超级电容均压技术的研究

随着社会的不断前进和经济的飞速发展,人们对能源的需求量逐渐增大,找到一种优良的能量存储器件显得尤为重要。在电力电子领域中,降低能耗提高能量利用率成为了当下热门研究领域。超级电容(Supercapacitor、Ultracapacitor)是一种高能量密度的新型储能元件,其循环使用寿命长、能量存储率高、充放电时间短等优点被广泛应用在电动汽车、电力行业等领域。由于不同用电领域对电压和容量的需求不同,导致系统所需的超级电容供能系统的个数不尽相同。而且超级电容在串并联时单体电压分布不均衡,会降低整体能量的利用率。所以,超级电容均压技术对提高整体能量的利用率起着至关重要的作用。本文首先介绍了超级电容的发展背景,并对几种超级电容的数学模型进行了分析对比后,选用RC串联模型为超级电容的仿真模型。通过对超级电容串并联阵列的分析,选定先并后串的连接方式,该模式可以提高整个系统的可靠性。在对超级电容几种均压方法的对比分析中,得出其优缺点,便于对不同场合的选型。其次,重点对能量转移型均压控制中的典型方法进行了研究,即飞渡电容均压法。通过对其工作原理的分析,建立了数学模型,并在此基础上对该系统均压性能进行研究。而后,将飞渡电容由电感代替,并加以适当的控制方法,形成了改进型电压均衡法,通过介绍其工作原理并对仿真波形进行分析,得出改进型均压法使电容电压快速均衡的优越性,也验证了此法的可行性。然后,针对电压不均衡的问题,将以上两种方法结合,构成了电容与电感组合的分级均压控制系统和改进型电压均衡与飞渡电容的分级压控系统。本文采用分级控制的思想,将超级电容分级进行控制,通过分析其工作原理,确定了系统的总流程图。两级系统在不同的均压方法下,通过控制脉冲信号的输出,驱动开关器件的导通关断,使能量在超级电容单体之间快速传递,从而实现系统电压的一致性。最后,在Matlab仿真软件中分别搭建电容与电感组合的分级均压控制系统和改进型电压均衡与飞渡电容的分级压控系统的仿真模型,针对不同频率和占空比的情况下分别进行仿真比较。与所有的仿真结果进行数理分析,得出新系统在均压控制中的优越性和高效性。