超级电容器充电过程中的双重均压研究

超级电容器作为储能器件在工业领域有着广泛的应用。为提高超级电容器模块的输出特性,延长模块的使用寿命,以面向未来航空航天器瞬时功率的应用需求为基础,文中提出一种安全可靠的超级电容器双重均压技术。通过测量恒流充放电条件下超级电容器的充放电曲线及计算单体特征参数,揭示模块中单体的不一致性。在恒流充电过程中,双重均压电路以Buck-Boost电路为主要电路,开关电阻法电路作为备用电路,使模块实现充电时的动态电压均衡并在充电结束时达到额定电压值且不出现过充现象。双重均压电路解决了超级电容器模块中因单体不一致性所致的电压不均衡问题。     

一种串联超级电容器均压电路

针对串联超级电容器组在实际使用中出现各单体电压不一致的问题,提出一种结合同步整流反激变换器、隔直电容和全桥整流的电压均衡电路。电压均衡电路从超级电容器组汲取能量并存储于耦合变压器中,再将变压器中存储的能量分配给电压较低的超级电容器,最终使各超级电容器单体电压相等,达到均衡电压的目的。所提的均压电路没有大量的磁性元件或开关管,可实现自动均压功能,电路结构和控制方法简单;主开关器件可实现零电压导通,降低变换器的功率损耗。详细地阐述了电路的工作原理,给出了主要参数设计方法,并采用此电路进行了电压均衡实验,实验结果验证了理论分析的正确性。     

半桥变换器与多变压器次级串联的超级电容均压

针对于超级电容串联储能系统中单体电压不均衡的问题,介绍了一种基于半桥变换器和多变压器次级串联的均压电路,可利用多次级绕组减小因变压器单元漏感误差而引起的超级电容单体电压不均衡。该电路结构简单,还可以均衡超级电容器的电压,恒定开关频率和占空比时不需要反馈控制环节。通过分析半桥变换器每个工作模态,建立了输出电压方程,推导了串联超级电容电压均衡方程。根据电路特性,分析了变压器匝比设计方程及实现软开关变压器原边漏感要求。仿真及实验结果表明此均压电路具有均压速度快且均压效果好的特点。     

基于半桥变换器和倍压器的超级电容均压策略

串联超级电容器组中的单体电压不均衡会降低电容器的储存能量,缩短其使用寿命。传统的电压均衡方法电路拓扑结构复杂,开关器件和磁性元件数量较多,体积较大。鉴于这些不足之处,本文采用一种基于半桥变换器和倍压器组合的电压均衡策略,该策略可以自动地均衡超级电容器的电压,电路结构简单,且开关频率和占空比恒定,不需要反馈控制环节。本文介绍了超级电容器电压均衡模型及其工作原理,并利用推导的直流等效电路分析了电压均衡原理。仿真及实验测试结果表明:该均压策略具有均压速度快的优点,并且可以明显提高系统的能量转换效率。     

串联超级电容器组开关电感通断法均衡研究

超级电容器作为一种储能元件,具有高功率密度和高循环充放电能力,被广泛应用在工业上。为延长超级电容器的使用寿命,改善性能,在其充电时采用均衡电路。均衡电路启动后,能够将电压较高电容单体的能量转移到电压较低单体上,从而达到串联超级电容器组电压的动态均衡。笔者针对串联超级电容器组单体电压开关电感均衡系统的工作过程进行了计算和仿真,提出了均衡电路功率元件参数的选择方法和依据,介绍了实验主回路和控制回路软硬件的实现方法,并通过实验对该方法的均衡效果进行了分析,最终得到了比较理想的均衡效果和均衡速度。     

超级电容器组电压均衡研究

针对超级电容器组的单体电压不均衡会造成单体使用寿命缩短、储能密度降低以及系统可靠性下降的问题,介绍了反激变换器次序耦合控制的超级电容均压电路,该电路采用基本的反激变换器,利用多个反激变压单元实现多路输出次序耦合达到超级电容单体电压均衡的目的,同时均衡电路不需要检测电路和电压比较电路,降低了电路结构的复杂性。分析了均衡电路的工作原理,推导了电压均衡方程,确定了变压器的变比,最后对四个超级电容组成的串联系统进行了实验验证,结果验证了该系统具有良好的均压效果。     

基于FPGA的超级电容器均衡充电电路设计与实现

由于超级电容器单体性能参数存在的离散性,当多个单体串联组成电容器组时,在充放电过程中容易造成过充或过放现象,严重危害超级电容器的使用寿命。在比较现有的几种均衡充电电路基础上提出一种新的解决思路,以FPGA为检测、控制单元,有效地对电容进行充放电控制,防止其过充或者过放,提高了超级电容器的循环使用次数,并且降低了不必要的能量消耗。     

