超级电容充放电系统仿真研究_论文

发布于:2021-10-17 00:28:27

2 0 1 6年 1 1月  内 蒙 古 科 技 与 经 济  I n n e r   Mo n g o l i a   S c i e n c e   Te c h n o l o g y & Ec o n o my   No ve mb e r   201 6   N o. 21   To t a l   No . 367   第2 l 期 总第 3 6 7 期  超 级 电容 充放 电系统仿真研 究   张 天 然  ( 内蒙 古 工 业 大 学 电 力 学 院 , 内蒙 古 呼 和 浩 特 O 1 O 0 8 O )   摘  要 : 对 超 级 电 容 的 充 放 电 采 取 了双 闭 环 控 制 , 设 计 了 PI调 节 器 和 S wi t c h判 断 选 择 器 , 并 将 超  级 电容 的 充 放 电控 制 为 恒 流 状 态 , 验 证 其 在 极 短 时 间 内能 够 吸 收 来 自 负载 的 能 量 和 释 放 已 经 储 存 在 超  级 电容 内的 能 量 , 并 使 车 载 蓄 电池 未 超 出设 定 电压 , 保持 蓄 电池本 身的稳 定性 。   关键 词 : 超级 电容 ; 双 向 DC— DC 变 换 器 ; M ATL AB 仿 真 ; 车载 蓄 电池 ; 恒 流 充 电  中图分 类号 : TM 6 1 4;TM 7 1 5   文献标 识码 : A  文章 编号 : 1 O 0 7 —6 9 2 1 ( 2 0 1 6 ) 2 1 一o 1 O 0 一O 2   在 S i mu l i n k元 件 库 中 调 用 所 需 要 的 模 块 建 立   超 级 电 容 与 广 泛 应 用 在 机 动 车 领 域 的 铅 酸 蓄 电  池等相比, 具 有许 多优 点 : ① 功 率 密 度 很 高 。粗 略 估  计 其 功 率 密 度 是 铅 酸 蓄 电池 的 6 ~1 5倍 。 ② 充 放 电  仿 真模型 , B UCK — B OOS T 变 换 器 对 超 级 电容 的 综  合 控 制 的 M ATLAB 建 模 如 图 1所 示 。   循 环 寿 命 长 。使 用 寿 命 大 约 为 6 ~1 1年 。 ③ 充 电 时   间 短 。超 级 电容 充 满 电 仅 花 费 十 几 秒 甚 至 最 快 只 需  要 几秒 钟 。超级 电容 可 大 电流充 放 电 , 超 级 的 最 大  充 电 电流与 电容 的容 量有关 。   汽车在 需要 加速 或 者 上 坡 运行 时 , 高 压 的 超 级  电 容 放 电供 给 电 机 , 电能转换 成 动能 , 驱 动 车 辆 。 当  电动汽 车减 速制 动 或者 下 坡 时 , 直 流 电 机 处 在 发 电  机 状态 , 制 动 回馈 能 量 状 态 , 给 作 为 备 用 电 源 的 储 能  装 置超 级 电容充 电 , 实 现势 能和 动能 向电能 的转换 。   1   基 于 超 级 电 容 的 Dc— DC 变 换 器   图 1  B UC K— B O OS T综 合 控 制仿 真 模 型  单 管 的 直 流 变 换 器 可 以 构 成 非 隔 离 型 的 双 向 直  流 变 换 器 。 双 向直 流 变 换 器 只 会 将 电 流 进 行 双 向 流  动 , 电 压 的 正 负 极 性 是 不 会 变 的 。 图 1为 简 单 的 单   向 DC— DC 变 换 器 和 对 应 的 双 向 DC— DC 非 隔 离  将蓄 电池 的两 端加 上 受 控 直 流 的 电流 源 , 给 蓄  电池 大 的 冲 击 电 流 , 以 此 来 模 拟 当 汽 车 制 动 时 吸 收  进 入 蓄 电池 组 或 者 当 汽 车 需 要 加 速 或 者 上 坡 ( 需要  反 向大 电流) 的 状 态 。用 P UL S E1 和 PULS E来 叠  型 变 换 器 。 双 向 直 流 变 换 器 和 传 统 的 采 用 两 个 单 向  变 换器来 达 到能量 双 向流 动 的做 法 相 比 , 双 向 直 流  加产 生两个 大 电流 脉 冲 , 其 中一 个 模 块 P U LS E 经  过乘 法器 乘 上负 一 来 发 出负 脉 冲并 在 P UL S E1模   块发 出正 脉冲后 延 时一段 时 间 。通过 s wi t c h 2模 块   变 换器使 用 同一个 变 换 器 来 控制 能 量 的双 向传 输 ,   所使 用 的管子 数量 少 , 并 能 更 快 地 进 行 两 个 方 向 电  流 的切换 。   来判 断和选 择信号 , 若 输 入 通 道 2的 信 号 没 有 电 流  脉 冲的时候 ( 即脉 冲 为 0 ) , 将 通 道 1的 0值 送 P W M  发生器模 块 封 闭两 个 I GBT , 超 级 电 容 既 不 充 电 也  不放 电 。s wi t c h 2检 测 到 来 自 通 道 2 的 正 脉 冲 或 者   是负 脉 冲时 , 会立 即将 经过 P I调 节 器 调 整 后 的 信 号   通 过 通 道 3传 递 给 PW M 发 生 器 顺 利 发 出 驱 动 信 号   来 控制 两个 I GB T。   当第 一个 正 脉 冲通 过 s wi t c h 2的 时 候 , 受 控 直  流 电 流 源 会 发 出正 向 大 电 流 , 此 时 蓄 电 池 组 瞬 时 电  超级 电容 器组 额定 电压 为 2 4 V; R1和 DC 直 流  电源 等效 为 电动汽 车 蓄电池 , 直 流 电 压 DC 为 1 2 V,   R1为 等 效 的 蓄 电 池 内 阻 0 . 0 1 Q。 I GB T 与 Di o d e 1   组成 了降压 斩 波 电路 , 电 能从 高

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