CN112290651A - 一种电容储能矩阵结构及其充放电控制方法 - Google Patents

一种电容储能矩阵结构及其充放电控制方法 Download PDF

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Abstract

一种电容储能矩阵及其充放电控制方法。总电能利用率约为1–(1/M)^2，其中M表示电容串联的行数，当为4行电容时利用率为93.75％，当为8行电容时利用率为98.4％。电容列数与储能矩阵的储能成倍数关系；电容行数与储能矩阵的电能和效率均为平方正比关系。充电可以用AC220V经全桥整流后的脉动正弦电压进行，放电可以高于或维持在充电的最高输入电压直到放电结束。充电是将每行电容分别接入充电电源所以可以将每行充电到输入电源电压的最高值；而放电是先放电单行电容，当单行电容电压低于目标输出电压时，两行电容串联输出，当两行总电压也低于目标输出电压时，串联4行电容放电，依次类推……直到储能矩阵的所有行串联后放电电压低于目标输出电压，整个电容储能矩阵的放电结束。

Description

一种电容储能矩阵结构及其充放电控制方法
技术领域
本发明属于电容储能应用领域，主要功能是实现电容储能矩阵的充电控制和放电控制。
背景技术
电容、超级电容(以下统称为电容，便于简述)储能的能量较少，用于动力驱动电源续航能力很有限。但是将多个电容组合为一个储能矩阵，其储能续航能力将可以在一定范围内代替电池的应用，从而减少因电池更换带来的后续的花费及环境治理问题，因为电容的充放电次数理论值可以是无限的。
发明内容
本发明提出了一种电容储能矩阵电路结构(以下简称储能矩阵，便于简述)及其充放电控制方法。如图1所示，储能矩阵的硬件电路由：两列开关S1、S3、S5、S7、S9和S2、S4、S6、S8、S10；三列电容EEC11、EEC21、EEC31、EEC41和EEC12、EEC22、EEC32、EEC42和EEC13、EEC23、EEC33、EEC43；两列二极管D11、D21、D31、D41、D51和D12、D22、D32、D42、D52构成，以及协助储能矩阵工作的充放电开关SW。
利用开关驱动信号的PWM占空比D、开关对(如S1/S4)导通时与缓冲电容CBUF所接通的电容行数M，在充电时调节CBUF进入储能矩阵的电压，而放电时调节储能矩阵输出到CBUF的电电压VBUF。
二极管用于避免任意两个(或两列、两组)电容之间相互放电。同时由于二极管的单向导流作用，储能矩阵充电时的极性是左上角正、右下角负，而放电则是右上角正、左下角负。CBUF的电压VBUF在储能矩阵的充电和放电时极性是反相的，充电是上正下负，而放电则刚好相反。
下面分别对充电控制过程和放电控制过程进行说明。
充电控制波形示意图如图2所示。横轴是时间轴，纵轴是电压轴，从上至下依次是：VBUF——储能矩阵接口电容CBUF上的电压；电容行数M——由控制开关决定选通的电容行数值列表，比如4表示接通4行电容；PWM占空比D——开关S1～S10驱动信号PWM的脉宽与脉冲周期的比值，如t0～t1阶段最大占空比Dmax＝1，最小占空比Dmin＝0.25；S1～S10组合——所在时间段内工作的开关序号列表，如t0～t1阶段S1/S10是一个开关对，并且同时接通或断开；VC1～VC4——储能矩阵的电容电压，分别表示第一(EEC1x)、二(EEC2x)、三(EEC3x)、四(EEC4x)行电容的电压；VEE——储能矩阵的总电压，其值等于VC1、VC2、VC3、VC4电压值之和。
当开关SW置于左边位置时，储能矩阵处于充电准备中。注意，这里的全桥整流仅仅是整流为脉动正弦波，而并没有进行滤波平滑。整流后的脉动正弦充电电压值是0V～311V的范围，为分析叙述简便在以下的叙述中峰值取整数300V，图2中各电压参数都是如此。
第一阶段(t0～t1)，初始化充电。
