串聯(lián)超級電容器的均壓控制

1、串聯(lián)超級電容器的均壓控制串聯(lián)超級電容器的均壓控制摘要：電壓不均衡是制約超級電容串聯(lián)應(yīng)用的重要因素。文章對現(xiàn)有的超級電容電壓均衡方法進(jìn)行了簡要討論，提出了一種帶隔離變壓器的Cuk變換器動態(tài)均衡方法，并給出了相應(yīng)的控制策略。利用PSIM軟件對其均壓性能和效果進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明該動態(tài)均壓電路均衡速度快、均衡性能好，對由于不同因素造成的電壓不均衡都具有良好的均壓效果。關(guān)鍵詞：超級電容器；電壓均衡；隔離變壓器；Cuk變換器；控制策略引言

2、引言超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的新型儲能元件，其具有功率密度高、充電速度快、循環(huán)壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車工程、不間斷電源、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域中。超級電容單體額定電壓較低，一般小于3V，需要通過多個超級電容串并聯(lián)使用，來滿足外部設(shè)備對電壓等級的需要。由于超級電容單體內(nèi)部參數(shù)的不一致性，造成各電容單體充放電速度不同從而導(dǎo)致電壓不均衡，降低了電容組的儲存能力和使用壽命。因此，采取合適的電壓均衡措施使超級電容單體電壓

3、保持一致具有重要意義。目前在串聯(lián)超級電容器儲能系統(tǒng)中采用的電壓均衡方法，主要分為能耗型和能量轉(zhuǎn)移型兩大類。能耗型均壓電路結(jié)構(gòu)一般比較簡單，易于實(shí)現(xiàn)，常見的有開關(guān)電阻法和穩(wěn)壓管法，此類均衡方法具有均壓效果好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是能量浪費(fèi)嚴(yán)重。能量轉(zhuǎn)移型均壓電路是利用DCDC變換器或者儲能元件作為能量傳遞器件，將高電壓電容單體中的能量轉(zhuǎn)移到低電壓電容單體，實(shí)現(xiàn)動態(tài)平衡。如DCDC變換器法和飛渡電容法，此類方法優(yōu)點(diǎn)是能量損耗低、電壓均衡速度

4、快、充放電狀態(tài)下均可進(jìn)行電壓均衡。缺點(diǎn)是控制復(fù)雜、成本高。針對上述各種方法存在的問題，本文提出了帶隔離變壓器的Cuk變換器的均衡電路。此均衡電路與傳統(tǒng)的基于雙向DCDC變換器電壓均衡電路相比，功率開本文提出了一種帶隔離變壓器的Cuk變換器均衡電路，利用此均衡電路對串聯(lián)超級電容器組進(jìn)行電壓均衡，如圖2所示。圖中C1～Cn是串聯(lián)起來的超級電容組，其中前n1個超級電容C1～Cn1利用Cuk變換器實(shí)現(xiàn)相鄰兩個超級電容的能量單向傳遞，從而達(dá)到電壓

5、均衡。例如，當(dāng)Vci＞Vci1時，控制器通過PWM信號對開關(guān)管Qi控制導(dǎo)通，使Ci的能量傳遞給Ci1，達(dá)到Vci=Vci1。由于Cuk變換器是單向能量流動的，假如超級電容器Cn的電壓比Cn1高，此時Cn的能量無法轉(zhuǎn)移到前n1個超級電容從而達(dá)不到均衡效果。所以采用匝數(shù)比為1:1的隔離變壓器將超級電容Cn和C1相連接，使能量可以從Cn流向C1，進(jìn)而流向C2~Cn1，實(shí)現(xiàn)了超級電容器組的整體電壓均衡。圖2帶隔離變壓器的Cuk變換器均衡電路2.