车载超级电容器储能系统新型变流器

基金 项 目： 辽宁省教育厅高等学校科学研究计划资助项 目（ Ｌ ２ ０ １ １ ０ ７ ３ ） 作者简介 ： 胡继 胜（ １ ９ ６ ６一） ， 男， 教授 ， 硕士 ， 主要从事车辆牵引传动及控制 的研究
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第 ６期
采用 Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２为整个 系统 的控 制核心 ， 实现 了对变流器工作 的有效控 制．
关键词 ： 超级 电容 器 ； 变流器 ； 容量利用率 ； 容积功率
文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
超 级 电容器 再生制 动储 能 系统 已经被 广泛 地 应 用于 城市 轨道 车辆 、 新能 源汽 车等 领域 ． 双 向直 流斩波 变 流器是 实现 系统 能量 双 向传 输 的关键 部 件， 其 结构 和控 制方 式 是 否 合 理 直接 影 响 着 整 个 车载超 级 电容器 储 能 系统 的性 能 ． 目前 车 载 超 级 电容 器 储 能 系 统 主 变 流 器 多 数 采 用 Ｂ Ｕ Ｃ Ｋ — Ｂ Ｏ Ｏ Ｓ Ｔ拓 扑结构 ， 其 基本结 构 如 图 １所示 ． 该 电路 变流 器 的容积 功率 为
１ ． ２ 控 制方 式
新 型车 载超 级 电容 器储 能 系统 ， 依 据直 流 环 节 电压 的变化 控 制 变 流 器 进入 充 电或 放 电工 况 ，
容器单元组合方式、 超级电容器组的电压工作范围 和电抗器 的电感值等参数值如下 ： 组合方式为单
组； 电容 器容量／ 额定 电压 ＝ ２ ４ Ｆ ／ ２ ４ ０ Ｖ； 电压 范 围 （ ； 一 ） ＝（ １ ５ ０ ， ２ ２ ４ ）Ｖ； 峰值 电流 ， ｃ 一 ＝ ４ ３ ３ ． ３ Ａ； 电感 值 Ｌ Ｎ＝ ０ ． １ ｍ Ｈ （＞ ０ ． ０ ５ ） ；容 积功 率 Ｐ ｃ
弱 电流 脉动量 、 提 高 系统 的 电磁兼 容 性 和 工 作 的
可靠性． 但从式 （ １ ） 和（ ２ ） 可 以得 出， 提高超级 电
容 器容 量利 用率 需 要 降 低 ｉ ， 而这 样 却 增 大 ． （ １ ） 了变流 器容 积功 率 Ｐ 为了缓解提 高超 级 电容 器 的容量 利 用率 和 降
胡继胜 ， 等： 车载超 级电容器储能 系统新型 变流器
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２ 新 型 变 流 器 性 能 分 析
２ ． １ 主 要性 能参 数
现以某型号燃料 电池车为参考对象 ， 需要设
计 的超级 电容 器 再 生 制 动储 能 系统 的 参 数 为 ： 储 能 系统所要 吸收 的 总 制 动 能 量 Ｗ ＝３ ９ ６ ｋ Ｊ ； 储 能
图 １ 常 规 变流 器 结构
最高工作 电压 为 ． 则在 新型变流器系统 中， Ｃ 。＝Ｃ ：＝１ ／ ２ Ｃ ０ ， Ｖ ｊ ＝ ＝Ｖ ｏ …． 其结 构如
图 ２所示 ．
为衡量超级电容器储能能力的利用程度 ， 超 级电容器容量利用率定义为 ：
米 收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ４ － ０ ７
而对储能系统超级 电容器的充放 电过程各分成两
个 阶段进 行控 制 ． １ ． ２ ． １ 超级 电容 器充 电过 程
（ １ ） 工作 方式 一 若２ Ｌ ＜
Ｐ ＝（ １ ＋ ÷） 二
其中， 数；
・
为直 流母 线 标 称 电压 ； ｋ为 电流 脉动 系 为超 级 电容 器 的最 低 工 作 电 压 ； Ｐ 为
低变流器容积功率的矛盾 ， 本文提出了一种新型变
流器作为车载 超级 电容器储 能系统 的主变流器 ．
储 能 系统所 要 吸收 的最大 功率 ．
第３ ４卷 第 ６期 ２ ０ １ ３年 ｌ ２月
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大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ６ Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ３
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文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ４ ８ — ０ ５
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Ａ ：
其 中， … 为超级 电容器 的最高工作 电压 ， 一般 由超级电容器的额定电压和安全余量确定．
提 高超 级 电容器 容量 利用率 可 以减少 超级 电 容 器组 中 的单元 个数 ， 在减 小重 量和 体积 的 同时 ，
降低了成本． 减小超级变流器的容积功率可 以减
图 ２ 新 型 变 流 器 结 构
系统所要求吸收 的最大功率 Ｐ ＝ ５ ０ ｋ Ｗ ； 直流母 线标 称 电压 为 ４ ２ ０ Ｖ ．
以容量 为 ６ ０ Ｆ ， 额 定 电压 为 ４ ８ Ｖ的 超级 电容 器单元 为基础组 合成 超级 电容器组 ． 参 照文 献 ［ ２ ］ 的计算 方法 ， 确定 采用常规 变流器 的储 能 系统 的电
车 载超 级 电容 器 储 能 系统 新 型 变 流 器
胡继胜 ， 马杰 ， 都 业林
（ 大连交通大 学 交通 运输工程学院， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ）米
摘
要 ：提出了一 种适 于车载超 级电容器储能 系统 的新型 的变流器 ， 有效 地缓解 了提 高超级 电容器 容
量利用率 和降低变 流器 容量 要求 的矛盾 ， 并减少 了直 流环节 的电流脉 动量 ， 提高 了系统 的 电磁兼 容性．
１ 新 型 变流 器 简 介
１ ． １ 基本 结构
在 采 用新 型变 流 器 的储 能 系统 中 ， 超 级 电容 器组 ｃ 、 ｃ ：只是将 原有储 能 系统 中超级 电容 器单 元重新 组合 ， 并 未增 加单 元 个数 ． 若原采用 Ｂ Ｕ Ｃ Ｋ
—
Ｂ Ｏ Ｏ Ｓ Ｔ结 构 的系统 中的超级 电容 器容 量 为 ｃ ，