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超级电容器电源模块电压均衡技术及结构参数设计的研究

邓欢欢  
【摘要】: 超级电容器因其具有比功率高、充电速度快以及循环使用寿命长等优点,成为近年来备受关注的储能元件。然而,由于超级电容单体的额定电压通常小于4V,超级电容器单体单独使用往往不能满足负载对于电压值、功率、放电时间的要求。为了达到较高的额定电压,超级电容器需要串联使用,串联时单体状态的一致性问题是制约其使用寿命和故障率高的主要因素,因此,需要用主动或被动均衡方法进行超级电容器单体电压均衡管理;同时,超级电容器串联将减小超级电容器模块的等值电容量,增大等值内阻,因而需将电容器组再并联组合以弥补电容器串联带来的充放电特性的下降,因此对超级电容组的能量管理技术的研究具有十分重要的意义。 本文主要对串联超级电容组的消耗能量电压均衡技术和转移能量电压均衡系统的工作过程、电路结构、均衡效果和均衡速度进行了理论和实验研究,并根据负载特性对超级电容器模块的设计进行了研究。主要完成的工作有: (1)分析了串联超级电容器组利用恒压充电和恒流充电时直接并联电阻电压均衡方法的工作过程,并通过仿真和实验得到电阻的选择对均衡速度和均衡程度的影响,确定了串联超级电容器组充电时,用直接并联电阻均衡方法的电阻值大小的选取原则。 (2)研究了利用开关电容能量转移的电压均衡方法,通过对其工作过程的分析和计算,并根据利用此方法对两个超级电容器串联模块的仿真和实验结果,给出了主要元件的参数确定原则,对该均衡措施的均衡速度和均衡度进行了分析。 (3)通过对超级电容器开关电感均衡方法的仿真,确定主电路各功率元件的参数。给出了系统各部分软、硬件的设计与实现过程。并对该方法的均衡效果进行了评价。 (4)针对不同类型负载,给出了超级电容器模块设计的设计方法和实例分析。


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