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【摘 要】本文将高功率密度的超级电容器结合高能量密度的电池，使超级电容器在充电的整个过程中实现“均分”电压功能，充分发挥了超级电容器和电池的高功率密度与高能量密度组合的优势；选用双向升降压DC/DC变换器实现电池在低于或高于超级电容器电压时确保电池的充放电正常；双向DC/DC变换器使超级电容器与电池的功率在系统对外充放电时处于最佳状态。
【关键词】超级电容器 电池 双向DC/DC变换器 复合电源
超级电容器是一种新型电荷储能元件，是基于电容器储能的原理实现超级电容器的充放电过程，它具有良好的低温特性和高倍率充放电性能。-40℃时超级电容器的电特性与常温时基本一致，保证了低温状态下的优异性能。超级电容器与蓄电池构成的复合电源系统，能够使系统的短时功率高倍率输出，也能保持持久的动力性能。选用双向升降压DC/DC变换器实现电池在低于或高于超级电容器电压时确保电池的充放电正常；双向DC/DC变换器使超级电容器与电池的功率在系统对外充放电时处于最佳状态。
一、超级电容器接直流母线
通过DC/DC变换器将蓄电池与超级电容器（直流母线）相连。此电路的优点是：直流母线上的大部分高倍率充放电电流直接流入/流出超级电容器。DC/DC变换器仅仅控制很小的蓄电池充放电电流。所以DC/DC变换器的容量就能大大减小，有益于降低成本，提高可靠性。另外，因超级电容器能够吸收直流母线上的短时高倍率充放电电流，同时也对DC/DC变换器快速型的要求大大降低，降低了DC/DC变换器性能指标的要求，降低研究风险。
超级电容器与直流母线连接复合电源示意图如图3。
图3 超级电容器与直流母线连接复合电源
二、双向升降压型变换电路
由于超级电容器的电压可能高于或者低于蓄电池电压，DC/DC变换器应该是升/降压型变换器，又因蓄电池需要充放电，所以DC/DC变换器应该是双向变换器电路如图4。
图4 双向可升降压变换器电路拓扑
控制方式采用电流型控制方式，以确保流入/流出蓄电池的电流基本上为恒流值。当输出电压小于输入电压时，选用降压型变换器控制；输出电压大于输入电压时，采用升压型控制；输出电压接近输入电压时采用反激式变换器的控制方案。
本实验的直流母线的电流为50A，蓄电池的电流为10A，变换器的电流也为10A， DC/DC变换器额定电流为20A。
（一）系统主要技术指标
直流母线电压：252～410V；电池电压：252～400V；
最大充放电电流：±50A；最终成果：±150A
DC/DC变换器：250～400V，±20A，带有过电压、过电流、过热保护；最终成果：±50A，带有过电流、过电压、过热保护。
超级电容器组：44F/400V（160只3500F/2.5V超级电容器串联）。
蓄电池组：按实际应用需求设置。
（二）测试结果
本实验测试结果如下：复合电源直流母线放电电流50A（峰值）；放电周期3.75s，脉冲宽度0.75s，间歇3s；蓄电池放电电流10A（持续）。
复合电源直流母线电流波形如图7，DC/DC变换器蓄电池侧电流波形如图8，直流母线电压波形如图9。
图7 直流母线电流波形
图8 DC/DC变换器蓄电池侧电流波形
图9 直流母线电压波形
从上述测试结果可以看到，当复合电源以占空比0.2条件下放电时，复合电源能立即响应直流母线的负载变化，此时蓄电池则持续放电，电流为复合电源输出电流峰值的1/5。
在复合电源放电时，直流母线电压随放复合电源输出电压上升。在这种循环充放电状态下，虽然直流母线电压稍有变化，但复合电源的电压范围上下极限（352V～410V）远大于其直流母线电压，所以此系统完全可以满足性能需求。
参考文献：
[1]陈永真，宁武，孟丽囡，张志伟，超级电容器改善汽车启动性能，今日电子，2004年5期
[2]陈永真，宁武，孟丽囡，单管变换器及其应用，机械工业出版社，2006年4月
[3]王志功，集成电路设计，电子工业出版社，2009年06月.
