多输出串联锂离子电池/超级电容倍压均压电路的研究

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随着电动汽车和新能源发电技术的快速发展,以锂离子电池和超级电容为代表的储能元件的应用越来越广泛。然而,锂离子电池或超级电容的单体电压较低,为满足系统对电压和功率等级的要求,往往需要将多个储能单体串联起来使用。但是,储能单体的不一致性容易造成电压不平衡现象。为了解决这一问题,本文提出了一种新型的电压均衡器。基于倍压电路和可行输入单元的分析,提出了由Boost全桥逆变器(电流源型逆变器,CSI)和对称式倍压电路(SVM)构成的CSI-SVM电压均衡器;分析了CSI-SVM电压均衡器的工作模态;建立了CSI-SVM电压均衡器的数学模型;对CSI-SVM电压均衡器与现有均衡电路进行了对比分析。基于等效直流电阻数学模型的建立,提出了一种CSI-SVM电压均衡器的设计方法。该方法通过引入辅助参数ki,以峰值充电电流、倍压电路等效直流电阻和器件功率损耗为设计参数,能实现CSI-SVM电压均衡器均衡充电,提高变换器效率并减小电应力;通过设计实例对提出的设计方法进行了验证。对CSI-SVM电压均衡器进行了仿真分析。为了验证所建立的充电支路等效直流电阻模型的正确性,建立了一种CSI-SVM电压均衡器的等效电路,并对其进行了仿真分析;为了验证所设计的CSI-SVM电压均衡器的均压性能,在充电支路参数一致和不一致情况下分别对均衡器的均压性能进行了仿真分析。对CSI-SVM电压均衡器进行了实验研究。开发了CSI-SVM电压均衡器的实验样机,采用恒定输入电流(CIC)-恒压(CV)充电方法,即CIC-CV充电方法;通过测试样机的关键实验波形对CSI-SVM电压均衡器的特性进行了分析;对实验样机的效率进行了测试和分析;在初始电压不一致的条件下分别对锂离子电池和超级电容进行了均衡充电实验,并对处于放电条件下的锂离子电池进行了均衡充电实验。实验结果表明CSI-SVM电压均衡器具有良好的均压性能,也验证了理论分析的正确性和设计方法的有效性。
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