Переважна більшість портативних пристроїв та систем має складний нелінійний характер енергоспоживання. Джерела живлення таких пристроїв, а системи накопичення енергії в Microgrid та вітровій і сонячній генерації електроенергії повинні забезпечувати середню та пікову потужність навантаження, а також, задані масо-габаритні показники та високі показники енергоефективності. Поширеним є використання різних типів акумуляторних в якості накопичувачів енергії для таких джерел живлення, оскільки вони характеризуються високою питомою щільністю енергії. Проте значний піковий струм навантаження, який перевищує номінальний струм АБ, може спричинити скорочення їхнього терміну експлуатації та погіршення їх енергетичних характеристик. Використання комбінацій накопичувача з високою щільністю потужності та накопичувача, що характеризується високою щільністю енергії може бути ефективним вирішенням проблеми портативного енергоживлення та зберігання енергії в системах Microgrid, сонячної та вітрової енергетики.
Таким чином, застосування гібридних ємнісних накопичувачів енергії на основі акумуляторних батарей (АБ) та суперконденсаторів (СК) для систем автономного енергоживлення та портативних пристроїв, в останні роки, стає перспективним напрямом досліджень. Ще однією перспективною галуззю застосування накопичувачів типу АБ та СК є джерела живлення обладнання для контактного мікрозварювання, які також характеризується імпульсним споживанням струму високої амплітуди. Джерела живлення побудовані на основі топології з проміжним накопиченням енергії потребують накопичувачів, що одночасно характеризуються високою щільністю потужності та енергії. Для розподілу енергії між такими накопичувачами застосовуються додаткові кола перетворення електроенергії. В роботі розглянуто перетворювачі електроенергії гібридних ємнісних накопичувачів, що застосовуються в системах з імпульсним енергоспоживанням, на прикладі енергоспоживання для реалізації процесу контактного мікрозварювання.
Наукова новизна одержаних результатів. Вдосконалено топологію гібридного ємнісного накопичувача енергії за рахунок використання перетворювача постійного струму, регулювальні характеристики якого дозволяють розширити функціональні можливості таких накопичувачів в системах з імпульсним споживанням струму навантаження. Вперше запропоновано математичну модель гібридного ємнісного накопичувача енергії з перетворювачем, який забезпечує розподіл енергії між ємнісними елементами, яка враховує паразитні параметри компонентів схеми перетворювача та дозволяє проаналізувати стійкість системи в визначеному діапазоні допустимих значень параметрів моделі. Вперше запропоновано спрощену математичну модель гібридного ємнісного накопичувача, яка за рахунок зменшення кількості реактивних компонентів топології дозволяє знизити порядок системи диференційних рівнянь і відповідно спростити аналіз системи. Вдосконалено методику синтезу регулятора, яка базується на методі Харитонова, що враховує розкид параметрів компонентів схеми перетворювача та дозволяє проаналізувати стійкість системи в визначеному діапазоні допустимих значень параметрів моделі. Запропоновано систему вирівнювання напруги комірок суперконденсаторного модулю гібридного ємнісного накопичувача, яка за допомогою перетворювача постійного струму дозволяє забезпечити необхідні значення точності вирівнювання напруги на комірках такого модулю за умов імпульсного споживання струму навантаження.
Практичне значення. Теоретичні результати доведено до рівня практичного застосування. Розроблено та випробувано прототип перетворювача гібридного ємнісного накопичувача енергії. В результаті досліджень запропоновано схеми перетворювачів для розподілу енергії між ємнісними накопичувачами енергії, що дозволяє розширити функціональні можливості таких накопичувачів при імпульсному енергоспоживанні високої потужності. Розроблено мікропроцесорну систему керування перетворювачем гібридного ємнісного накопичувача, яка дозволяє забезпечити похибку регулювання напруги СК не гірше 5% та струму АБ на номінальному рівні з похибкою не гірше 15% під час процесу заряду СК та імпульсному споживанні стуму навантаження. Розроблено програмний код, який реалізує запропонований алгоритм керування перетворювачем гібридного ємнісного накопичувача.