开关S1/S10导通，储能矩阵与CBUF接通的电容行数M＝4，设定储能矩阵总电压VEE的初始电压值为75V，初始化充电的目的是避免电容0V初始电压时的充电冲击电流。要维持进入储能矩阵的电压为75V，则最小占空比Dmin出现在输入峰值电压300V时需要VEE维持在75V，所以Dmin＝75V/300V＝0.25；最大占空比出现在VBUF小于等于75V时，Dmax＝75V/75V＝1。开关S1/S10导通时4行电容串联在一起充电，所以单行电容电压Vc＝VC1＝VC2＝VC3＝VC4＝VEE/M＝75V/4＝18.75V(以下简写为Vc＝VEE/M)。
初始化充电阶段单行电容的电压从0V充电到了18.75V。储能矩阵的总储能电压就是VEE＝Mmax*Vc＝4*18.75V＝75V，Mmax是储能矩阵的最大电容行数，这里是4行电容矩阵。
第二阶段(t1～t2)，恒流充电。
开关S1/S10导通，电容行数M＝4，进入恒流充电模式。根据第一阶段可知本阶段起始电压就是4行电容的总电压VEE＝75V；充电最终电压是脉动正弦波的峰值电压Up-p＝300V。充电电压值由VBUF经开关对S1/S10调节后的值(VBUF*D)确定。
根据电容电流I＝C*du/dt可知，维持恒流充电就是维持固定的电压变化率(du/dt)。因为当开关确定后(S1/S10开关对)，所接通的电容行数(4行)已经确定，则电容容量是固定的。即需要维持开关S1/S10的PWM频率及占空比恒定(dt恒定)、压差恒定(du＝Vout-VEE，Vout表示开关调节后进入到储能矩阵的等效电压)，即可以获得恒流充电。
例如，需要维持10A充电电流，设单体容量EEC＝100uF，VEE＝100V，工作频率为20kHz方波，则dt＝(1/2)*T＝0.5*(1/20kHz)＝25us＝0.000025s；C＝Nmax*EEC/Mmax＝3*100uF/4＝0.75*100uF＝75uF＝0.000075F，Nmax表示储能矩阵的电容的最大列数；du＝I*dt/C＝10A*0.000025s/0.000075F＝3.3V；则Vout＝VEE+du＝100V+3.3V＝103.3V。即在VBUF达到103.3V并且占空比D为1时，Vout＝VBUF*D＝103.3V*1＝103.3V，充电电流可以达到10A。
如果VBUF电压高于100V如200V，则需要调节占空比D使充电电压Vout为103.3V。根据占空比D＝Vout/VBUF＝103.3V/200V＝0.52。也就是说输入电压VBUF＝200V时，要维持10A的充电电流，需要开关S1/S10的PWM占空比维持在0.52。其余电压值照前述恒流计算方法均可以满足恒流充电要求。
当VBUF低于恒流10A所需最低电压103.3V时，充电电流将会相应的降低；当低于开关对S1/S10接通的电容行数总电压100V时，由于二极管的单向导流作用以及开关对S1/S10限制了电流入口，并不会出现电流倒灌现象，只是充电电流为0A。图2中的VBUF在t1时刻出现充电电流是从75V开始的。
这个阶段充电最高电压即正弦波的峰值Up-p＝300V，单行电压Vc＝Up-p/M＝300V/4＝75V，VEE总储能电压VEE＝Mmax*Vc＝4*75V＝300V。这个阶段所接通的电容行数M就是最大行数Mmax。
所以第二阶段单行电容储能电压从18.75V充电到了75V，而总储能电压VEE从75V增加到了300V。
第三阶段(t2～t3)，恒流充电。
开关S1/S6、S5/S10轮流导通，电容行数M＝2，同样是恒流充电模式，恒流计算方式同上。
由第二阶段结束可知，2行电容总电压为Vc*M＝75V*2＝150V，即第三阶段起始充电电压为150V；第三阶段的最终充电电压也是正弦波的峰值300V。单行电压最终为Vc＝Up-p/M＝300V/2＝150V，总储能电压VEE＝Mmax*Vc＝4*150V＝600V。
