超级电容器储能直流变换器的设计.pdf

维普资讯 《电气应用》2006年第25卷第 12期 超级电容器储能直流变换器的设计 张慧妍 ，一 齐智平 韦统振 (1．中国科学院电工研究所 100080 2．北京工商大学信息工程学院 100037) 摘 要 结合超级电容器端电压在储、释能过程中变化范围宽的特点，配置双向直流变换器 作为接 口电路，可实现充、放 电功率的灵活调节，并提高其储能利用率。详细分析了双向直流变 换器的拓扑结构及其功率电路的设计要点。为了充分发挥超级电容器响应速度快的优势，采用负 载电流前馈实现 了输入 电压和负载变化的复合前馈补偿，实验结果验证了该方案的有效性。 关键词 超级电容器 双 向直流变换器 前馈控制 c 与一个等效电阻 ri串联。开关管 Sl、VD2工 1 引言 作，变换器运行于常规 Buck降压模态；开关 s2、 超级 电容器是近年来发展起来 的一种新型电 VDl工作 ，变换器运行常规 Boost升压模态 。 力储能器件 ，其工作原理是基于 1879年德 国人 亥姆霍兹 (Helmholtz)发现 的双 电层原理 1 。 2 ，『 超级 电容器的电容量极大，可达数千法拉，并且 具有循环寿命长、工作温度范围宽、环境友好、 fl 【 免维护的优点_3 J。 c 0、 l 超级电容器的储能特性类似于蓄电池，但其 端电压在充、放 电过程 中变换范围很宽。增设双 T 向DC—DC变换器 ，可提供恒定接 口电压 ，并灵 超级电窨器组 j强向DC／DC变挟器 活控制对超级 电容器的充电功率 。本文设计 了一 图1 超级电容器储能装置功率电路拓扑 个双向DC—DC变换器作为接 口电路 ，结合超级 2．2 参数设计 电容器的特点对其结构参数及控制方法进行了优 2．2．1 储能电感的设计 化 。实验结果表明该设计方案的有效性 。 由图1可知，双 向变换器共用一个 电感 L， 2 双向直流变换器 典型方法设计共用电感：先分别设计变换器工作 在两种模式下所需的电感量，而后选取其中较大 2．1 拓扑结构 值作为 L的参数设定值 超级电容器储能应用 中的双 向DC—DC变换 L i：max(LB。。。t，LBuck) (1) 器可 以起到如下作用： 超级电容器组储 、释能功率不平衡时，采用 (1)将承担超级电容器储 、释能工作的分立 式 (1)设计的电感值较大，则在大功率运行模 变换器综合为一个变换器 。 式下电感没有被充分 的利用。 (2)进行电压匹配，可大范围提高超级 电容 采用功率开关管互补驱动 ，任何时间，开关 器的储能利用率。