指双电层电容，双电层电容(electrical double-layer capacitor)也是超级电容器的一种，作为一种新型储能装置。双电层电容介于电池和电容之间，其极大的容量完全可以作为电池使用。双电层电容相比采用电化学原理的电池，其充放电过程完全没有涉及到物质的变化，所以其具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
30.超级电容器用途广泛，用作起重装置的电力平衡电源，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动(尤其是在寒冷的冬季)、作为激光武器的脉冲能源。此外还可用于其他机电设备的储能能源。
31.超级电容器其双电层的间距极小，致使耐压能力很弱，一般不会超过20v，所以其通常用作低电压直流或者是低频场合下的储能元件。因此，在实际应用中超级电容器往往被串联为一组，以提高输出电压。然而在实际应用中，同一规格的超级电容器实际参数往往
有差距，长时间的充放电导致超级电容器的储能容量发生改变。为了更好地解决超级电容器的电压均衡问题，本实施例提供一种基于辅助电源的超级电容器均衡系统，补偿超级电容器之间的电压差异，且效率快，精度高，具有更高的可靠性。
32.实施例1
33.请参见图1所示，一种基于辅助电源的超级电容器均衡系统，包括：超级电容器组10，由多个超级电容器11串联组成，以增大输出电压。补偿模块组20，由多个补偿模块21组成，且补偿模块20与超级电容器11一一对应设置，以对每个超级电容器11进行辅助充电，补偿不同超级电容器11之间的电压差异。其中，补偿模块21的输入端连接辅助电源40，输出端与对应的超级电容器11连接，用于对辅助电源40输出的电流进行调节。
34.进一步，超级电容器均衡系统还包括：控制模块30，用于根据所有超级电容器11两端的电压，控制每个补偿模块21调节其输出电流大小。具体的，在应用中，控制模块30根据所有超级电容器两端的电压生成对应的控制策略，计算每个补偿模块的输出电流，从而对超级电容器进行辅助充电。
35.其中，当超级电容器组10中任一超级电容器11两端的电压较大时，控制模块30可以控制其对应的补偿模块21降低输出电流，以减小其电压；或者控制其他超级电容器对应的补偿模块21增大输出电流，以增大其他超级电容器的电压；又或者既降低所对应的补偿模块21的输出电流，还增大其他补偿模块的输出电流，从而均衡各个超级电容器11之间的电压差异。同理，当超级电容器组10其中任一超级电容器11两端的电压较小时，控制模块30可以控制其对应的补偿模块21增大输出电流；或者控制其他超级电容器对应的补偿模块21降低输出电流；又或者既增大所对应的补偿模块21的输出电流，还降低其他补偿模块的输出电流，实现超级电容器的电压均衡，避免长时间充放电导致超级电容器的储能容量产生差异。同时，由于充放电过程中超级电容器11两端的电压不停地增大或减小，因此，补偿模块21的输出电流也相应的实时调整。
36.需要说明的是，辅助电源40的输出能力有限，导致补偿模块21的补偿能力不足。因此，当任一超级电容器11两端的电压发生变化时，不仅其对应的补偿模块开始工作，其他补偿模块也会相应配合，均衡超级电容器之间的电压差异。
37.在实际应用中，可配置多个辅助电源40与补偿模块21一一对应，对超级电容器11进行辅助充电。为了减小均衡系统于实际应用的成本，在本实施例中，多个补偿模块21共用一个辅助电源40，获取电能。具体的，如图1所示，由于补偿模块21共用一个辅助电源40，每个补偿模块21的正极输入端和负极输入端对应短接后，再与辅助电源40的正负极相连接。其中，补偿模块21采用dc-dc变换器，以对辅助电源输出的电流转换调节。优选的，dc-dc变换器采用buck-boost拓扑结构，其结构简单，能够同时实现升降压，易实现恒流输出，且体积小，电压变比精确，符合所述补偿模块21的作用效果。
38.传统的buck-boost均衡电路在超级电容器10充电后，再让超级电容器11之间的电能进行流动，达到均衡电压的目的。因此，超级电容器的均衡效率慢，且均衡电压精度低。而本实施例所提供的超级电容器均衡系统不同于传统的buck-boost均衡电路，基于辅助电源，通过电压采样和全局控制，对超级电容器直接供电，大大加快了均衡效率。同时，均衡系统根据超级电容器11两端的电压变化实时调节辅助充电的电流大小，相应提高了均衡精度。
