[发明专利]一种基于超级电容器储能系统的双向DC/DC变换器拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超级电容器储能系统的双向DC/DC变换器拓扑，属 于储能技术和电力电子技术领域。

背景技术

超级电容器储能系统(SCESS-SuperCapacitorEnergyStorageSystem) 作为一种实现能量快速储存、释放及功率双向流动的储能系统，相对于其他 储能系统，具有较为突出的优点：储能效率高、功率密度高、响应速度快、 循环使用寿命长。该储能系统广泛应用于现代工业、国防军工、航空航天等 领域，对平滑、缓冲不稳定的电能需求，改善电能质量，实现能量储存具有 十分重要的作用。

超级电容器储能系统在能量存储、释放过程中超级电容器储能单元的端 电压变化范围较宽，为了满足负载需求和提高超级电容器储存能量的利用率， 超级电容器储能单元通常配置功率变换器。超级电容器储能系统在工作过程 中存在能量存储和释放两个过程，因此系统配置的功率变换器需采用能够实 现功率双向流动的双向DC/DC变换器。双向DC/DC变换器主要实现超级电容 器充放电控制、功率调节和控制等功能，以功率双向流动的形式来满足负载 需求和提高储能利用率。

双向DC/DC变换器是超级电容器储能系统中功率转换的核心部分。双向 DC/DC变换器拓扑结构的不同将直接影响超级电容器储能系统能量转换效率， 功率变换器合理的拓扑结构和良好的电路性能，有利于储能系统提高储能转 换效率，减小系统体积、重量，降低系统成本，从而更好地实现能源的高效 综合利用，能源结构的优化和能源安全供应的保障。

发明内容

本发明根据超级电容器储能系统在实际应用过程中具体技术需求，从适 应储能系统的技术特点，提高系统能量利用率、降低系统重量，减少系统体 积以及降低经济成本的角度出发，设计了一种基于超级电容器储能系统的双 向DC/DC变换器拓扑。

为实现上述目的，本发明的一种基于超级电容器储能系统的双向DC/DC 变换器拓扑，由双向Buck/BoostDC/DC变换器和双向全桥LLC谐振DC/DC变 换器串联组成级联双向Buck/Boos-LLCDC/DC变换器。通过级联双向 Buck/Boos-LLCDC/DC变换器实现超级电容器储能系统在能量存储、释放过程 中的功率双向流动，实现系统功率和电压的稳定调节，有效提高了超级电容 器储能系统的储能效率和系统可靠性，其特征为：该拓扑包括超级电容器储 能单元、双向Buck/BoostDC/DC变换器、由开关网络/整流网络、LLC谐振网 络以及整流网络/开关网络组成的双向全桥LLC谐振DC/DC变换器、直流母线 电压端口、电压检测、电流检测及中央处理单元；其中，超级电容器储能单 元输出端口IO1与双向Buck/BoostDC/DC变换器左端口IO2相连；双向 Buck/BoostDC/DC变换器右端口IO3连接开关网络/整流网络左端口IO4，开 关网络/整流网络右端口IO5连接LLC谐振网络的左端口IO6，LLC谐振网络 右端口IO7连接整流网络/开关网络的左端口IO8，整流网络/开关网络的右端 口IO9连接直流母线电压左端口IO10；直流母线电压右端口IO11外接应用系 统；电压检测、电流检测分别从双向Buck/BoostDC/DC变换器和由开关网络 /整流网络、LLC谐振网络以及整流网络/开关网络组成的双向全桥LLC谐振 DC/DC变换器接入，反馈送至中央处理单元，提供的信号均用于实时控制。

基于超级电容器储能系统的双向DC/DC变换器中超级电容器储能单元的 作用是在功率双向流动过程中完成超级电容器的充放电，以实现电能的存储 和释放；级联双向Buck/Boos-LLCDC/DC变换器中的双向Buck/BoostDC/DC 变换器主要实现储能单元端口电压的宽范围的精确调节；级联双向 Buck/Boos-LLCDC/DC变换器中的双向全桥LLC谐振DC/DC变换器实现整个功 率变换器在双向Buck/BoostDC/DC变换器的电压调节下能够工作在效率最优 状态。同时中央处理单元还将通过实时检测的电压电流信号实现对级联双向 Buck/Boos-LLCDC/DC变换器进行实时控制。