文獻標識碼： 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、長循環壽命、工作溫度范圍寬、無污染的優點，近年來超級電容在電動汽車和電力系統等場合得到了廣泛應用。可是由于超級電容器單體電壓低，實際應用時需要將多個超級電容器串聯組合使用才能滿足設備的要求，由于超級電容的參數的分散性，在充放電過程中導致電容器的工作電壓不平衡，嚴重影響了串聯電容器組的安全運行，為了使串聯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變換器和開關電容變換器，開關的數量隨著串聯電容器數量的增加而增加，因而電路的復雜性增加, 成本隨之增加，導致可靠性降低；參考文獻[2-4]采用多繞組變壓器實現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用。針對上述各種方法存在的問題，提出了利用串聯諧振逆變器和電壓倍增器來轉移超級電容中能量、從而實現超級電容組電壓均衡的方案。
1 電路結構
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個超級電容器串聯的情況[5-6]，電路由串聯諧振逆變電路和電壓倍增器二部分組成，其中串聯諧振逆變電路由開關管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。串聯諧振逆變器由串聯電容器組提供能量，然后將能量轉移到電壓倍增器中，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了均壓。
2 工作原理
2.1 串聯諧振逆變器
變壓器的匝數比設為K，開關管Sa和Sb以接近50％的占空比互補導通，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。
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行均壓時，一旦達到均衡精度，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諧振逆變器及電壓倍增器來實現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諧振逆變電路在功率變換器斷續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了軟開關，從而最大限度地減小了均壓電路能量損耗。
參考文獻
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