一種電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，包括并聯(lián)在每個(gè)單體超級(jí)電容器兩端的電壓均衡單元，與電壓均衡單元連接的過壓信號(hào)輸出單元。第一電壓均衡單元包括與超級(jí)電容單體連接的電壓監(jiān)控單元，與電壓監(jiān)控單元連接的過壓放電單元，連接在過壓放電單元與過壓信息輸出單元之間的延時(shí)輸出單元；電壓監(jiān)控單元包含比較器U3，比較器U3設(shè)置有兩個(gè)比較電壓點(diǎn)；各電壓均衡單元共用一個(gè)過壓信號(hào)輸出單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：一、判斷更為準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)放電開關(guān)誤動(dòng)作，提高了電壓檢測精度，提高超級(jí)電容能量的使用效率；二、電路工作更加穩(wěn)定可靠；三、有效降低高低壓隔離安全風(fēng)險(xiǎn)，降低整板成本和PCB布線難度。
【專利說明】—種電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容均衡【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用于電動(dòng)汽車上的超級(jí)電容，其特點(diǎn)是電壓低、容量大，其標(biāo)稱電壓一般在
2.7V，電壓值微小的變化會(huì)帶來電容能量較大的變化。因此，在對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充、放電操作過程中，需對(duì)其電壓進(jìn)行精確的控制。 [0003]現(xiàn)市面上超級(jí)電容被動(dòng)均衡電路大部分都是利用NPN型三極管作為開啟開關(guān)，當(dāng)獲取的檢測電壓值大于NPN型三極管的開啟電壓時(shí)，三極管導(dǎo)通，通過電阻放電，同時(shí)光耦開關(guān)打開，輸出過壓信號(hào)。
[0004]在該方案中，以NPN三極管開啟電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致均衡開啟電壓點(diǎn)比較寬，超級(jí)電容能量會(huì)有所浪費(fèi)。其次，每一個(gè)超級(jí)電容的電壓均衡單元都接一個(gè)光耦開關(guān)，其成本較高。另外，在PCB板布線階段，這種連接結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)楦叩蛪盒枰欢ǖ母綦x空間而造成布線難度提高的問題。
[0005]針對(duì)上述問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種電壓均衡電路，解決串聯(lián)的超級(jí)電容模組在充電過程中，對(duì)檢測電壓控制精度不高，和布線成本高，難度大的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，解決串聯(lián)的超級(jí)電容模組在充電過程中，對(duì)檢測電壓控制精度不高，和布線成本高，難度大的問題。
[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路包括并聯(lián)在所述串聯(lián)超級(jí)電容模組中的每個(gè)單體超級(jí)電容器兩端的電壓均衡單元，以及與所述電壓均衡單元連接的過壓信號(hào)輸出單元；所述第一電壓均衡單元包括與超級(jí)電容單體連接的電壓監(jiān)控單元，對(duì)超級(jí)電容單體的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；當(dāng)所述超級(jí)電容單體的電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，所述電壓監(jiān)控單元觸發(fā)與其連接的過壓放電單元對(duì)所述超級(jí)電容單體進(jìn)行或停止放電，還包括連接在過壓放電單元與過壓信息輸出單元之間的延時(shí)輸出單元；所述電壓監(jiān)控單元包含一比較器U3，比較器U3設(shè)置有兩個(gè)比較電壓點(diǎn)；所述各電壓均衡單元共用一個(gè)過壓信號(hào)輸出單兀。
[0008]優(yōu)選的，所述的電壓監(jiān)控單元還包括由電阻Rl和電阻R2組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，所述分壓網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在超級(jí)電容單體的兩端，兩電阻間的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為電壓監(jiān)測點(diǎn)，連接至所述比較器U3的輸入端。
[0009]優(yōu)選的，所述的延時(shí)輸出單元包括開關(guān)元件Q2，開關(guān)元件Q2的控制端通過電阻R16與所述開關(guān)元件Ql第一端相連，電阻R15并聯(lián)在開關(guān)元件Q2的控制端與其第二端之間，所述開關(guān)元件Q2的第一端的輸出信號(hào)通過二極管Dl輸出。[0010]優(yōu)選的，所述的過壓放電單元包括電阻R3與開關(guān)元件Q1，開關(guān)元件Ql的控制端連接至所述比較器U3的輸出端；電阻R3與開關(guān)元件Ql的第一端串聯(lián)后，并聯(lián)至單體超級(jí)電
容兩端。
[0011]優(yōu)選的，所述的過壓信號(hào)輸出單元包括開關(guān)元件Q5，所述開關(guān)元件Q5的控制端通過電阻R12連接至延時(shí)輸出單元的輸出端，串聯(lián)在總體串聯(lián)超級(jí)電容模組正極與開關(guān)元件Q5的第一端之間的光I禹Ul,過壓信號(hào)從光f禹輸出端輸出。
