混合动力系统中超级电容电压均衡问题的研究

• 作 者: 高原
• 机 构: 哈尔滨工业大学
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 混合动力系统 超级电容 电压均衡 等效电路模型

超级电容是一种新型的具有较高能量密度的储能元件，它可以提供出相当大的功率并且使用寿命长同时兼有了电容和电源的特性。在混合动力汽车、脉冲电源系统有良好的应用前景。由于超级电容大都耐压较低、容量较大，因此为了同时满足能量较大、耐压较高的应用场合超级电容一般都是串联和并联的方式进行连接，而在串联应用过程中电容的参数分散是制约了其寿命和性能的主要因素，因此为了提高储能效率，对超级电容进行电压均衡管理是十分必要的，本文的要点是：　　首先，在文中给出了超级电容的实际模型和等效电路模型。采用两种等效的超级电容电路模型，并分别给出了对应模型的参数识别的具体计算方法。　　其次，对于串联超级电容的电压均衡问题进行了研究，仿真分析了电容电压不均衡的原因。通过计算分析讨论了现有的均衡技术，评价了常用的一些电容均衡的策略在本文应用环境的优势和劣势，并最终选用了单飞渡电容法作为电压均衡方案。分析了整个飞渡电容法的均衡过程，并通过数学计算给出了飞渡电容的取值范围。　　再次，设计了飞渡电容法的硬件电路。利用双向功率开关管实现了电流的两向流动，通过采用差分放大电路实时的对每个超级电容的端压值进行采样，并通过计算控制开关网络与飞渡电容进行并联切换，完成以飞渡电容作为能量转移的均衡过程，同时在电路中加入了CAN模块的电路设计。　　最后，作为混合动力汽车的一个应用节点，需要向总线提供均衡模块的信息，本文通过了对客车用总线应用层协议SAEJ1939的分析制订了基于SAEJ1939的电容均衡报文信息，描述了具体的报文含义，并利用CAN模块实现了报文的广播，进而通过上位机软件成功检测得到的均衡信息并通过实验证明了采用单飞渡电容均衡法可以有效地对超级电容参数分散的问题予以改善。　　本文通过利用飞渡电容法实现的电压均衡用于串联超级电容的充放电过程，可以实现动态和静态的均衡，有响应速度快、能量利用率高、均衡效果好的特点。