【摘 要】
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锂离子电池、超级电容等储能元件在储能系统中的应用日益广泛,由于锂离子电池或超级电容的单体电压较低,通常将多个储能单体串联使用以满足电压和功率等级的要求。由于储能单体在容量、内阻和自放电率等方面存在不一致性,在充放电过程中,串联的储能单体间会存在电压不均衡的问题,这会导致系统的能量不能充分利用,甚至造成火灾等事故,这一问题可采用电压均衡器解决。本文提出了一种新型半桥串联谐振对称式倍压电路电压均衡器,
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锂离子电池、超级电容等储能元件在储能系统中的应用日益广泛,由于锂离子电池或超级电容的单体电压较低,通常将多个储能单体串联使用以满足电压和功率等级的要求。由于储能单体在容量、内阻和自放电率等方面存在不一致性,在充放电过程中,串联的储能单体间会存在电压不均衡的问题,这会导致系统的能量不能充分利用,甚至造成火灾等事故,这一问题可采用电压均衡器解决。本文提出了一种新型半桥串联谐振对称式倍压电路电压均衡器,并将此电压均衡器集成到双向充放电变换器中,构成了集成均压双向DC-DC变换器。本文的集成均压双向变换器可在充放电过程中为串联的储能单体提供恒定的均衡电流,无需闭环控制。在传统的储能系统中,通常配置充放电变换器和电压均衡器,两部分电路独立运行,在本文的集成结构中不再需要独立的DC-DC变换器作为电压均衡器的驱动器,从而简化了系统和电路。本文的主要工作如下:1、阐述半桥串联谐振对称式倍压电路电压均衡器的工作原理,进行详细的模态分析;建立对应的稳态数学模型,给出均衡电流的数学表达式和简化分析,对等效直流电阻进行求解和分析;对电压均衡器的开关器件进行软开关分析。2、阐述集成均压双向DC-DC变换器的电路结构和集成工作原理,并对它的工作模态和稳态特性进行详细分析。3、分析电压均衡器和双向充放电变换器集成工作时的电压条件和频率条件,基于数学模型和工作条件给出集成均压双向DC-DC变换器的设计方法,对均衡电流的数学模型进行仿真验证。4、搭建电压均衡器和集成均压双向DC-DC变换器的样机,并分别进行均衡实验和循环充放电试验;对电压均衡器的效率进行测试,分析影响均衡效率的因素;实验测试结果验证了分析结果正确性和设计方法的可行性,证明了所提出的集成结构的有效均衡作用。
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