如何解决超级电容模组电压均衡问题

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威廉希尔官方网站 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）。一个好的均衡威廉希尔官方网站 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，即被动均衡式和主动均衡式。

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被动均衡威廉希尔官方网站

(1)电阻直接与超级电容并联的结构

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，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，这个威廉希尔官方网站 对防止过压无能为力。

(2)开关控制的电阻并联的结构

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

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)采用齐纳二极管的结构

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

主动均衡威廉希尔官方网站

主动均衡需要的时间比被动均衡需要的时间短，电压分配精准相等，而且寄生损失小。如果达到极限电压，威廉希尔官方网站 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，这个威廉希尔官方网站 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，这会损坏整个威廉希尔官方网站 。

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。