超级电容器在性能上介于蓄电池和传统电容器之间,是一种新型绿色储能元件,具有高功率密度、循环寿命长、无污染等特点,因此在储能领域得到了广泛的应用,如电动车辆、不间断电源、电力系统等。由于电容单体工作电压过低的限制,通常需要将电容单体进行串联使用。但电容单体内部参数存在一定的偏差,此参数偏差会导致电容单体的充放电速度不同。所以在串联使用时,会存在电压不均衡现象,从而导致电容单体的电压过充或者过放,影响了超级电容器的寿命和系统的稳定性。此外,超级电容器和传统电容器具有相同的放电特性,即放电过程中电容单体的电压下降过快,导致储能系统的端电压不能长时间满足负载对电压等级的要求。所以,采取适当的电压均衡方案和设计合理的放电稳压电路具有重要的意义。本文首先对超级电容器的基本结构、工作原理和特点进行了阐述,分析了超级电容器的三种等效电路模型:串联RC模型、经典模型和传输线模型,讨论了各等效电路模型的结构特点和适用场合,并确定了本课题所选用串联RC等效电路模型。同时,介绍了超级电容器的几种充电方式并对超级电容器的充放电特性进行了分析。其次,对能耗性和能量转移型的几种常见电压均衡电路进行了工作原理的分析、仿真验证和优缺点的比较。然后利用超级电容器自身的低内阻、线性好、和低能量密度等特点,将超级电容作为自身的均衡器,提出了基于超级电容器串并联切换的均压电路。该均压电路仅由超级电容器和开关管组成,通过控制两组开关的通与断实现单体电压的均衡,具有结构简单,均衡速度快等优点。并通过仿真实验对该均衡电路的可靠性和有效性进行了验证,结果表明该均压电路均压速度快、效果好,使储能系统的储能达到最大化。最后,针对超级电容器放电过程中电压下降过快问题,本文采用PID调节器控制Boost变换器使超级电容器输出的已下降电压升压至负载所需的电压范围内,解决了超级电容放电过程中输出电压下降过快的问题。使超级电容储能系统放电稳压效果最优化和储能利用率最大化。