串联超级电容器组开关电感通断法均衡研究
2019-07-27 09:04:49 点击：
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引言
超级电容器[1-4]因其具有的高能量密度(与传统电容器相比)和高功率密度(与电池和燃料电池相比)[5-7]而引起人们极大的兴趣。但是超级电容器通常单体电压只有1~3V[8]，为满足实际应用工况的电压需求，需将多个单体串联。然而，市面上同一型号规格的超级电容器在电压、内阻、容量等参数上存在着不一致性；在超级电容器使用过程中，工作环境不同以及电压不均匀的积累又加剧了超级电容器的参数不一致性。通常超级电容器的容量分散度的范围为[-10%，+20%][9-12]，又由于在应用中必须由多个超级电容器串联来满足额定电压的需要，因此串联超级电容器组在充电过程中电容量小的电容上会出现过电压，影响它的寿命。
国外已经在工程中用到的超级电容器的串联电压均衡系统主要有4种：直接并联电阻法[13-14]，直接并联稳压管法[15-16]，开关电阻法[17-18]，DC/DC变换器法[19-21]。
国内对超级电容器组采用“飞渡电容器”均衡法[11]及基于buck-boost主动型电压均衡法[12]进行了研究。笔者采用开关电感法实现电压均衡，提出了开关电感均衡单元中功率元件的选择依据，确定其参数；介绍了实验主回路和控制系统软硬件的实现方法，通过实验对该方法的均衡效果进行了分析，并最终得到了比较理想的均衡效果和均衡速度。
1单元电路分析
1.1电压均衡电路
开关电感均衡电路图见图1。电感均衡模块的基本工作原理是基于电流可逆的buck－boost电路的均衡方式。均衡电路由两个场效应管T1、T2和一个储能元件电感L组成的。在均衡过程中，能量是通过电感L在相邻两个电容C1和C2间传递的。下面将以两块电容单元串联为例说明均衡电路具体工作过程和能量转移过程。