电动汽车用超级电容器均压技术研究

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1、东南大学硕士学位论文电动汽车用超级电容器均压技术研究姓名：刘雪冰申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：程明2012-05-16摘要随着传统能源的急剧减少及环境污染的加剧，新能源的利用受到世界各国的普遍关注。由于电动汽车使用电能替代了化石能源，缓减了能源和环境压力，是现阶段发展潜力巨大的新能源汽车。电动汽车综合体现了包括驱动、控制、材料等在内的各项先进技术，但其中电动汽车的动力源是影响并制约着其进一步发展的关键技术。目前，各种类型的动力电池、燃料电池都吸引了研究人员的关注，值得注意的是，超级电容器作为一种新型储能元件，以其独特的优点越来

2、越受到重视。超级电容器单体的电容量虽然可以做到很大，但由于机理上的原因，超级电容器单体的额定工作电压较低，不足3V，在实际应用中，一般均需要将多个超级电容器或超级电容器模块串联使用，以提高储能系统的工作电压和储能量。然而，由于制造工艺和材质不均，同一标称型号的超级电容器或超级电容器模块在容量、内阻和漏电流上往往存在不一致，这就导致了串联工作时，不同的单体或模块上存在所谓过电压和欠电压两种不健康状态。过电压状态将缩短超级电容器的寿命，严重时会发生爆炸，而处于欠电压状态的超级电容器，其容量不能充分利用，存在浪费。所以必须对串联超级电容器组引入

3、均压技术，以提高超级电容器组的可靠性和利用率，并延长超级电容器的使用寿命。论文首先分析了引起超级电容器电压不一致的因素，对超级电容器均压技术的国内外现状及其优缺点进行了综述，得出了目前均压技术的趋势——由无源能量消耗型均压向有源能量转移型均压技术发展；并从超级电容器的结构和储能原理入手，介绍和分析了超级电容器的等效电路模型和充放电特性。其次，通过对现有串联超级电容器的均压技术在可靠性、均压速率、均压精度及复杂程度等方面进行讨论和比较，最终确定采用“飞渡电容”法进行均压，分别详细分析了静态均压和充放电过程中动态均压技术的工作原理和控制策略，

4、并利用仿真软件MATLAB／simulink对各均压技术进行了仿真验证。再次，设计并搭建了串联超级电容器均压技术的实验平台，以TMS320F28335控制芯片为核心组成了控制系统，对控制系统的硬件和软件分别进行了设计，对均压电路的工作原理和控制策略进行了实验研究，验证了均压技术的有效性和理论分析的正确性。最后，针对现有“飞渡电容”法均压技术的不足，基于DC／DC双向变换器改进了“飞渡超级电容”法均压技术，详细分析了其工作原理，阐述了包括DC／DC双向变换器在内的均压电路的工作原理并进行了相关理论分析和参数推导，最后给出了该均压方法的仿真验

5、证。关键词：超级电容器；均压电路；飞渡电容；静态均压；动态均压；MATLAB／simulink：TMS320F28335ABSTRACTWiththesharpreductionofthetraditionalenergyandtheincreaseinenvironmentalpollution，theutilizationofnewenergyhasreceiveduniversalconcernofthecountriesintheworld．Electricvehicleshavebecomeakindofnewenergyveh

6、icleswhichhavehugepotentialfordevelopment，becausetheyuseelectricityinsteadoffossilfuels，andalleviateenergyandenvironmentalpressures．Electricvehicleisacomprehensivereflectionofadvancedtechnologies，likedrive，control，materialsandSOon．Thepowersourceofelectricvehiclesisakeytec

7、hnologywhichimpactsandrestrictsthefurtherdevelopmentofelectricvehicles．Currently,varioustypesofmotivepowerbatteriesandfuelcellshaveattractedtheattentionofresearchers，andultracapacitorasanewenergystoragedevicehasbecomingmoreandmoreimportantbecauseofitsparticularexcellences

8、．Althougheachultracapacitor’Scapacitanceisgreat，itsratedworkingvoltageisverylowandislessthan3V．I