所以第三阶段单行电容储能电压从75V增加到了150V，而总储能电压VEE从300V增加到了600V。
第四阶段，均压恒流充电。
开关S1/S4、S3/S6、S5/S8、S7/S10轮流导通，电容行数M＝1。同样是恒流充电模式，恒流方式同第二阶段计算方法。
由第三阶段充电结束可知，单行电容电压最终为150V，即第四阶段起始充电电压为150V；最终充电电压也是正弦波的峰值Up-p＝300V。单行电压最终为Vc＝Up-p＝300V，总储能电压VEE＝Mmax*Vc＝4*300V＝1200V。
所以第四阶段单行电容储能电压从150V增加到了300V，而总储能电压VEE从600V增加到了1200V，充电结束。
每行电容的最终充电电压都到了Up-p，而且不会倒灌，自然达到了均压充电；并且由于二极管的单向导流作用，每个单体电容充电路径所经历的二极管的数量是一样的，即每行电容中的单体由二极管进行了均压。以此保证了储能矩阵中的每个单体电容都可以达到充电电源的电压峰值Up-p＝300V。
当充放电开关SW置于右边位置时，储能矩阵处于放电准备中，外接负载电容CBUF。放电示意图如图3所示，横轴是时间轴，同样分四个阶段，纵轴是电压轴，各符号的含义同上，仅排列顺序有所改变，分阶段说明。
第一阶段，单行电容放电。
开关S2/S3、S4/S5、S6/S7、S8/S9轮流导通，电容行数M＝1，目标输出电压DC300V(下同)。由于每行的电容电压均为300V，则占空比Dmax＝DC300V/(Vc*M)＝300V/(300V*1)＝1。实际充电电压如果高于300V，比如350V，则输出时占空比Dmin＝DC300V/(Vc*M)＝300V/(350V*1)＝0.86。
单行电容电压放电到低于300V时结束。总储能电压从最高值放电到VEE＝300V*Mmax＝300V*4＝1200V结束。
第二阶段，2行电容放电。
开关S2/S5、S6/S9轮流导通，电容行数M＝2。
由第一阶段的放电结束可知，第二阶段单行电容起始放电电压是300V，则最大输出电压VBUFmax＝2*300V＝600V，而输出电压需要调整到DC300V，则占空比Dmin＝DC300V/VBUFmax＝300V/600V＝0.5。当2行电容串联总电压低于300V时，第二阶段放电结束，也就是最低输出电压VBUFmin＝DC300V。则最大占空比Dmax＝DC300V/VBUFmin＝300V/300V＝1。
因为是2行电容串联放电，所以单行电容电压为Vc＝VBUFmin/M＝300V/2＝150V。即最终单行电容电压放电到150V。
在第二阶段单行电容电压放电到低于150V时结束，总储能电压从1200V放电到VEE＝Vc*Mmax＝150V*4＝600V结束。
第三阶段，4行电容放电。
开关S2/S9导通，电容行数M＝4。
由第二阶段的放电可知，这一阶段单行电容起始放电电压是150V，则VBUFmax＝4*150V＝600V，而输出电压需要调整到DC300V，则占空比Dmin＝DC300V/VBUFmax＝300V/600V＝0.5，同样当放电到VBUFmin＝300V时，第三阶段结束，即占空比Dmax＝300V/VBUFmin＝300V/300V＝1。单行电容电压为Vc＝VBUFmin/M＝300V/4＝75V。
在第三阶段单行电容电压放电到低于75V时结束，总储能电压从600V放电到VEE＝75V*4＝300V结束。
第四阶段，4行电容放电。
开关S2/S9导通，电容行数M＝4。这一阶段是电容储能矩阵剩余的电能，存在但是无法使动力电路正常工作。
放电结束。
由以上分析可知，电容储能矩阵的总储能电压充电时VEE从0V充电到1200V，而放电时总电压从1200V放电到300V结束。根据电容储能J＝(1/2)*C*(V^2)可计算电容储能矩阵的电能利用效率。电能利用效率＝[(1/2)*C*(V0^2)-(1/2)*C*(V1^2)]/[(1/2)*C*(V0^2)]
