超级电容器电压主动均衡系统的研究

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随着汽车工业发展和汽车使用日渐普及化,给人类出行带来巨大便利的同时,大规模使用传统内燃机引发的能源危机和污染排放等问题越来越受到关注。近年来,新能源汽车不断在技术上取得突破,并且在政策补贴的刺激下,其产销量稳步增长,已经成为汽车产业发展的主要方向。超级电容器作为一种具有循环寿命长、功率密度高、充/放电时间短等优点的新型储能装置,被广泛使用于新能源汽车领域。但是受到自身性质限制,单个超级电容器的额定电压很低,一般很少超过3V。因此在实际应用中,一般需要将多个超级电容器单体串联成模组,以达到使用需求。因制造技术等差异,超级电容器在容值、内阻、自放电率、容量衰减率等参数上存在不可避免的不一致性,导致其在串联充/放电时单体电压变化速率不同步,从而引起模组内各单体电压不均衡,最终影响超级电容器使用寿命和运行效率。因此,为避免单体电压的不一致性,对超级电容器的电压均衡方法进行研究,具有十分重要的指导意义。本文以飞渡电容均衡拓扑为研究对象,开展了以下研究:(1)对飞渡电容在任意单体间均衡拓扑进行简化。根据简化电路对单个均衡周期的均衡效率进行公式推导,发现均衡效率只与两单体电压有关,并且两单体压差越小均衡效率越高。为此,基于目前普遍使用的最大压差单体间均衡策略,提出了非最大压差单体间的均衡策略。(2)为了验证对所提出均衡策略的优越性假设,进行联合仿真。基于仿真结果,验证了非最大压差单体间的均衡策略可以进一步提高均衡速率。对均衡电压变化曲线进行分析,发现非最大压差单体间的均衡策略能够避免两单体进行均衡时频繁处于小电压差的状态,缓解了均衡后期导致的均衡速率过慢的问题。鉴于均衡速率亦受单体电压排布的影响,进行不同电压初始值均衡仿真。仿真结果表明,均衡时间更短的概率98.5%。(3)搭建实验平台,对两种均衡策略的结果进行对比。实验结果表明,所提出的非最大压差单体间的均衡策略具有更好的均衡效果,均衡时间缩短了12.9%,均衡效率提高了1.7%。
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