[发明专利]应用于脉冲电流负载的蓄电池和超级电容器的复合电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种储能装置，特别涉及一种将蓄电池和超级电容器相结合构成复合电源的储能装置。

背景技术

随着科技的发展，数字移动设备、电动汽车、定向能武器等功率具有脉动性的负载日益增多，其典型的特点是峰值功率较高，但平均功率较低，要求电源具有较高的功率输出能力。 

传统的蓄电池具有成本低、技术成熟、安全性高、能量密度高等优点，但是其内阻较大，比功率小，循环寿命短。

超级电容器作为一种新型储能装置，凭借其高功率密度、优异的瞬时充放电性能、循环寿命长等优点越来越多地受到国内外学者的广泛关注。如果将超级电容器与蓄电池结合构成复合电源，使得蓄电池比能量大和超级电容器比功率大的特点相结合，无疑会给电力储能装置带来很大的性能提高。

如果直接将蓄电池和超级电容器并联，构成被动式复合电源，可有效减少蓄电池组在脉动负载时输出的最大电流，提高了系统的功率输出能力。但是该结构也存在着明显的缺点，如蓄电池组、超级电容器组必须保持端电压一致、设计上缺乏灵活性、端电压随着充放电过程变化较大、影响负载工作性能等。同时，如果在脉冲电流负载冲击幅度较大时，被动式结构复合电源效果并不明显。

发明内容

针对现有技术中复合电源存在的上述缺陷，本发明提供一种应用于脉冲电流负载的蓄电池和超级电容器的复合电源，主要应用于脉冲电流负载，该复合电源充分发挥了蓄电池比能量大和超级电容器比功率大的优点。

本发明的技术方案是：

应用于脉冲电流负载的蓄电池和超级电容器的复合电源，包括蓄电池、超级电容器，还包括双向DC-DC功率变换器，蓄电池通过双向DC-DC功率变换器与超级电容器并联。

进一步，所述双向DC-DC功率变换器采用非隔离半桥结构。

进一步，根据对蓄电池和超级电容器电压匹配的需要，所述双向DC-DC功率变换器设置为降压式或升压式。

进一步，在脉冲电流负载作用的情况下，双向DC-DC变换器的控制目标是使得变换器的输出电流等于负载的平均电流，进而确保蓄电池通过功率变换器以恒流输出方式工作。

本发明的有益效果是：

1、超级电容器和蓄电池的端电压可以不同，因而在设计上有着较大的灵活性；

2、由于功率变换器将蓄电池的输出电流限制到安全可靠的范围，所以大大提高了系统的功率输出能力；

3、蓄电池基本上以恒流输出方式工作，优化了蓄电池的放电过程；

4、功率变换器模块采用双向DC-DC变换器，拓扑为非隔离半桥结构，该结构元器件数量少，造价低廉，没有变压器损耗，效率高，易于包装和集成；

5、在脉冲电流负载作用的情况下，半主动式结构复合电源中蓄电池的放电电流比较平滑，蓄电池通过双向DC-DC变换器以恒流方式工作，其放电过程得到了优化，循环寿命得到延长。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是脉冲电流负载的分解图；

图3是双向DC-DC功率变换器的电路图；

图4是双向DC-DC功率变换器的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明一种应用于脉冲电流负载的蓄电池和超级电容器的复合电源的结构如图1所示，图中，                                                为蓄电池；为蓄电池的内阻；为超级电容器，为超级电容器的内阻；为脉冲电流负载。蓄电池通过双向DC-DC功率变换器与超级电容器并联，由于功率变换器的变流作用，可以控制蓄电池的充放电电流，从而提高复合电源的性能。根据实际情况，功率变换器可设置为降压和升压式，以对蓄电池和超级电容器进行电压匹配。

脉冲电流负载的分解图如图2所示，所谓脉冲电流负载其特征就是在两个电流水平之间交替的周期性矩形脉冲序列，两个电流水平量可表示为和，周期为，占空比为。记，且可以为正数，零和负数。

              （1）

周期性非正弦瞬时负载电流可分解成两个部分：平均电流分量和动态电流分量，如图2所示，可由以下傅里叶级数表示：

                 （2）

           （3）  

              （4）