文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
文章編號: 0258-7998(2013)12-0068-04
超級電容器作為一種新型的儲能元件,,因其具有高功率密度,、高充放電速度、長循環(huán)壽命,、工作溫度范圍寬,、無污染的優(yōu)點,近年來超級電容在電動汽車和電力系統(tǒng)等場合得到了廣泛應(yīng)用,??墒怯捎诔夒娙萜鲉误w電壓低,實際應(yīng)用時需要將多個超級電容器串聯(lián)組合使用才能滿足設(shè)備的要求,,由于超級電容的參數(shù)的分散性,,在充放電過程中導(dǎo)致電容器的工作電壓不平衡,嚴(yán)重影響了串聯(lián)電容器組的安全運行,,為了使串聯(lián)電容器組能安全運行,,必須使用電壓均衡電路消除電容器在充放電過程中電壓不均的影響。傳統(tǒng)的均壓電路采用多個獨立的雙向DC-DC變換器[1],,例如采用Buck-Boost變換器和開關(guān)電容變換器,,開關(guān)的數(shù)量隨著串聯(lián)電容器數(shù)量的增加而增加,因而電路的復(fù)雜性增加, 成本隨之增加,,導(dǎo)致可靠性降低,;參考文獻(xiàn)[2-4]采用多繞組變壓器實現(xiàn)儲能單元的自動均衡,,但多繞組變壓器制作困難,在許多儲能單元場合下很難得到擴展應(yīng)用,。針對上述各種方法存在的問題,,提出了利用串聯(lián)諧振逆變器和電壓倍增器來轉(zhuǎn)移超級電容中能量、從而實現(xiàn)超級電容組電壓均衡的方案,。
1 電路結(jié)構(gòu)
圖1為本文提出的新型電壓均衡電路圖,,為便于分析,給出了4個超級電容器串聯(lián)的情況[5-6],,電路由串聯(lián)諧振逆變電路和電壓倍增器二部分組成,,其中串聯(lián)諧振逆變電路由開關(guān)管Sa和Sb、1個諧振電感Lr和諧振電容Cr及一個變壓器組成,,電壓倍增器由耦合電容C1~C4,、二極管D1~D8和超級電容SC1~SC4組成。串聯(lián)諧振逆變器由串聯(lián)電容器組提供能量,,然后將能量轉(zhuǎn)移到電壓倍增器中,,電壓倍增器將能量重新分配到各個超級電容中,在能量被重新分配到各個超級電容中時,,單個超級電容的電壓實現(xiàn)了均壓,。
2 工作原理
2.1 串聯(lián)諧振逆變器
變壓器的匝數(shù)比設(shè)為K,開關(guān)管Sa和Sb以接近50%的占空比互補導(dǎo)通,,4個超級電容SC1,、SC2、SC3,、SC4的電容容量分別為C1,、C2、C3,、C4,,端電壓分別為V1、V2,、V3,、V4,二極管壓降為VD,,圖2所示為均衡電路DCM下工作的理論波形,,工作過程共分為6個狀態(tài)。
圖5所示為電容器組在均壓電路工作時的各單體電壓波形圖,。在開始工作時,,由于電壓倍增器提供能量電容器組充電,使得電容器組中最低的單體電壓V1升高。與此同時,由于電容器組要向串聯(lián)諧振電路放電,,故電容器組中的其他電容的電壓V2,、V3,、V4將降低。隨著能量的重新分配,,使得電容器組中各個電容單體實現(xiàn)均壓,均壓后超級電容的平均值略有下降,。這是由于電壓倍增器中二極管有管壓降,損失了一部分能量,,從而使得平均值降低,。因此在利用該電路進(jìn)行均壓時,一旦達(dá)到均衡精度,,就要切除均壓電路,,避免能量損耗。
本文提出了一種利用串聯(lián)諧振逆變器及電壓倍增器來實現(xiàn)超級電容均壓的新方法,,分析了該方法的基本原理,,并通過實驗驗證了該方法的可行性。該方法最大的特點是利用串聯(lián)諧振逆變電路在功率變換器斷續(xù)工作情況下能輸出近似恒定的電流,,電容器組中的電流不需要反饋回路就能得到限制,。由于沒有了電壓檢測電路和復(fù)雜的控制電路及反饋電路,因而使均壓電路得到了簡化,,另外均壓電路中的主要器件都實現(xiàn)了軟開關(guān),,從而最大限度地減小了均壓電路能量損耗。
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