超級電容器儲能系統(tǒng)的充放電研究

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5、間，是一種新型綠色儲能元件，具有高功率密度、循環(huán)壽命長、無污染等特點，因此在儲能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如電動車輛、不間斷電源、電力系統(tǒng)等。由于電容單體工作電壓過低的限制，通常需要將電容單體進(jìn)行串聯(lián)使用。但電容單體內(nèi)部參數(shù)存在一定的偏差，此參數(shù)偏差會導(dǎo)致電容單體的充放電速度不同。所以在串聯(lián)使用時，會存在電壓不均衡現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電容單體的電壓過充或者過放，影響了超級電容器的壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，超級電容器和傳統(tǒng)電容器具有相同的放電特性，即放電過程中電容單體的電壓下降過快，導(dǎo)致儲能系統(tǒng)的端電壓不能長時間滿足負(fù)載對電壓等級的要求。所以，采取適

6、當(dāng)?shù)碾妷壕夥桨负驮O(shè)計合理的放電穩(wěn)壓電路具有重要的意義。本文首先對超級電容器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特點進(jìn)行了闡述，分析了超級電容器的三種等效電路模型：串聯(lián)RC模型、經(jīng)典模型和傳輸線模型，討論了各等效電路模型的結(jié)構(gòu)特點和適用場合，并確定了本課題所選用串聯(lián)RC等效電路模型。同時，介紹了超級電容器的幾種充電方式并對超級電容器的充放電特性進(jìn)行了分析。其次，對能耗性和能量轉(zhuǎn)移型的幾種常見電壓均衡電路進(jìn)行了工作原理的分析、仿真驗證和優(yōu)缺點的比較。然后利用超級電容器自身的低內(nèi)阻、線性好、和低能量密度等特點，將超級電容作為自身的均衡器，提出了基于超級電容

7、器串并聯(lián)切換的均壓電路。該均壓電路僅由超級電容器和開關(guān)管組成，通過控制兩組開關(guān)的通與斷實現(xiàn)單體電1壓的均衡，具有結(jié)構(gòu)簡單，均衡速度快等優(yōu)點。并通過仿真實驗對該均衡電路的可靠性和有效性進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明該均壓電路均壓速度快、效果好，使儲能系統(tǒng)的儲能達(dá)到最大化。最后，針對超級電容器放電過程中電壓下降過快問題，本文采用PID調(diào)節(jié)器控制Boost變換器使超級電容器輸出的已下降電壓升壓至負(fù)載所需的電壓范圍內(nèi)，解決了超級電容放電過程中輸出電壓下降過快的問題。使超級電容儲能系統(tǒng)放電穩(wěn)壓效果最優(yōu)化和儲能利用率最大化。關(guān)鍵詞：超級電容器；電壓均衡；PID

8、控制器；Boost變換器II2RESEARCHONCHARGINGANDDISCHARGINGOFSUPER-CAPACITORENERGYSTORAGESYSTEMWANGEn-feng(p