CN103683420A - 一种电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，包括并联在每个单体超级电容器两端的电压均衡单元，与电压均衡单元连接的过压信号输出单元。第一电压均衡单元包括与超级电容单体连接的电压监控单元，与电压监控单元连接的过压放电单元，连接在过压放电单元与过压信息输出单元之间的延时输出单元；电压监控单元包含比较器U3，比较器U3设置有两个比较电压点；各电压均衡单元共用一个过压信号输出单元。与现有技术相比，本发明具有如下优点：一、判断更为准确，避免出现放电开关误动作，提高了电压检测精度，提高超级电容能量的使用效率；二、电路工作更加稳定可靠；三、有效降低高低压隔离安全风险，降低整板成本和PCB布线难度。

Description

一种电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路
技术领域
本发明涉及一种超级电容均衡技术领域，具体地说是一种电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路。
背景技术
目前应用于电动汽车上的超级电容，其特点是电压低、容量大，其标称电压一般在2.7V，电压值微小的变化会带来电容能量较大的变化。因此，在对超级电容进行充、放电操作过程中，需对其电压进行精确的控制。
现市面上超级电容被动均衡电路大部分都是利用NPN型三极管作为开启开关，当获取的检测电压值大于NPN型三极管的开启电压时，三极管导通，通过电阻放电，同时光耦开关打开，输出过压信号。
在该方案中，以NPN三极管开启电压不稳定，导致均衡开启电压点比较宽，超级电容能量会有所浪费。其次，每一个超级电容的电压均衡单元都接一个光耦开关，其成本较高。另外，在PCB板布线阶段，这种连接结构会因为高低压需要一定的隔离空间而造成布线难度提高的问题。
针对上述问题，本发明设计一种电压均衡电路，解决串联的超级电容模组在充电过程中，对检测电压控制精度不高，和布线成本高，难度大的问题。 
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：提供一种电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，解决串联的超级电容模组在充电过程中，对检测电压控制精度不高，和布线成本高，难度大的问题。
为了解决上述问题，本发明的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路包括并联在所述串联超级电容模组中的每个单体超级电容器两端的电压均衡单元，以及与所述电压均衡单元连接的过压信号输出单元；所述第一电压均衡单元包括与超级电容单体连接的电压监控单元，对超级电容单体的电压进行实时监控；当所述超级电容单体的电压超过预设值时，所述电压监控单元触发与其连接的过压放电单元对所述超级电容单体进行或停止放电，还包括连接在过压放电单元与过压信息输出单元之间的延时输出单元；所述电压监控单元包含一比较器U3，比较器U3设置有两个比较电压点；所述各电压均衡单元共用一个过压信号输出单元。
优选的，所述的电压监控单元还包括由电阻R1和电阻R2组成的分压网络，所述分压网络并联在超级电容单体的两端，两电阻间的节点设置为电压监测点，连接至所述比较器U3的输入端。
优选的，所述的延时输出单元包括开关元件Q2，开关元件Q2的控制端通过电阻R16与所述开关元件Q1第一端相连，电阻R15并联在开关元件Q2的控制端与其第二端之间，所述开关元件Q2的第一端的输出信号通过二极管D1输出。
优选的，所述的过压放电单元包括电阻R3与开关元件Q1，开关元件Q1的控制端连接至所述比较器U3的输出端；电阻R3与开关元件Q1的第一端串联后，并联至单体超级电容两端。
优选的，所述的过压信号输出单元包括开关元件Q5，所述开关元件Q5的控制端通过电阻R12连接至延时输出单元的输出端，串联在总体串联超级电容模组正极与开关元件Q5的第一端之间的光耦U1，过压信号从光耦输出端输出。
优选的，所述的开关元件Q1为NPN型三极管，其控制端为基极，其第一端为集电极。
优选的，所述的开关元件Q2为PNP型三极管，其控制端为基极，其第一端为集电极，其第二端为发射极。
优选的，所述的开关元件Q5为NPN型三极管，其控制端为基极，其第一端为集电极，其第二端为发射极。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：一、采用比较器来判别超级电容是否过压，和控制放电开关，判断较为准确，避免出现放电开关误动作，提高了电压检测精度，提高超级电容能量的使用效率；二、两个电压值的设置，使电路工作更加稳定可靠；三、多个电压均衡单元共用一个光耦开关，降低高低压隔离安全风险，降低整板成本和PCB布线难度。
附图说明
图1 为本发明实施的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路结构示意图。
图2为本发明实施的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路示意图。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
本发明的具体实施方式的连接结构如图1所示，一种电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，包括并联在所述串联超级电容模组中的每个单体超级电容器两端的电压均衡单元，以及与所述电压均衡单元连接的过压信号输出单元700；所述第一电压均衡单元201包括与超级电容单体连接的电压监控单元601，对超级电容单体的电压进行实时监控；当所述超级电容单体的电压超过预设值时，所述电压监控单元601触发与其连接的过压放电单元602对所述超级电容单体进行或停止放电，还包括连接在过压放电单元602与过压信息输出单元700之间的延时输出单元603；所述电压监控单元601包含一比较器U3，比较器U3设置有两个比较电压点；所述各电压均衡单元共用一个过压信号输出单元700。
