超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能元件，因其具有高功率密度、高充放電速度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、工作溫度范圍寬、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)超級(jí)電容在電動(dòng)汽車和電力系統(tǒng)等場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。可是由于超級(jí)電容器單體電壓低，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要將多個(gè)超級(jí)電容器串聯(lián)組合使用才能滿足設(shè)備的要求，由于超級(jí)電容的參數(shù)的分散性，在充放電過(guò)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(yùn)行，為了使串聯(lián)電容器組能安全運(yùn)行，必須使用電壓均衡電路消除電容器在充放電過(guò)程中電壓不均的影響。傳統(tǒng)的均壓電路采用多個(gè)獨(dú)立的雙向DC-DC變換器[1]，例如采用Buck-Boost變換器和開(kāi)關(guān)電容變換器，開(kāi)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(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元的自動(dòng)均衡，但多繞組變壓器制作困難，在許多儲(chǔ)能單元場(chǎng)合下很難得到擴(kuò)展應(yīng)用。針對(duì)上述各種方法存在的問(wèn)題，提出了利用串聯(lián)諧振逆變器和電壓倍增器來(lái)轉(zhuǎn)移超級(jí)電容中能量、從而實(shí)現(xiàn)超級(jí)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(gè)超級(jí)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(kāi)關(guān)管Sa和Sb、1個(gè)諧振電感Lr和諧振電容Cr及一個(gè)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(jí)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(gè)超級(jí)電容中，在能量被重新分配到各個(gè)超級(jí)電容中時(shí)，單個(gè)超級(jí)電容的電壓實(shí)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(kāi)關(guān)管Sa和Sb以接近50％的占空比互補(bǔ)導(dǎo)通，4個(gè)超級(jí)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(guò)程共分為6個(gè)狀態(tài)。

    圖5所示為電容器組在均壓電路工作時(shí)的各單體電壓波形圖。在開(kāi)始工作時(shí)，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(shí),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(gè)電容單體實(shí)現(xiàn)均壓,均壓后超級(jí)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(shí)，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(lái)實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容均壓的新方法，分析了該方法的基本原理，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。該方法最大的特點(diǎn)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(méi)有了電壓檢測(cè)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(jiǎn)化，另外均壓電路中的主要器件都實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)，從而最大限度地減小了均壓電路能量損耗。
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