39.在一具体实施例中，由于补偿模块21共用一个辅助电源40，补偿模块21之间并联设置，造成了相邻的dc-dc变换器之间易出现不受电力电子器件控制的电流通路。为避免该种情况的发生，本实施例在buck-boost原有电路拓扑上增添了一个互补开关管。具体的，如图2所示，dc-dc变换器包括：第一开关管s1，漏极连接辅助电源vs的正极；第一二极管d1，阴性电极分别连接辅助电源vs的正极，以及第一开关管s1的漏极；电感l，一端分别连接第一开关管s1的源极，以及第一二极管d1的阳性电极；第二二极管d2，阴性电极连接辅助电源vs的负极，阳性电极连接电感l的另一端；第三二极管d3，阴性电极分别连接电感l的一端、第一开关管s1的源极以及第一二极管d1的阳性电极，阳性电极连接超级电容器c0的一端；第二开关管s2，漏极分别连接第二二极管d2的阳性电极，以及电感l的另一端，源极连接超级电容器c0的另一端；第四二极管d4，阴性电极分别连接第二开关管s2的漏极、电感l的另一端以及第二二极管d2的阳性电极，阳性电极分别连接第二开关管s2的源极，以及超级电容器c0的另一端。其中，第一开关管s1的栅极和第二开关管s2的栅极作为控制端与控制模块30相连接。
40.于实际应用中，dc-dc变换器的工作模式如图3和图4所示：模式一，辅助电源vs对电感l进行充电，电流回路如图3所示，控制模块30控制第一开关管s1导通，且第二开关管s2断开；模式二，电感l对超级电容器c0放电，电流回路如图4所示，控制模块30控制第二开关管s2导通，第一开关管s1断开。因此，控制模块30可以通过调节第一开关管s1和第二开关管s2的占空比实现升降压，调节输出电流的大小。其中，上述的互补开关管即为dc-dc变换器中的第二开关管s2。如图5所示，若未设置第二开关管s2，当第一开关管s1导通时，电流沿第一开关管s1、电感l、以及超级电容器流向其并联的dc-dc变换器的负极线路，并通过并联的dc-dc变换器的二极管流向辅助电源vs负极形成回路，从而对超级电容器的电压均衡造成干扰。而添加互补开关管即第二开关管s2后，当第一开关管s1导通时，第二开关管s2可以切断该条回路，避免出现其他的电流通路，大大提升了均衡系统的可靠性和实用性。
41.在一具体实施例中，控制模块30还包括：电压采样子模块、控制子模块以及电流子模块。其中，电压采样子模块用于采集每个超级电容器两端的电压，并输出至控制子模块中。控制子模块的输出端连接每个补偿模块20的控制端，用于控制补偿模块20调节输出电流。电流采样子模块，串联在每个dc-dc变换器的输出端上，用于监测每个dc-dc变换器的电流输出，并配合控制子模块实现dc-dc变换器输出电流的调节。具体的，在应用中，当采集超级电容器11两端的电压后，为减小超级电容器11之间的电压差异，控制子模块使用单片机收集电压信号并进行处理，计算每个dc-dc变换器应输出的电流值，之后通过电流采样子模块监测dc-dc变换器的电流变化情况来调节占空比，实现输出电流的调节。其中，控制子模块通过pi控制输出pwm信号控制每个dc-dc变换器中的开关管。
42.在一具体实施例中，根据每个超级电容器11两端的电压，计算每个dc-dc变换器应输出的电流值。其中，dc-dc变换器的输出电流可根据其对应超级电容器的电压进行调节，也可根据超级电容器组10中其他超级电容器的电压进行调节。例如可以通过每个超级电容器11之间的电压差值计算相应dc-dc变换器的输出电流差值，调节对应的dc-dc变换器的输出电流，或适应性调节每个dc-dc变换器的输出电流。还可以将超级电容器11的电压与预设的参考电压进行对比，计算其对应的dc-dc变换器的输出电流大小，或适应性计算每个dc-dc变换器的输出电流，均衡超级电容器之间的电压差异。控制子模块根据所有超级电容器11的电压进行分析，实现全局控制，提高均衡精度。
43.进一步，在本实施例中，dc-dc变换器的输出电流计算方法可如下所示：
[0044][0045]
其中，i
add
为dc-dc变换器应输出的电流大小，i
addmax
为dc-dc变换器设定的最大输出电流，v
max
为测得的超级电容器的最大电压，v
min
为测得的超级电容器对的最小电压，vn为dc-dc变换器对应超级电容器的电压。
[0046]
需要说明的是，上述电流计算方法仅为一优选实施例，还可采用别的控制策略以及对应的电流计算方法，例如可以根据超级电容器的电压与参考电压的差值计算dc-dc变换器的电流大小，具体根据实际条件和需求选择。
[0047]
本实施例还提供所述的超级电容器均衡系统一仿真实验作为参考，具体仿真在matlab/simulink中进行。其中，超级电容器组包括四个超级电容器，且超级电容器的额定值为100f，而超级电容器的实际值分别为95、100f、105f和110f。仿真进程在超级电容器的充电过程中进行，设定超级电容器的充电电流为4a，超级电容器的辅助充电电流峰值为0.7a，当超级电容器电压达到2.7v时完成超级电容器的充电；且pi控制参数设置为ki＝540，k