基于多重SEPIC斩波电路的超级电容均压策略

串联超级电容器组中的单体电压不均衡会降低电容器的储存能量,缩短其使用寿命。传统的电压均衡方法电路拓扑结构复杂、开关器件和磁性元件数量较多、体积较大。鉴于这些不足之处,采用一种基于多重SEPIC斩波电路的电压均衡策略,电路结构简单,而且当系统工作在DCM模式时,开关频率和占空比固定,不需要反馈控制环节。分析了系统在DCM模式下的电压均衡原理,并推导出均压时间。最后将四个超级电容器串联起来进行实验测试,结果表明:此电压均衡策略具有均压速度快且效率高的优点。     

风电潮流优化控制系统的超电容均压策略

超级电容器是风电潮流优化控制系统中的关键储能元件之一,而高效可靠的串联均压策略是其实现中大功率场合应用的前提,为较好地实现均压效果,引入了一种超电容电压均衡控制策略的模型,并在此基础上提出了一种新颖的超电容电压均衡方法—相邻电感储能电压均衡法。该方法实时检测超电容组中各电容器电压,以电感为能量传递媒介,以半导体开关管为控制开关,将电压高的电容器能量转移到电压低的电容器中,实现了各超电容器的电压均衡。在详细介绍了该方法的工作原理后,给出了控制开关占空比的调节规律和电感参数的设计原则。最后,对两组串联超级电容器模块分别进行了仿真和实验,结果表明该方法极大地改善了超电容模块的电压一致性,电压均衡速度快、精度高,在风电潮流优化控制系统中有较高的应用价值。     

超级电容器组电压均衡技术研究

通过对影响超级电容器串联支路各单体电压均衡的各种因素进行分析,针对超级电容器储能装置中各串联单体充电电压的均衡问题,论述了多种单体均压方案。通过理论研究、分析计算以及搭建仿真电路进行仿真测试,总结归纳了各种均压方案的均压效果及优缺点,为设计超级电容器储能装置时选择合理的均压方案提供了良好的设计思路及借鉴作用。     

一种新型超级电容器组电压均衡系统设计

超级电容器单体端电压不高,对于大功率储能系统,为了满足容量和电压的需要,通常将多个超级电容器串联使用。单体性能参数存在一定的分散性,导致串联超级电容器组的电容电压不平衡。根据超级电容器的成组方式以及充电特性,设计了一种低能耗方式的电压均衡系统。该系统由信号采集电路、下位机、均衡开关电路,以及上位工控机组成,能够实现串联超级电容器充电时的电压采集、开关电路控制,使得超级电容器单体在充电时保持电压的一致性,从而实现超级电容器组容量的最大化利用。     

一种新型可串联的超级电容电压均衡特性研究

引入一种超级电容器电压均衡控制策略的模型,在此基础上提出一种新颖的超级电容器电压均衡方法——开关分流电压均衡法,该方法可以直接改变每个超级电容器的能量流动,实现能量重新分配。阐述了该方法的均衡原理及均压过程,给出了参数整定原则,同时基于PSIM仿真软件,对三只串联超级电容器模块进行仿真分析并与多飞渡电容电压均衡法进行对比,结果表明:开关分流电压均衡法均压速度快,效率高,在大容量快速储能领域中具有一定的价值。     

超级电容储能系统中的零电压开关均压拓扑研究

为解决超级电容单体的串联均压问题,提高均压电路工作效率,提出一种新型零电压开关(ZVS)均压拓扑.在传统由开关器件和电感组成的buck-boost均压电路中增加两个小容量谐振电容,通过电容和电感间谐振实现开关器件的ZVS.在分析了本拓扑结构的开关状态,建立不同开关阶段的等效电路模型后,得出了拓扑的ZVS工作条件和能量转移原理,并由此确定了系统关键参数的设计原则.最后通过仿真和实验验证该拓扑结构的正确性与可行性,相较其他均压法电路工作效率更高,能量损失更小,且模块化扩展性好,可实现超级电容单体或模块间的快速高效均压.     

