应用于电池充放电的双向直流变换器的研究文献综述

一、文献综述

1.1研究背景

当今全球由于化石能源的过度消耗，能源危机和环境污染迫在眉睫，全球能源战略中极为重要的一项就是开发和利用可再生能源。据研究显示，2016年我国在可再生能源消耗方面，排在世界首位，占全球总量的20.5%。同时，以《中国制造2025》作为依据，在未来几年间我国将继续推广先进的储能装置和可再生能源装备。

新能源发电虽然显现出一定的优势，但仍然存在许多改进的空间，例如风力发电和光伏发电对环境因素的适应能力差，存在间歇性和随机性的特点。而在实际使用中需要连续和稳定的电能，那么必须添加储能装置在系统中。在常见的储能装置中，超级电容和蓄电池都具有灵活性高、体积小和拥有简单的充放电过程等特点，对功率等级较低的新能源发电系统有较强的实用性。此外，在航空航天、电动汽车等领域中的主要储能装置也是蓄电池。但是蓄电池工作过程中会频繁得进行充电放电，同时对充电电流的纹波要求较高，过大的纹波会导致蓄电池和超级电容的使用寿命缩短，因此需要稳定且电流纹波小的双向DC/DC变换器作为支撑。

1.2双向变换器的研究现状

双向DC-DC变换器(Bi-directional DC-DC Converter,BDC)最早由两个单向DC/DC变换器（例如buck和boost变换器）分别进行电池的放电和充电过程^[1]，但此类变换器都包含有积大、成本高且利用率低等问题。为了节省空间和成本，将传统单向变换器进行级联形成非隔离BDC，文献[2]阐述了三种BDC拓扑的结构以及控制策略，包括推挽正激移相式双向DC-DC变换器、 Buck/Boost BDC 电路和正反激组合式双向DC-DC变换器。半桥BDC（图1.1）与Buck/Boost BDC（图1.2）结构相似，但由于其输出电流为断续，应用较少^[3]。

图1.1 非隔离型半桥变换器 图1.2非隔离型Buck/Boost变换器

而在一些电池应用的过程中，变换器的输入和输出之间被要求进行电气隔离，因此引入变压器并进行重组构成隔离型BDC拓扑^[4]。由于变换器的端口特性不同，隔离型BDC拓扑可被分为电流源-电压源型和电压源-电压源型两类 ^[5]，如图1.3所示。其区别在于低压侧是否放置电感。电压源-电压源型变换器：当功率由高压侧流向低压侧时，低压侧电流纹波较大；电流源-电压源型变换器：在低压侧电源端串联一个大电感来减小电流纹波并减小电解电容体积，但可能会产生电压尖峰^[6]。