其具体实现的电路连接如图2所示。其中，电压监控单元601还包括由电阻R1和电阻R2组成的分压网络，所述分压网络并联在超级电容单体的两端，两电阻间的节点设置为电压监测点，连接至所述比较器U3的输入端。
其中，延时输出单元603包括开关元件Q2，开关元件Q2的控制端通过电阻R16与所述开关元件Q1第一端相连，电阻R15并联在开关元件Q2的控制端与其第二端之间，所述开关元件Q2的第一端的输出信号通过二极管D1输出。
其中，过压放电单元602包括电阻R3与开关元件Q1，开关元件Q1的控制端连接至所述比较器U3的输出端；电阻R3与开关元件Q1的第一端串联后，并联至单体超级电容两端。
其中，过压信号输出单元700包括开关元件Q5，所述开关元件Q5的控制端通过电阻R12连接至延时输出单元603的输出端，串联在总体串联超级电容模组正极与开关元件Q5的第一端之间的光耦U1，过压信号从光耦输出端输出。
其中，开关元件Q1为NPN型三极管，其控制端为基极，其第一端为集电极。
其中，开关元件Q2为PNP型三极管，其控制端为基极，其第一端为集电极，其第二端为发射极。
其中，开关元件Q5为NPN型三极管，其控制端为基极，其第一端为集电极，其第二端为发射极。
以超级电容单体C1为例，超级电容单体C1两端的第一电压均衡单元201，包括电压监控单元601、过压放电单元602以及延时输出单元603。超级电容输入端采用分压电阻检测其电压，采集电压信号的节点接入一个比较器U3，改比较器U3内部设置有两个电压比较点，当该电压采集节点的电压高于比较器U3预设的高压阈值时，比较器U3输出端为高电平，此高电平驱动NPN三极管导通Q1，并通过电阻R3放电，同时PNP三极管Q2导通，通过二极管D1输出过压控制信号到过压信号输出单元700中NPN三极管Q5的控制端，NPN三极管Q5导通，则光耦开关导通，输出过压信号。
当该电压采集节点的电压低于比较器U3预设的高压阈值但高于其预设的低压阈值时，由于比较器U3的高压和低压比较阈值间有一定的间隔，此时虽然比较器U3输出端为低电平，NPN三极管导通Q1闭合，但由于在过压放电单元602中NPN三极管导通Q1的集电极外接延时输出单元603，使得电信号的传输延时，此时， NPN三极管Q5仍然导通，光耦开关导通，有过压信号输出。
当该电压采集节点的电压低于比较器U3预设的低压阈值时，比较器输出端仍为低电平，NPN三极管导通Q1闭合，PNP三极管Q2闭合，NPN三极管Q5闭合，无过压信号输出。
在本实施例中，采用多个电压均衡单元的过压信号共用一个光耦开关，其可共用的均衡模块数量取决于防反接二极管的耐压值。
两个电压阈值与延时电路单元603的使用使得在实际操作过程中能够有效防止误操作。
以上所述为本发明的较佳实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。需要说明的是，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，包括并联在所述串联超级电容模组中的每个单体超级电容器两端的电压均衡单元，以及与所述电压均衡单元连接的过压信号输出单元（700）；所述第一电压均衡单元（201）包括与超级电容单体连接的电压监控单元（601），对超级电容单体的电压进行实时监控；当所述超级电容单体的电压超过预设值时，所述电压监控单元（601）触发与其连接的过压放电单元（602）对所述超级电容单体进行或停止放电，其特征在于：还包括连接在过压放电单元（602）与过压信息输出单元（700）之间的延时输出单元（603）；所述电压监控单元（601）包含一比较器U3，比较器U3设置有两个比较电压点；所述各电压均衡单元共用一个过压信号输出单元（700）。
2.根据权利要求1所述的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，其特征在于，所述的电压监控单元（601）还包括由电阻R1和电阻R2组成的分压网络，所述分压网络并联在超级电容单体的两端，两电阻间的节点设置为电压监测点，连接至所述比较器U3的输入端。
3.根据权利要求2所述的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，其特征在于，所述的延时输出单元（603）包括开关元件Q2，开关元件Q2的控制端通过电阻R16与所述开关元件Q1第一端相连，电阻R15并联在开关元件Q2的控制端与其第二端之间，所述开关元件Q2的第一端的输出信号通过二极管D1输出。
4.根据权利要求3所述的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，其特征在于，所述的过压放电单元（602）包括电阻R3与开关元件Q1，开关元件Q1的控制端连接至所述比较器U3的输出端；电阻R3与开关元件Q1的第一端串联后，并联至单体超级电容两端。
5.根据权利要求4所述的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，其特征在于，所述的过压信号输出单元（700）包括开关元件Q5，所述开关元件Q5的控制端通过电阻R12连接至延时输出单元（603）的输出端，串联在总体串联超级电容模组正极与开关元件Q5的第一端之间的光耦U1，过压信号从光耦输出端输出。
6.根据权利要求5所述的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，其特征在于，所述的开关元件Q1为NPN型三极管，其控制端为基极，其第一端为集电极。
7.根据权利要求6所述的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，其特征在于，所述的开关元件Q2为PNP型三极管，其控制端为基极，其第一端为集电极，其第二端为发射极。
8.根据权利要求7所述的电动汽车串联超级电容模组的电压均衡电路，其特征在于，所述的开关元件Q5为NPN型三极管，其控制端为基极，其第一端为集电极，其第二端为发射极。
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