p
＝0.09。仿真结果如图6所示，在超级电容器的充电过程中，每个超级电容器的电压相接近，且电压均匀上升；稳定后每个超级电容器的电压值分别为2.641v、2.632v、2.624v和2.616v，最大电压差为25.479mv，可见本实施例所提供的超级电容器均衡系统的均衡精度高。同时，每个dc-dc变换器输出的电流波形如图7所示，由于超级电容器之间的差异，初始状态下超级电容器的容量越大，电压即越低，其对应的dc-dc变换器输出的电流相应越大。并且由于实际充电过程是动态的，dc-dc变换器输出的电流有一定的过渡过程，随着pi控制的调整，dc-dc变换器输出的电流逐渐增大并趋于稳定。在稳定状态下，容量最大的超级电容器获得其对应dc-dc变换器的输出电流为0.7a，容量最小的超级电容器获得其对应dc-dc变换器的输出电流趋近于0，符合预设条件。
[0048]
由上述可见，本实施例提供的基于辅助电源的超级电容器均衡系统有效补偿了超级电容器之间的电压差异。进一步，本技术还提供辅助电源40和补偿模块21以及超级电容器11连接方式的一具体实施例，如图8所示，dc-dc变换器采用buck-boost拓扑结构输入端与辅助电源40正负极对应连接，电流采样子模块211串联在dc-dc变换器的正极输出线路上，电压采样子模块用于采集电压区域212的电压值，正负极对应连接vout+和vout-，即获取超级电容器11两端的电压。dc-dc变换器的输出端连接在超级电容器11的两端，输出电流进行辅助充电。其中，开关管q1和q2对应第一开关管和第二开关管，且栅极接口g1和g3用来连接控制子模块的驱动电路输出端，以控制占空比调节dc-dc变换器的输出电流。需要说明的是，图8所示仅为超级电容器均衡系统局部电路示意图，具体实施方案以上述文字描述为准。
[0049]
实施例2
[0050]
请参见图9所示，本实施例还提供一种基于辅助电源的超级电容器均衡方法，包括：
[0051]
步骤s10，采集每个超级电容器充电/放电过程两端的实时电压；
[0052]
步骤s20，控制模块根据实时电压控制补偿模块对所对应的超级电容进行辅助充
电，均衡电压差异。
[0053]
其中，控制模块根据实时电压控制补偿模块对所对应的超级电容进行辅助充电，均衡电压差异的步骤包括：
[0054]
步骤s21，控制模块对每个超级电容器的实时电压进行比较：
[0055]
实时电压大于预设的参考电压时，控制对应的补偿模块降低输出电流，以对所对应的超级电容器进行辅助充电；
[0056]
实时电压小于预设的参考电压时，控制对应的补偿模块提高输出电流，以对所对应的超级电容器进行辅助充电；
[0057]
实时电压等于预设的参考电压时，控制对应的补偿模块保持输出电流，以对所对应的超级电容器进行辅助充电。
[0058]
需要说明的是，上述提供的超级电容器的电流控制方法仅对应超级电容器均衡系统中的一优选实施例，具体以超级电容器均衡系统的控制策略为准，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
[0059]
综上所述，不同于传统超级电容器均衡电路，本发明基于辅助电源直接对超级电容器进行供电，补偿超级电容器之间的电压差异。其中，本发明根据采样的所有超级电容器的电压进行分析，使用pi调节器控制每个buck-boost变换器输出相应的电流，减小超级电容器的电压差异，大大缩减了能量流动路径，加快了均衡效率，提高了均衡精度。同时，本发明还在buck-boost变换器上增添了一个互补开关管，避免相邻的buck-boost变换器之间出现不受电力电子器件控制的电流通路，具有更高的可靠性。
[0060]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
[0061]
本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
[0062]
因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换亦在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

技术特征：
