專利名稱：應(yīng)用于脈沖電流負(fù)載的蓄電池和超級電容器的復(fù)合電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種儲能裝置，特別涉及一種將蓄電池和超級電容器相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合電源的儲能裝置。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，數(shù)字移動設(shè)備、電動汽車、定向能武器等功率具有脈動性的負(fù)載日益增多，其典型的特點(diǎn)是峰值功率較高，但平均功率較低，要求電源具有較高的功率輸出能力。傳統(tǒng)的蓄電池具有成本低、技術(shù)成熟、安全性高、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，但是其內(nèi)阻較大，比功率小，循環(huán)壽命短。超級電容器作為一種新型儲能裝置，憑借其高功率密度、優(yōu)異的瞬時充放電性能、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)越來越多地受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。如果將超級電容器與蓄電池結(jié)合構(gòu)成復(fù)合電源，使得蓄電池比能量大和超級電容器比功率大的特點(diǎn)相結(jié)合，無疑會給電力儲能裝置帶來很大的性能提高。如果直接將蓄電池和超級電容器并聯(lián)，構(gòu)成被動式復(fù)合電源，可有效減少蓄電池組在脈動負(fù)載時輸出的最大電流，提高了系統(tǒng)的功率輸出能力。但是該結(jié)構(gòu)也存在著明顯的缺點(diǎn)，如蓄電池組、超級電容器組必須保持端電壓一致、設(shè)計(jì)上缺乏靈活性、端電壓隨著充放電過程變化較大、影響負(fù)載工作性能等。同時，如果在脈沖電流負(fù)載沖擊幅度較大時，被動式結(jié)構(gòu)復(fù)合電源效果并不明顯。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中 復(fù)合電源存在的上述缺陷，本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用于脈沖電流負(fù)載的蓄電池和超級電容器的復(fù)合電源，該復(fù)合電源充分發(fā)揮了蓄電池比能量大和超級電容器比功率大的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:應(yīng)用于脈沖電流負(fù)載的蓄電池和超級電容器的復(fù)合電源，包括蓄電池、超級電容器，還包括雙向DC-DC功率變換器，蓄電池通過雙向DC-DC功率變換器與超級電容器并聯(lián)。進(jìn)一步，所述雙向DC-DC功率變換器采用非隔離半橋結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，根據(jù)對蓄電池和超級電容器電壓匹配的需要，所述雙向DC-DC功率變換器設(shè)置為降壓式或升壓式。本實(shí)用新型的有益效果是:1、超級電容器和蓄電池的端電壓可以不同，因而在設(shè)計(jì)上有著較大的靈活性；2、由于功率變換器將蓄電池的輸出電流限制到安全可靠的范圍，所以大大提高了系統(tǒng)的功率輸出能力；3、蓄電池基本上以恒流輸出方式工作，優(yōu)化了蓄電池的放電過程；4、功率變換器模塊采用雙向DC-DC變換器，拓?fù)錇榉歉綦x半橋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)元器件數(shù)量少，造價(jià)低廉，沒有變壓器損耗，效率高，易于包裝和集成；5、在脈沖電流負(fù)載作用的情況下，半主動式結(jié)構(gòu)復(fù)合電源中蓄電池的放電電流比較平滑，蓄電池通過雙向DC-DC變換器以恒流方式工作，其放電過程得到了優(yōu)化，循環(huán)壽命得到延長。

圖1是本實(shí)用新型的電路原 理圖；圖2是脈沖電流負(fù)載的分解圖；圖3是雙向DC-DC功率變換器的電路圖；圖4是雙向DC-DC功率變換器的控制原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)用新型一種應(yīng)用于脈沖電流負(fù)載的蓄電池和超級電容器的復(fù)合電源的結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中，為蓄電池；
Ri為蓄電池的內(nèi)阻；r_/c為超級電容器，盡為超級電容器的內(nèi)阻；為脈沖電流負(fù)載。
蓄電池通過雙向DC-DC功率變換器與超級電容器并聯(lián)，由于功率變換器的變流作用，可以控制蓄電池的充放電電流，從而提高復(fù)合電源的性能。根據(jù)實(shí)際情況，功率變換器可設(shè)置為降壓和升壓式，以對蓄電池和超級電容器進(jìn)行電壓匹配。脈沖電流負(fù)載的分解圖如圖2所示，所謂脈沖電流負(fù)載其特征就是在兩個電流水平之間交替的周期性矩形脈沖序列，兩個電流水平量可表不為和,周期為…占