作者简介：
孙娜，女（1986.1-），籍贯 汉族，本科，助教，研究方向：自动化
【关键词】超级电容器 电池 双向DC/DC变换器 复合电源
超级电容器是一种新型电荷储能元件，是基于电容器储能的原理实现超级电容器的充放电过程，它具有良好的低温特性和高倍率充放电性能。-40℃时超级电容器的电特性与常温时基本一致，保证了低温状态下的优异性能。超级电容器与蓄电池构成的复合电源系统，能够使系统的短时功率高倍率输出，也能保持持久的动力性能。选用双向升降压DC/DC变换器实现电池在低于或高于超级电容器电压时确保电池的充放电正常；双向DC/DC变换器使超级电容器与电池的功率在系统对外充放电时处于最佳状态。
一、超级电容器接直流母线
通过DC/DC变换器将蓄电池与超级电容器（直流母线）相连。此电路的优点是：直流母线上的大部分高倍率充放电电流直接流入/流出超级电容器。DC/DC变换器仅仅控制很小的蓄电池充放电电流。所以DC/DC变换器的容量就能大大减小，有益于降低成本，提高可靠性。另外，因超级电容器能够吸收直流母线上的短时高倍率充放电电流，同时也对DC/DC变换器快速型的要求大大降低，降低了DC/DC变换器性能指标的要求，降低研究风险。
超级电容器与直流母线连接复合电源示意图如图3。
图3 超级电容器与直流母线连接复合电源
二、双向升降压型变换电路
由于超级电容器的电压可能高于或者低于蓄电池电压，DC/DC变换器应该是升/降压型变换器，又因蓄电池需要充放电，所以DC/DC变换器应该是双向变换器电路如图4。
图4 双向可升降压变换器电路拓扑
控制方式采用电流型控制方式，以确保流入/流出蓄电池的电流基本上为恒流值。当输出电压小于输入电压时，选用降压型变换器控制；输出电压大于输入电压时，采用升压型控制；输出电压接近输入电压时采用反激式变换器的控制方案。
本实验的直流母线的电流为50A，蓄电池的电流为10A，变换器的电流也为10A， DC/DC变换器额定电流为20A。
（一）系统主要技术指标
直流母线电压：252～410V；电池电压：252～400V；
最大充放电电流：±50A；最终成果：±150A
DC/DC变换器：250～400V，±20A，带有过电压、过电流、过热保护；最终成果：±50A，带有过电流、过电压、过热保护。
超级电容器组：44F/400V（160只3500F/2.5V超级电容器串联）。
蓄电池组：按实际应用需求设置。
（二）测试结果
本实验测试结果如下：复合电源直流母线放电电流50A（峰值）；放电周期3.75s，脉冲宽度0.75s，间歇3s；蓄电池放电电流10A（持续）。
复合电源直流母线电流波形如图7，DC/DC变换器蓄电池侧电流波形如图8，直流母线电压波形如图9。
图7 直流母线电流波形
图8 DC/DC变换器蓄电池侧电流波形
图9 直流母线电压波形
从上述测试结果可以看到，当复合电源以占空比0.2条件下放电时，复合电源能立即响应直流母线的负载变化，此时蓄电池则持续放电，电流为复合电源输出电流峰值的1/5。
在复合电源放电时，直流母线电压随放复合电源输出电压上升。在这种循环充放电状态下，虽然直流母线电压稍有变化，但复合电源的电压范围上下极限（352V～410V）远大于其直流母线电压，所以此系统完全可以满足性能需求。
参考文献：
[1]陈永真，宁武，孟丽囡，张志伟，超级电容器改善汽车启动性能，今日电子，2004年5期
[2]陈永真，宁武，孟丽囡，单管变换器及其应用，机械工业出版社，2006年4月
[3]王志功，集成电路设计，电子工业出版社，2009年06月.
作者简介：
孙娜，女（1986.1-），籍贯 汉族，本科，助教，研究方向：自动化