文献标识码：A
文章编号： 0258-7998(2013)12-0068-04
超级电容器作为一种新型的储能元件，因其具有高功率密度、高充放电速度、长循环寿命、工作温度范围宽、无污染的优点，近年来超级电容在电动汽车和电力系统等场合得到了广泛应用。可是由于超级电容器单体电压低，实际应用时需要将多个超级电容器串联组合使用才能满足设备的要求，由于超级电容的参数的分散性，在充放电过程中导致电容器的工作电压不平衡，严重影响了串联电容器组的安全运行，为了使串联电容器组能安全运行，必须使用电压均衡电路消除电容器在充放电过程中电压不均的影响。传统的均压电路采用多个独立的双向DC-DC变换器[1]，例如采用Buck-Boost变换器和开关电容变换器，开关的数量随着串联电容器数量的增加而增加，因而电路的复杂性增加, 成本随之增加，导致可靠性降低；参考文献[2-4]采用多绕组变压器实现储能单元的自动均衡，但多绕组变压器制作困难，在许多储能单元场合下很难得到扩展应用。针对上述各种方法存在的问题，提出了利用串联谐振逆变器和电压倍增器来转移超级电容中能量、从而实现超级电容组电压均衡的方案。
1 电路结构
图1为本文提出的新型电压均衡电路图，为便于分析，给出了4个超级电容器串联的情况[5-6]，电路由串联谐振逆变电路和电压倍增器二部分组成，其中串联谐振逆变电路由开关管Sa和Sb、1个谐振电感Lr和谐振电容Cr及一个变压器组成，电压倍增器由耦合电容C1～C4、二极管D1～D8和超级电容SC1～SC4组成。串联谐振逆变器由串联电容器组提供能量，然后将能量转移到电压倍增器中，电压倍增器将能量重新分配到各个超级电容中，在能量被重新分配到各个超级电容中时，单个超级电容的电压实现了均压。
2 工作原理
2.1 串联谐振逆变器
变压器的匝数比设为K，开关管Sa和Sb以接近50％的占空比互补导通，4个超级电容SC1、SC2、SC3、SC4的电容容量分别为C1、C2、C3、C4，端电压分别为V1、V2、V3、V4，二极管压降为VD，图2所示为均衡电路DCM下工作的理论波形，工作过程共分为6个状态。
图5所示为电容器组在均压电路工作时的各单体电压波形图。在开始工作时，由于电压倍增器提供能量电容器组充电,使得电容器组中最低的单体电压V1升高。与此同时,由于电容器组要向串联谐振电路放电，故电容器组中的其他电容的电压V2、V3、V4将降低。随着能量的重新分配，使得电容器组中各个电容单体实现均压,均压后超级电容的平均值略有下降。这是由于电压倍增器中二极管有管压降，损失了一部分能量，从而使得平均值降低。因此在利用该电路进行均压时，一旦达到均衡精度，就要切除均压电路，避免能量损耗。
本文提出了一种利用串联谐振逆变器及电压倍增器来实现超级电容均压的新方法，分析了该方法的基本原理，并通过实验验证了该方法的可行性。该方法最大的特点是利用串联谐振逆变电路在功率变换器断续工作情况下能输出近似恒定的电流，电容器组中的电流不需要反馈回路就能得到限制。由于没有了电压检测电路和复杂的控制电路及反馈电路，因而使均压电路得到了简化，另外均压电路中的主要器件都实现了软开关，从而最大限度地减小了均压电路能量损耗。
参考文献
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