[0012]優(yōu)選的，所述的開關(guān)元件Ql為NPN型三極管，其控制端為基極，其第一端為集電極。
[0013]優(yōu)選的，所述的開關(guān)元件Q2為PNP型三極管，其控制端為基極，其第一端為集電極，其第二端為發(fā)射極。
[0014]優(yōu)選的，所述的開關(guān)元件Q5為NPN型三極管，其控制端為基極，其第一端為集電極，其第二端為發(fā)射極。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):一、采用比較器來判別超級(jí)電容是否過壓，和控制放電開關(guān)，判斷較為準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)放電開關(guān)誤動(dòng)作，提高了電壓檢測精度，提高超級(jí)電容能量的使用效率；二、兩個(gè)電壓值的設(shè)置，使電路工作更加穩(wěn)定可靠；三、多個(gè)電壓均衡單元共用一個(gè)光耦開關(guān)，降低高低壓隔離安全風(fēng)險(xiǎn)，降低整板成本和PCB布線難度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0019]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的連接結(jié)構(gòu)如圖1所示，一種電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，包括并聯(lián)在所述串聯(lián)超級(jí)電容模組中的每個(gè)單體超級(jí)電容器兩端的電壓均衡單元，以及與所述電壓均衡單元連接的過壓信號(hào)輸出單元700 ;所述第一電壓均衡單元201包括與超級(jí)電容單體連接的電壓監(jiān)控單元601，對(duì)超級(jí)電容單體的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；當(dāng)所述超級(jí)電容單體的電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，所述電壓監(jiān)控單元601觸發(fā)與其連接的過壓放電單元602對(duì)所述超級(jí)電容單體進(jìn)行或停止放電,還包括連接在過壓放電單元602與過壓信息輸出單元700之間的延時(shí)輸出單元603 ;所述電壓監(jiān)控單元601包含一比較器U3，比較器U3設(shè)置有兩個(gè)比較電壓點(diǎn)；所述各電壓均衡單元共用一個(gè)過壓信號(hào)輸出單元700。
[0020]其具體實(shí)現(xiàn)的電路連接如圖2所示。其中，電壓監(jiān)控單元601還包括由電阻Rl和電阻R2組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，所述分壓網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在超級(jí)電容單體的兩端，兩電阻間的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為電壓監(jiān)測點(diǎn)，連接至所述比較器U3的輸入端。
[0021]其中，延時(shí)輸出單元603包括開關(guān)元件Q2，開關(guān)元件Q2的控制端通過電阻R16與所述開關(guān)元件Ql第一端相連，電阻R15并聯(lián)在開關(guān)元件Q2的控制端與其第二端之間，所述開關(guān)兀件Q2的第一端的輸出信號(hào)通過二極管Dl輸出。
[0022]其中，過壓放電單元602包括電阻R3與開關(guān)元件Q1，開關(guān)元件Ql的控制端連接至所述比較器U3的輸出端；電阻R3與開關(guān)元件Ql的第一端串聯(lián)后，并聯(lián)至單體超級(jí)電容兩端。
[0023]其中，過壓信號(hào)輸出單元700包括開關(guān)元件Q5，所述開關(guān)元件Q5的控制端通過電阻R12連接至延時(shí)輸出單元603的輸出端，串聯(lián)在總體串聯(lián)超級(jí)電容模組正極與開關(guān)元件Q5的第一端之間的光I禹Ul,過壓信號(hào)從光f禹輸出端輸出。
[0024]其中，開關(guān)元件Ql為NPN型三極管，其控制端為基極，其第一端為集電極。
[0025]其中，開關(guān)元件Q2為PNP型三極管，其控制端為基極，其第一端為集電極，其第二端為發(fā)射極。
[0026]其中，開關(guān)元件Q5為NPN型三極管，其控制端為基極，其第一端為集電極，其第二端為發(fā)射極。
[0027]以超級(jí)電容單體Cl為例，超級(jí)電容單體Cl兩端的第一電壓均衡單元201，包括電壓監(jiān)控單元601、過壓放電單元602以及延時(shí)輸出單元603。超級(jí)電容輸入端采用分壓電阻檢測其電壓，采集電壓信號(hào)的節(jié)點(diǎn)接入一個(gè)比較器U3，改比較器U3內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)電壓比較點(diǎn)，當(dāng)該電壓采集節(jié)點(diǎn)的電壓高于比較器U3預(yù)設(shè)的高壓閾值時(shí)，比較器U3輸出端為高電平，此高電平驅(qū)動(dòng)NPN三極管導(dǎo)通Ql，并通過電阻R3放電，同時(shí)PNP三極管Q2導(dǎo)通，通過二極管Dl輸出過壓控制信號(hào)到過壓信號(hào)輸出單元700中NPN三極管Q5的控制端，NPN三極管Q5導(dǎo)通，則光耦開關(guān)導(dǎo)通，輸出過壓信號(hào)。