＝1–(V1/V0)^2
＝1–(300V/1200V)^2
＝93.75％，
其中，C表示容量，V0表示VEE放电初始电压1200V，V1表示VEE放电最终电压300V。
由上述分析可知，该4阶储能矩阵的电能利用率为93.75％。很容易发现的是300V/1200V＝1/4＝1/M，即储能矩阵的总电容行数M的倒数(或电容储能矩阵中电容阶数的倒数)。则该储能矩阵的储能利用率通用计算公式：
储能利用率＝1–(1/M)^2。
6行的利用率为97.2％。而8行电容则利用率为98.4％，但同时VEE总电压300V*8＝2400V，所以实际应用时应在效率和器件承受能力之间取得平衡。
同理可以根据电容的串并联关系式推导出储能矩阵的总电容量，以及储能矩阵的可用电能。设单体电容容量为EEC，则每行电容的总容量为N*EEC，N是电容的列数，M行电容串联后的总容量EC＝EEC*N/M；储能矩阵的最大储能Jmax＝(1/2)*EC*(M*Up-p)^2，由此可以计算储能矩阵的可用电能，
J＝n*Jmax
＝[1–(1/M)^2]*[(1/2)*(EEC*N/M)*(M*Up-p)^2]
＝(1/2)*(EEC*N/M)*(M^2-1)*Up-p^2，
其中，M——储能矩阵的行数，N——储能矩阵的列数，EEC——储能矩阵单体电容的容量，Up-p——给储能矩阵充电的电源最高电压，当M大于等于3时，上式中的(M^2-1)约等于M^2，进一步简化上式后得
＝(1/2)*(EEC*N/M)*(M^2)*Up-p^2
＝M*N*[(1/2)*EEC*Up-p^2]，
也就是说当储能矩阵的电容行数M大于等于3行时，该储能矩阵的可利用电能接近总储能的电能。
附图说明
图1电容储能矩阵的电路结构
图2储能矩阵的充电控制波形示意图
图3储能矩阵的放电控制波形示意图
图4储能矩阵充放电应用实施例
具体实施方式
由前述分析可知，电容储能矩阵不需要更复杂的充电电源，因为本身带控制开关并且PWM的占空比D以及开关对所决定的电容行数M都是可调节的，所以充电电源可以不用，直接输入AC220V或AC380V，而在储能矩阵的充电端加一个全桥整流或三相整流电路即可。同样，放电也可以直接调整为直流变频驱动，或直流稳压输出。
二极管的耐压和储能电容EEC的耐压高于充电峰值即可，仅开关的耐压值需要承受整个储能矩阵的总电压。
图4是一个储能矩阵的应用示例，电容储能矩阵的充电直接从市电输入AC220V，经全桥整流后加载到充电端Vin，储能矩阵的放电经过了输出滤波电路，用三相逆变桥逆变后驱动三相无刷电机转动。控制电路包括采样、辅助电源、开关驱动。
采样主要功能是电流检测和电压检测，包括充电电流和放电电流检测信号Vsens；以及充电时的VBUF的输入电压Vin和放电时的VBUF的输出电压Vout。
辅助电源提供控制电路所需的电源，由VBUF供电，内部DC-DC转换后供电给控制电路。
开关驱动包括三个功能，开关组S1、S2……Sn、充电和放电控制开关SW、逆变桥的驱动信号PWM_A/B/C的驱动信号。
充电，AC220V充电电源接通后，经全桥整流电路整流为脉动正弦电压加载到Vin；辅助电源是由VBUF供电的，检测到Vin加载电压判断出当前的状态为充电；控制电路通过开关驱动电路驱动充放电开关SW到充电位置；然后根据采样到的输入电压Vin和预设的充电电流值，从电流检测信号Vsens判断当前的PWM占空比需要增加还是减少。如Vsens大于预设值则减小PWM的D值，反之增加开关的PWM的D值。
然后根据前述“发明内容”所述的充电控制方法，完成充电过程的控制。
放电，当没有充电电源电压Vin加载时，充电/放电开关SW均置于放电位置，当外接负载开始工作时，电流检测信号Vsens作为放电开始的触发信号，放电开始；控制电路根据采样到的电容行的电压和需要的输出电压Vout，选择相应的S1、S2……Sn中的开关对工作，并计算PWM需要的占空比开始放电。