1.一种基于辅助电源的超级电容器均衡系统，其特征在于，包括：超级电容器组，包括相互串联的多个超级电容器；补偿模块组，包括多个补偿模块，且所述补偿模块与所述超级电容器相对应，其输入端与辅助电源连接，输出端与对应的所述超级电容器连接；所述补偿模块用于对其对应的所述超级电容器进行辅助充电，以补偿多个所述超级电容器之间的电压差异；控制模块，用于根据采集的所有所述超级电容器两端的电压，控制每个所述补偿模块调节输出电流，以对所述超级电容器进行辅助充电；其中，所述补偿模块的输出电流跟随所述超级电容器两端的电压动态变化。2.根据权利要求1所述的基于辅助电源的超级电容器均衡系统，其特征在于，多个所述补偿模块共用一个辅助电源。3.根据权利要求2所述的基于辅助电源的超级电容器均衡系统，其特征在于，所述补偿模块采用dc-dc变换器，且所述dc-dc变换器输入端连接辅助电源，输出端连接在所述超级电容器的两端，控制端与所述控制模块连接。4.根据权利要求3所述的基于辅助电源的超级电容器均衡系统，其特征在于，所述dc-dc变换器采用buck-boost拓扑结构。5.根据权利要求4所述的基于辅助电源的超级电容器均衡系统，其特征在于，所述dc-dc变换器包括：第一开关管，漏极连接所述辅助电源的正极；第一二极管，阴性电极分别连接所述辅助电源的正极，以及所述第一开关管的漏极；电感，一端分别连接所述第一开关管的源极，以及所述第一二极管的阳性电极；第二二极管，阴性电极连接所述辅助电源的负极，阳性电极连接所述电感的另一端；第三二极管，阴性电极分别连接所述电感的一端、所述第一开关管的源极以及所述第一二极管的阳性电极，阳性电极连接所述超级电容器的一端；第二开关管，漏极分别连接所述第二二极管的阳性电极，以及所述电感的另一端，源极连接所述超级电容器的另一端；第四二极管，阴性电极分别连接所述第二开关管的漏极、所述电感的另一端以及所述第二二极管的阳性电极，阳性电极分别连接所述第二开关管的源极，以及所述超级电容器的另一端；其中，所述第一开关管的栅极和所述第二开关管的栅极作为所述dc-dc变换器的控制端。6.根据权利要求5所述的基于辅助电源的超级电容器均衡系统，其特征在于，所述控制模块根据所有所述超级电容器两端的电压分析并计算每个所述dc-dc变换器的输出电流，调节所述dc-dc变换器所对应的第一开关管和第二开关管的占空比，以对所述超级电容器进行辅助充电。7.根据权利要求1所述的基于辅助电源的超级电容器均衡系统，其特征在于，所述控制模块包括：电压采样子模块，用于采集每个所述超级电容器两端的电压；控制子模块，与所述补偿模块的控制端连接，用于控制所述补偿模块调节输出电流；电流采样子模块，用于采集每个所述超级电容器上流过的电流，并配合所述控制子模
块调节所述补偿模块输出的电流。8.根据权利要求7所述的基于辅助电源的超级电容器均衡系统，其特征在于，所述控制子模块采用pi控制。9.一种基于辅助电源的超级电容器均衡方法，其特征在于，包括：采集每个超级电容器充电/放电过程两端的实时电压；控制模块根据所述实时电压控制补偿模块对所述超级电容进行辅助充电，均衡电压差异。10.根据权利要求9所述的基于辅助电源的超级电容器均衡方法，其特征在于，所述控制模块根据所述实时电压控制补偿模块对所述超级电容进行辅助充电，均衡电压差异的步骤包括：控制模块对每个所述超级电容器的所述实时电压进行比较：所述实时电压大于预设的参考电压时，控制对应的所述补偿模块降低输出电流，以对所对应的超级电容器进行辅助充电；所述实时电压小于预设的参考电压时，控制对应的所述补偿模块提高输出电流，以对所对应的超级电容器进行辅助充电；所述实时电压等于预设的参考电压时，控制对应的所述补偿模块保持输出电流，以对所对应的超级电容器进行辅助充电。

技术总结
本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种基于辅助电源的超级电容器均衡系统和均衡方法。所述超级电容器均衡系统包括：超级电容器组，包括相互串联的多个超级电容器；补偿模块组，包括多个补偿模块，且补偿模块与超级电容器相对应，其输入端与辅助电源连接，输出端与对应的超级电容器连接；补偿模块用于对其对应的超级电容器进行辅助充电，以补偿多个超级电容器之间的电压差异；控制模块，用于根据采集的所有超级电容器两端的电压，控制每个补偿模块调节输出电流，以对超级电容器进行辅助充电；其中，补偿模块的输出电流跟随超级电容器两端的电压动态变化。本发明有效提高了超级电容器的均衡效率和均衡精度，具有更高的可靠性。性。性。


技术研发人员：杨恒昭 杨浩岳
受保护的技术使用者：上海科技大学
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/21