[0028]當(dāng)該電壓采集節(jié)點(diǎn)的電壓低于比較器U3預(yù)設(shè)的高壓閾值但高于其預(yù)設(shè)的低壓閾值時(shí)，由于比較器U3的高壓和低壓比較閾值間有一定的間隔，此時(shí)雖然比較器U3輸出端為低電平，NPN三極管導(dǎo)通Ql閉合，但由于在過壓放電單元602中NPN三極管導(dǎo)通Ql的集電極外接延時(shí)輸出單元603，使得電信號(hào)的傳輸延時(shí)，此時(shí)，NPN三極管Q5仍然導(dǎo)通，光耦開關(guān)導(dǎo)通，有過壓信號(hào)輸出。
[0029]當(dāng)該電壓采集節(jié)點(diǎn)的電壓低于比較器U3預(yù)設(shè)的低壓閾值時(shí)，比較器輸出端仍為低電平，NPN三極管導(dǎo)通Ql閉合，PNP三極管Q2閉合，NPN三極管Q5閉合，無過壓信號(hào)輸出。
[0030]在本實(shí)施例中，采用多個(gè)電壓均衡單元的過壓信號(hào)共用一個(gè)光耦開關(guān)，其可共用的均衡模塊數(shù)量取決于防反接二極管的耐壓值。
[0031]兩個(gè)電壓閾值與延時(shí)電路單元603的使用使得在實(shí)際操作過程中能夠有效防止誤操作。
[0032]以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。需要說明的是，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，包括并聯(lián)在所述串聯(lián)超級(jí)電容模組中的每個(gè)單體超級(jí)電容器兩端的電壓均衡單元，以及與所述電壓均衡單元連接的過壓信號(hào)輸出單元(700);所述第一電壓均衡單元(201)包括與超級(jí)電容單體連接的電壓監(jiān)控單元(601)，對(duì)超級(jí)電容單體的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；當(dāng)所述超級(jí)電容單體的電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，所述電壓監(jiān)控單元(601)觸發(fā)與其連接的過壓放電單元(602 )對(duì)所述超級(jí)電容單體進(jìn)行或停止放電，其特征在于:還包括連接在過壓放電單元(602 )與過壓信息輸出單元(700 )之間的延時(shí)輸出單元(603);所述電壓監(jiān)控單元(601)包含一比較器U3，比較器U3設(shè)置有兩個(gè)比較電壓點(diǎn)；所述各電壓均衡單元共用一個(gè)過壓信號(hào)輸出單元(700 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，其特征在于，所述的電壓監(jiān)控單元(601)還包括由電阻Rl和電阻R2組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，所述分壓網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在超級(jí)電容單體的兩端，兩電阻間的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為電壓監(jiān)測點(diǎn)，連接至所述比較器U3的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，其特征在于，所述的延時(shí)輸出單元(603)包括開關(guān)元件Q2，開關(guān)元件Q2的控制端通過電阻R16與所述開關(guān)元件Ql第一端相連，電阻R15并聯(lián)在開關(guān)元件Q2的控制端與其第二端之間，所述開關(guān)元件Q2的第一端的輸出信號(hào)通過二極管Dl輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，其特征在于，所述的過壓放電單元(602)包括電阻R3與開關(guān)元件Q1，開關(guān)元件Ql的控制端連接至所述比較器U3的輸出端；電阻R3與開關(guān)元件Ql的第一端串聯(lián)后，并聯(lián)至單體超級(jí)電容兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，其特征在于，所述的過壓信號(hào)輸出單元(700)包括開關(guān)元件Q5，所述開關(guān)元件Q5的控制端通過電阻R12連接至延時(shí)輸出單元(603)的輸出端，串聯(lián)在總體串聯(lián)超級(jí)電容模組正極與開關(guān)元件Q5的第一端之間的光I禹Ul,過壓信號(hào)從光I禹輸出端輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，其特征在于，所述的開關(guān)元件Ql為NPN型三極管，其控制端為基極，其第一端為集電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，其特征在于，所述的開關(guān)元件Q2為PNP型三極管，其控制端為基極，其第一端為集電極，其第二端為發(fā)射極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)汽車串聯(lián)超級(jí)電容模組的電壓均衡電路，其特征在于，所述的開關(guān)元件Q5為NPN型三極管，其控制端為基極，其第一端為集電極，其第二端為發(fā)射極。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103683420SQ201310674710
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】劉飛, 文鋒, 阮旭松, 張維戈, 張文中 申請(qǐng)人:惠州市億能電子有限公司