储能系统中,往往需要大量储能元件串并联来满足负载的电压和功率需求。但受限于制造工艺的影响,储能元件间的特性都会存在差异,从而导致储能元件单体电压在使用过程中产生不一致现象,降低整个储能系统的能量利用率和储能元件的使用寿命,因此需要引入电压均衡技术。但是,目前常见的储能系统往往将能量储存电路和均衡电路分开设计,不得不引入大量额外的均衡器件,增加了系统的体积和成本。因此,本课题基于开关电容原理,通过复用开关电容实现储能元件的电压自均衡,避免大量均衡器件的引入,具体研究内容如下:首先,本文针对超级电容阵列,提出一种新型电压自均衡拓扑,仅复用首列超级电容作为均衡器件,就可以实现阵列的电压自均衡。文中详细介绍了拓扑的工作模态,并且利用等效电容代替并联电容组,进一步得到超级电容的电压、电流特性和能量损耗。接着,通过仿真进行多模组对比分析,验证其具有良好的拓展性。最后,搭建4串2并超级电容阵列进行电压自均衡实验,证实了该拓扑的可行性。其次,针对锂电池与超级电容构成的混合储能系统,通过复用超级电容实现储能系统的电压均衡。文中对拓扑进行均衡模态分析,得到储能元件的电压、电流波形,并在此基础上推导出均衡过程的等效电路。利用仿真软件进行混合储能系统典型工作模态的模拟验证,并搭建钛酸锂电池与超级电容实验平台,证实了拓扑的可行性。最后,本文面向锂电池储能系统,基于开关电容复用,提出3种新型拓扑,一方面实现锂电池电压均衡,另一方面实现多电平逆变输出。以完善均衡过程和增加输出电平数目为目标,逐步改善3种拓扑结构。文中详细介绍了3种拓扑的工作模态、工作原理,并通过仿真对比分析了3种拓扑的优缺点。在仿真结果指导下,选取结构二进行实验验证,实验结果表明该拓扑切实可行。