然后根据前述“发明内容”所述放电控制方法，完成放电过程的控制。

Claims (2)

1.一种电容储能矩阵结构，其特征是：
前述“电容储能矩阵电路结构”的接口的一端(VBUF+)连接到开关一(S1)的一端、开关三(S3)的一端、开关五(S5)的一端；
开关一(S1)的另一端连接到二极管十一(D11)的正极、电容十一(EEC11)的正极，开关三(S3)的另一端连接到二极管二十一(D21)的正极、电容十一(EEC11)的负极、电容二十一(EEC21)的正极，开关五(S5)的另一端连接到二极管三十一(D31)的正极、电容二十一(EEC21)的负极，
二极管十一(D11)的负极连接到二极管十二(D12)的正极、电容十二(EEC12)的正极，二极管二十一(D21)的负极连接到电容十二(EEC12)的负极、二极管二十二(D22)的正极、电容二十二(EEC22)的正极，二极管三十一(D31)的负极连接到电容二十二(EEC22)的负极、二极管三十二(D32)的正极，
二极管十二(D12)的负极连接到电容十三(EEC12)的正极、开关二(S2)的另一端，二极管二十二(D22)的负极连接到电容十三(EEC13)的负极、电容二十三(EEC22)的正极、开关四(S4)的另一端，二极管三十二(D32)的负极连接到电容二十三(EEC22)的负极、开关六(S6)的另一端；
开关二(S2)的一端、开关四(S4)的一端、开关六(S6)的一端连接到前述“电容储能矩阵电路结构”的接口的另一端(VBUF-)。
2.一种电容储能矩阵结构的充放电控制方法，其特征是：
充电控制方法包含初始化充电阶段、串联充电阶段、单行电容充电阶段，
前述“初始化充电阶段”在设定储能矩阵的总电压(VEE)的初始化电压(75V)的基础上，利用储能矩阵的开关对(S1/S10)的驱动信号(PWM)的占空比(D)，调节充电电源电压(VBUF)进入储能矩阵的等效充电电压值(VBUF*D)，对储能矩阵中的所有储能电容(EEC11、EEC12、EEC13，EEC21、EEC22、EEC23，EEC31、EEC32、EEC33，EEC41、EEC42、EEC43)进行充电，并使储能矩阵的总电压值(VEE)达到设定的初始化电压值(75V)的过程(t0～t1)，
前述“串联充电阶段”是指利用开关对(S1/S6)的选通作用，使储能矩阵的多行电容(第一行EEC11、EEC12、EEC13和第二行EEC21、EEC22、EEC23)相对于充电电源(VBUF)呈现串联(第一行、第二行串联)特性，在充电电源的激励下，通过开关对(S1/S6)的驱动信号(PWM)的固定频率及其占空比(dt)，调节充电电源电压(VBUF)进入储能矩阵的等效电压值(Vout)，并维持与储能矩阵选定的行(第一行、第二行)的总电压(VC1+VC2)一定压差(du)进行恒流充电(C*du/dt)的过程(t1～t2、t2～t3)，
前述“单行电容充电阶段”是指利用开关对(S1/S4)的选通作用，使储能矩阵的一行电容(第一行EEC11、EEC12、EEC13)接入充电电源回路，在输入电源电压(VBUF)的激励下使这一行电容(第一行EEC11、EEC12、EEC13)的电压(VC1)从充电起始值(150V)达到充电电源电压(VBUF)最大值(Up-p)的过程(t3～t4)；
