本文關(guān)鍵詞：超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電研究

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【摘要】：超級(jí)電容器在性能上介于蓄電池和傳統(tǒng)電容器之間,是一種新型綠色儲(chǔ)能元件,具有高功率密度、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等特點(diǎn),因此在儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,如電動(dòng)車輛、不間斷電源、電力系統(tǒng)等。由于電容單體工作電壓過(guò)低的限制,通常需要將電容單體進(jìn)行串聯(lián)使用。但電容單體內(nèi)部參數(shù)存在一定的偏差,此參數(shù)偏差會(huì)導(dǎo)致電容單體的充放電速度不同。所以在串聯(lián)使用時(shí),會(huì)存在電壓不均衡現(xiàn)象,從而導(dǎo)致電容單體的電壓過(guò)充或者過(guò)放,影響了超級(jí)電容器的壽命和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外,超級(jí)電容器和傳統(tǒng)電容器具有相同的放電特性,即放電過(guò)程中電容單體的電壓下降過(guò)快,導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)的端電壓不能長(zhǎng)時(shí)間滿足負(fù)載對(duì)電壓等級(jí)的要求。所以,采取適當(dāng)?shù)碾妷壕夥桨负驮O(shè)計(jì)合理的放電穩(wěn)壓電路具有重要的意義。本文首先對(duì)超級(jí)電容器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行了闡述,分析了超級(jí)電容器的三種等效電路模型:串聯(lián)RC模型、經(jīng)典模型和傳輸線模型,討論了各等效電路模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用場(chǎng)合,并確定了本課題所選用串聯(lián)RC等效電路模型。同時(shí),介紹了超級(jí)電容器的幾種充電方式并對(duì)超級(jí)電容器的充放電特性進(jìn)行了分析。其次,對(duì)能耗性和能量轉(zhuǎn)移型的幾種常見電壓均衡電路進(jìn)行了工作原理的分析、仿真驗(yàn)證和優(yōu)缺點(diǎn)的比較。然后利用超級(jí)電容器自身的低內(nèi)阻、線性好、和低能量密度等特點(diǎn),將超級(jí)電容作為自身的均衡器,提出了基于超級(jí)電容器串并聯(lián)切換的均壓電路。該均壓電路僅由超級(jí)電容器和開關(guān)管組成,通過(guò)控制兩組開關(guān)的通與斷實(shí)現(xiàn)單體電壓的均衡,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,均衡速度快等優(yōu)點(diǎn)。并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)該均衡電路的可靠性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明該均壓電路均壓速度快、效果好,使儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能達(dá)到最大化。最后,針對(duì)超級(jí)電容器放電過(guò)程中電壓下降過(guò)快問(wèn)題,本文采用PID調(diào)節(jié)器控制Boost變換器使超級(jí)電容器輸出的已下降電壓升壓至負(fù)載所需的電壓范圍內(nèi),解決了超級(jí)電容放電過(guò)程中輸出電壓下降過(guò)快的問(wèn)題。使超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)放電穩(wěn)壓效果最優(yōu)化和儲(chǔ)能利用率最大化。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 電壓均衡 PID控制器 Boost變換器
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM53
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.1.1 課題研究背景10-11
• 1.1.2 超級(jí)電容器儲(chǔ)能存在的問(wèn)題及研究意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 超級(jí)電容器應(yīng)用現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 串聯(lián)超級(jí)電容器電壓均衡策略研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 1.3.1 本文的主要工作15-16
• 1.3.2 論文的內(nèi)容安排16-17
• 第2章 超級(jí)電容器的電路模型及充放電特性分析17-27
• 2.1 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理及特點(diǎn)17-19
• 2.1.1 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理17-18
• 2.1.2 超級(jí)電容器的特點(diǎn)18-19
• 2.2 超級(jí)電容器的幾種等效模型分析19-21
• 2.2.1 串聯(lián)RC模型19-20
• 2.2.2 經(jīng)典等效電路模型20
• 2.2.3 傳輸線模型20-21
• 2.3 超級(jí)電容器充放電特性的分析21-25
• 2.3.1 超級(jí)電容器的充電特性分析21-23
• 2.3.2 超級(jí)電容器的放電特性分析23-24
• 2.3.3 超級(jí)電容器放電電壓下限值24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第3章 超級(jí)電容器電壓均衡策略的仿真分析27-45
• 3.1 影響電壓均衡的因素分析27-29
• 3.2 電壓不均衡對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的影響29-30
• 3.3 常見電壓均衡策略的分析30-43
• 3.3.1 能耗型電壓均衡策略30-33
• 3.3.2 能量轉(zhuǎn)移型電壓均衡策略33-43
• 3.4 各種超級(jí)電容器電壓均衡策略的比較43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第4章 串并聯(lián)切換電壓均衡技術(shù)的研究與設(shè)計(jì)45-53
• 4.1 超級(jí)電容器串并聯(lián)切換的均衡電路45-47
• 4.2 等效電路分析47-48
• 4.3 仿真分析48-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 第5章 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)恒壓輸出電路的研究與設(shè)計(jì)53-64
• 5.1 基于Boost變換器的穩(wěn)壓放電電路53-55
• 5.2 Boost變換器的傳遞函數(shù)推導(dǎo)及其系統(tǒng)穩(wěn)定性分析55-61
• 5.2.1 參數(shù)選取55-56
• 5.2.2 Boost變換器的傳遞函數(shù)推導(dǎo)56-57
• 5.2.3 PWM小信號(hào)模型57
• 5.2.4 Boost變換器的PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)57-61
• 5.3 電路仿真結(jié)果與性能分析61-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 總結(jié)64-65
• 6.2 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 攻讀學(xué)位期間的科研成果71-72
• 致謝72

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