本文讨论了超级电容的充放电特性及双向DC/DC变换器的拓扑结构，采用了非隔离双向DC/DC变换器作为储能系统的主拓扑，分析了互补PWM驱动模式下软开关的实现。本文也对超级电容的充电策略进行了陈述，建立了双向DC/DC变换器的小信号模型，最后搭建了MATLAB/Simulink仿真平台，给出仿真结果和实验结果验证了理论分析的可行性。
1. 前言
随着经济的飞速发展，社会对节能环保的要求不断增高，双向变换器(BDCs)作为转换能量的直流变换技术，成为越来越多国内外学者的研究对象，特别是在能量存储系统等相关领域中得到了关注和研究，广泛的应用在电梯[1]，城市轨道交通系统[2]，混合动力车[3]，燃料电池储能[5]，以及新能源[5]等领域。在储能系统中双向DC/DC变换器的存在既能降低系统的成本，同时也能够提高整个系统的工作效率。图1为基于超级电容的双向变换器在储能系统中的应用框图，其中虚线框内为超级电容模组示意图。在交流负载(电机)启动或者加速过程中，需要变换器提供一定的瞬时峰值功率，为了减少对电网的冲击，这部分能量由超级电容器通过双向变换器提供给交流负载，而当交流负载制动减速时，负载回馈的能量经过双向变换器存储在超级电容中，达到节能环保的目的。
超级电容作为新型的能量存储元件，是20世纪60年代后期问世的一种新型储能元件，近些年来倍受关注。由于带有双向直流变换器的超级电容储能系统能够对短时的能量冲击起到缓冲作用，在很多领域都有所应用。超级电容器(Ultra-capacitor)也叫双电层电容器(EDLCs)，同时也有黄金电容、法拉电容的称号，采用了金属氧化物作为电极，利用电极与电解液中极性相反的离子相互吸引形成双电层电容来存储能量，故其充放电过程中不参与化学反应。其内部结构如图2所示。
法拉电容(Ultra-capacitor)作为新型储能元件，与普通的蓄电池及电解电容相比有诸多的优点，其中最主要的就是超级电容具有较高的功率密度和能量密度，与蓄电池相比，超级电容具有较高的功率密度，与电解电容相比，超级电容具有较高的能量密度，所以超级电容的存在能够弥补蓄电池与普通电解电容的不足之处，这也决定了超级电容作为新型的储能元件在储能系统中的广阔的应用前景。除了以上优点，超级电容的主要优点包括充放电寿命长，免维护，充放电速度快，储能效率高，环境友好等。
2. 双向变换器拓扑结构及软开关的实现
由于非隔离变换器具有结构简单，效率高的优点，本文所选择的变换器为非隔离式双向DC/DC变换器拓扑，其电路结构如图3所示，其基本原理为：当开关管S1作为主控管时，能量由高压侧流向低压侧，此时双向变换器工作于Buck方式，相反当开关管S2作为主控管时，双向变换器工作于Boost方式，从而实现了能量的双向流动。