前述“充放电控制方法”的放电控制方法包含单行电容放电阶段、串联放电阶段、剩余电能放电阶段，前述“单行电容放电阶段”是指单行电容电压(Vc)高于目标输出电压(DC300V)时，利用开关对(S2/S3)的选通作用，将储能矩阵接通的电容行(第一行电容EEC11、EEC12、EEC13)的电压(VC1)，在开关对(S2/S3)的驱动信号(PWM)及其占空比(D)的调节下输出到缓冲电容(CBUF)上的等效电压值(VC1*D)达到目标输出电压值(DC300V)，直到单行电容电压(VC1)低于目标输出电压(DC300V)的过程(t0～t1)，前述“串联放电阶段”是指单行电容电压(Vc)低于目标输出电压(DC300V)时，利用开关对(S2/S5)的选通作用，使电容行串联电压(VC1+VC2)输出到缓冲电容(CBUF)的电压(VBUF)高于目标输出电压(DC300V)，并在开关对(S2/S5)的驱动信号(PWM)及其占空比(D)的调节下使输出到缓冲电容(CBUF)上的等效电压值((VC1+VC2)*D)达到目标输出电压值(DC300V)，直到被选通的电容行(第一行EEC11、EEC12、EEC13，第二行EEC21、EEC22、EEC23)的串联总电压(VC1+VC2)低于目标输出电压(DC300V)的过程(t1～t2、t2～t3)，
前述“剩余电能放电阶段”是指当储能矩阵的所有行(第一行EEC11、EEC12、EEC13，第二行EEC21、EEC22、EEC23，第三行EEC31、EEC32、EEC33，第四行EEC41、EEC42、EEC43)的总电压(VC1+VC2+VC3+VC4)低于目标输出电压(DC300V)时，利用开关对(S2/S9)的选通作用，使储能矩阵的总电压(VEE)从目标输出电压(DC300V)放电到0V的过程(t3～t4)。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2385080A1 (en) * 1999-09-17 2001-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Device for driving at least one capacitive actuator
KR20100129680A (ko) * 2009-06-01 2010-12-09 석 영 정 커패시터 직렬접속 제어 기반의 미약 전력 재활용 충전장치
CN102035373A (zh) * 2010-11-29 2011-04-27 马东林 电容矩阵dc-dc升压技术
CN103475258A (zh) * 2013-09-09 2013-12-25 河海大学常州校区 可调放电参数的高压脉冲电源
CN219937948U (zh) * 2023-04-04 2023-10-31 北京朗原科技有限公司 一种带时序控制的浪涌电流抑制电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2385080A1 (en) * 1999-09-17 2001-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Device for driving at least one capacitive actuator
KR20100129680A (ko) * 2009-06-01 2010-12-09 석 영 정 커패시터 직렬접속 제어 기반의 미약 전력 재활용 충전장치
CN102035373A (zh) * 2010-11-29 2011-04-27 马东林 电容矩阵dc-dc升压技术
CN103475258A (zh) * 2013-09-09 2013-12-25 河海大学常州校区 可调放电参数的高压脉冲电源
CN219937948U (zh) * 2023-04-04 2023-10-31 北京朗原科技有限公司 一种带时序控制的浪涌电流抑制电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
苏建仓, 王利民, 丁永忠, 宋晓欣: "串联谐振充电电源分析及设计", 强激光与粒子束, no. 12 *

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