空比為￡}。記匕> >Hmm ,且^^ 可以為正數(shù)，零和負(fù)數(shù)。Ir J =(I)
i DT <1 <Τ周期性非正弦瞬時負(fù)載電流可分解成兩個部分:平均電流分量和動態(tài)電流分量，如圖2所示，可由以下傅里葉級數(shù)表示:.,^ ( 2π ( 2πγiI W=jW+Heas V+ |⑵
V 1 \ 1 JjIl a ve = DiL，MAX + (1- ) iL，MIN ⑶IL^n =鱗γ — 爾)sin c (航D、(4)圖3為本實(shí)用新型中雙向DC-DC功率變換器的具體實(shí)施例，圖中，U,和4分別表示蓄電池和超級電容器兩端電壓；C1和C2分別表示超級電容器和蓄電池端的濾波電容；I:為電感，51和52為IGBT，￡、SI和32構(gòu)成雙向DC-DC變換器，A和A分別表示與Jl和
S2相連的二極管。在圖3所示實(shí)施例中，雙向DC-DC功率變換器能夠?qū)崿F(xiàn)兩象限運(yùn)行，SP變換器兩端電壓方向不變，電流方向改變，在功能上相當(dāng)于buck變換器和boost變換器的組合。當(dāng)開關(guān)管SI以一定占空比開關(guān)，^為續(xù)流二極管時，變換器等效為buck變換器，能
量由W流向R ,超級電容器吸收能量。同理，當(dāng)開關(guān)管52以一定占空比開關(guān)，A為續(xù)流二
極管時，變換器等效為boost變換器，能量由K流向％，超級電容器釋放能量。根據(jù)圖3所示的實(shí)施例，提出一種控制策略，如圖4所示。雙向DC-DC功率變換器的控制目標(biāo)是使得變換器的輸出電流等于負(fù)載的平均電流，進(jìn)而確保蓄電池組通過功率變換器以恒流輸出方式工作。圖4所示的系統(tǒng)控制模型中，Al和A2分別是負(fù)載的輸出電流和功率變換器的輸出電流，在仿真時間內(nèi)對負(fù)載電流M進(jìn)行積分、平均，以此作為功率變換器的參考量，并與實(shí)際輸出電流比較，產(chǎn)生誤差信號，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器得到控制量，繼而產(chǎn)生控制功率變換器的脈沖調(diào)制信號(PWM)。本實(shí)用新型應(yīng)用于脈沖電流負(fù)載的蓄電池和超級電容器的復(fù)合電源中，蓄電池通過雙向DC-DC功率變換器與超級電容器并聯(lián)。雙向DC-DC變換器采用非隔離半橋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)元器件數(shù)量少，造價(jià)低廉，沒有變壓器損耗，效率高，易于包裝和集成。在脈沖電流負(fù)載作用的情況下，雙向DC-DC變換器的控制目標(biāo)是使得變換器的輸出電流等于負(fù)載的平均電流，進(jìn)而確保蓄電池通過功率變換器以恒流輸出方式工作。雙向DC-DC變換器能夠?qū)崿F(xiàn)兩象限運(yùn)行，即變換器兩端電壓方向不變，電流方向改變，在功能上相當(dāng)于buck變換器和boost變換器的組合。在脈沖電流負(fù)載作用的情況下，雙向DC-DC變換器的控制目標(biāo)是使得變換器的輸出電流等于負(fù)載的平均電流，進(jìn)而確保蓄電池通過功率變換器以恒流輸出方式工作。 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.應(yīng)用于脈沖電流負(fù)載的蓄電池和超級電容器的復(fù)合電源，包括蓄電池、超級電容器，其特征在于:還包括雙向DC-DC功率變換器，蓄電池通過雙向DC-DC功率變換器與超級電容器并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于脈沖電流負(fù)載的蓄電池和超級電容器的復(fù)合電源，其特征在于:所述雙向DC-DC功率變換器采用非隔離半橋結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用于脈沖電流負(fù)載的蓄電池和超級電容器的復(fù)合電源，其特征在于:根據(jù)對蓄電池和超級電容器電壓匹配的需要，所述雙向DC-DC功率變換器設(shè)置為降壓式或升壓式 。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用于脈沖電流負(fù)載的蓄電池和超級電容器的復(fù)合電源，蓄電池通過雙向DC-DC變換器與超級電容器并聯(lián)，雙向DC-DC變換器的拓?fù)錇榉歉綦x半橋結(jié)構(gòu)，其控制目的是使得變換器的輸出電流等于負(fù)載的平均電流，進(jìn)而確保蓄電池通過功率變換器以恒流輸出方式工作。在脈沖電流負(fù)載作用的情況下，半主動式結(jié)構(gòu)復(fù)合電源中蓄電池的放電電流比較平滑，蓄電池通過雙向DC-DC變換器以恒流方式工作，其放電過程得到了優(yōu)化，循環(huán)壽命得到延長。
文檔編號H02J7/34GK203151197SQ201320111269
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者王琪, 孫玉坤, 黃永紅 申請人:江蘇大學(xué)