超级电容器充电能量均衡系统的研究.pdfVIP

摘要 超级电容器是一种新兴的物理储能元件，它充电迅速、比功率大、循环 寿命长，适于作为城市电动公交客车的能量源。充电系统作为超级电容器电 动公交客车的子系统，其充电的快速性至关重要，如能在短时间内充电完毕 则可以解决行驶里程短的问题，提高电动公交客车的运行效率。为了保障超 级电容器的使用安全、延长使用寿命并充分发挥其性能，充电系统还必须保 证各单体的能量均衡。 为了满足上述要求，本文提出了一种由主充电电源和辅助充电电源及以 巡检监控系统构成超级电容器充电及能量均衡系统的方案。在该系统中，主 充电电源为超级电容器组进行快速充电，辅助充电电源则促进各单体的均压 从而实现能量均衡。采用这种方案，不仅实现了均衡充电，还实现了放电时 的能量均衡，有力地保证了超级电容器性能的发挥。 主充电电源采用了Buck电路，针对大功率开关电源开关损耗大的特 点，设计了缓冲式软开关电路，并详细分析了其工作模态，通过仿真分析发 现与硬开关电路相比其开关管工作条件得以改善，开关损耗显著降低，变换 效率提高。设计了闭环控制电路使主充电电源具有恒流限压输出特性，避免 了电压过高损坏超级电容器。 由于辅助充电电源以超级电容器组为输入而以组中单体为输出，设计了 带变压器隔离的半桥电路，并研制了相应的控制电路使辅助充电电源具有恒 流．恒压输出特性以保证各单体的使用安全。同时设计了防偏磁电路，着重 解决半桥电路易发生直流偏磁而导致变压器饱和的问题。 基于FPGA的控制器构成了巡检监控系统的核心，利用FPGA的现场 可编程功能可以方便灵活地实时改变系统的控制策略。巡检监控系统中采用 电阻分压的方法进行电压采样，避免了高共模电压的出现，同时利用继电器 矩阵构成辅助充电电源投切电路，减少了继电器的使用个数。 仿真和试验结果表明，超级电容器充电及能量系统能安全方便地对超级 电容器组进行快速充电，同时保证组内各单体能量均衡，达到了预期效果。 关键词超级电容器充电电源能量均衡 堕查鎏三些查兰三兰竺当兰堡篁兰 Abstract isanew of is kind device，which Ultracapacitor physicalenergystorage to the oftheelectricbusforits suitable source be energy prominent characteristicsoffast unit and life．Asa charge，largepowerlongcycle ofthe electric an bus，the subsystemultracapacitor system charging plays of roleinthe the electric the performance important ultracapacitorbus，especially of the finishs inashort of speed system charging．If