基于协同控制的超级电容均压策略

为解决超级电容单体电压低,串联使用时存在的电压不均衡问题,提出一种基于协同控制的开关电容均压策略。对超级电容的数学模型进行了分析,建立了超级电容等效电路;介绍了开关电容均压原理,在此基础上,设计了协同控制器,并对协同均压控制律的稳定性进行了证明。仿真和实验验证了协同均压策略的正确性,可以较好地实现串联电容间的均压。     

一种新颖的串联超级电容器组的电压均衡方法

串联超级电容器组的电容电压不平衡是阻碍超级电容器储能应用发展的一个重要因素,实现串联超级电容器组的电压均衡可以延长超级电容器的使用寿命,增加储存能量,提高储能系统的可靠性。讨论了目前正在研究和已经应用的超级电容器电压均衡方法,鉴于它们的不足之处,提出了一种新颖的以单个电解电容器做能量传递器件的超级电容器电压均衡方法,并研制成功一套数字化控制均衡设备。仿真分析及实验结果表明:这种电压均衡方法效率高、均压速度快,在超级电容器储能系统中有很高的应用价值。     

超级电容器模组电压平衡性能分析

超级电容器在使用中的电压平衡性能很重要。为了研究不同的电压平衡电路对超级电容器模组充放电性能的影响,用蒙特卡罗方法模拟模组单体参数的分散情况,对两种不同的平衡电路分别用MATLAB进行仿真。结果表明:在相同的参数条件下,动态均压平衡电路比开关电阻平衡电路的电压平衡效果要好。用开关电阻法时,若开关提前动作,则模组单体电压的方差及过压次数显著减小;用动态均压方法时,放电电流越大,电压平衡速度就越快,充放电后单体端电压也就越集中。因此,开关电阻平衡电路中,开关提前动作可明显提高平衡效果;动态均压平衡电路中,选择与容值分散度相匹配的平衡系数可使平衡效果较好。     

专利文摘

“电源转换器”—发明专利公开号(CN1059810A),公开日(1992.3.25)。 该发明的电源转换器可以有多组分压电容器,靠近各开关器件分开设置,将直流电压源分压成多段,通过对开关器件的通-断控制从分压的直流电压获得多电平交流输出电压。各组分压电容器的串联点可以与各相对应的开关器件的分隔点连接。分压电容器可以在它们的串联点相互连接。因而,这种安排可以使各相的开关器件和分压电容器之间的接线长度缩短,并使之相等,以减少缓冲电路的损失,可获得含谐波较少的交流电压输出。     

超级电容器电压均衡技术研究综述

超级电容器作为一种新型储能器件,因其端电压值较低,通常需要多个超级电容器串联使用。为了抑制分散性对超级电容器的影响,电压均衡技术在不断发展。文章阐述了多种超级电容器均压方法,并根据均压性质进行了分类,并逐一介绍、对比、总结。     

混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法

针对随机性强和波动性大的新能源发电系统,为了平滑其出力,提出了一种混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法。该方法首先分析了锂电池和超级电容充放电速度的互补特性,以及它们的功率变换器各种开关状态。然后基于模型预测控制建立了锂电池、超级电容器和双功率变换器预测模型。在此基础上,应用模型预测控制设计了混合储能控制系统。在考虑锂电池电流跟踪误差、超级电容器电流跟踪误差、超级电容器损耗和双功率变换器开关管导通数量的情况下,构建了多目标评价函数,并进行了最优开关模式求解。通过实时优化控制系统,输出最优开关模式,既实现了锂电池大电流充放电和跟踪低频变化功率,也实现了超级电容器小电流充放电和跟踪高频变化功率。因此,该方法实现了混合储能系统能量合理分配,延长了锂电池使用寿命,减少了开关动作,提高了系统整体效率。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性。     

改进型准有源栅极控制电路研究与设计

高压大功率变换器中如何降低半导体开关器件的电压应力是关键技术问题,而开关器件直接串联是重要的解决方案之一。在开关器件直接串联的高压电路中,开关器件的动、静态均压特性是关键指标。准有源栅极控制QAGC（quasi-active gate control）电路是具有代表性的串联均压拓扑,其特点是通过一个外部驱动源实现串联器件的动态、静态电压应力均衡,与此同时,可用于多个开关器件直接串联控制。研究表明,当QAGC驱动串联器件多于2个时,均压网络为上层器件提供的驱动电荷不足,降低串联器件的均压效果,严重时可能导致上层器件无法开通。针对这一问题研究了一种改进型QAGC电路,该电路将QAGC与一个辅助直流源相结合,辅助直流源在上层器件开通时刻提供额外驱动电荷,可保证器件的动、静态均压特性。分析了改进型QAGC的工作原理及设计方法,采用LTspice进行仿真并搭建实验平台进行验证,仿真和实验结果验证了电路拓扑的正确性。