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1、电憾质童管理们飞勺卯替代蓄电池的超级电容储能模块设计王心尘王亚军杜华夏范正萍李样福陈焕庭苏宏东蔡国营厦门大学物理系厦门句眼呀摘要本文介绍了一种替代蓄电池的超级电容储能模块并设计了相应的充电和稳压输出电路。通过软件对充电电流,。,进行计算并采用和芯片进行电路设计保证电路的效率和输出的稳定可靠随着超级电容性能的提升这种模块有望在部分电路代替蓄电池。叙词蓄电池超级电容储能模块芯片比撇、,’、,、飞拌一一一中图分类号」仁文献标识码」文章编号护等优点。自年美国人发表第一篇关于超级电容引言,。的专利以来超级电容的应用范围越来越广在直流电气化铁电能是当代社会不,而储能设备的优劣、,可或缺的
2、重要资源路供电等应用方向进行研究目前已开发出了和。、直接影响着电力设备的充分应用近年来随着便携式设备不的实验样机〕利用超级电容器配合蓄电池作为辅助动间断电源系统,,,,以及电动车的大量开发使用蓄电池的使用量日力源促进汽车的能源回收提高能源利用率川并出现了超级。,、。益增加可充电蓄电池特别是铅酸蓄电池凭借其价格低廉性电容混合动力汽车囚随着超级电容性能的提升它将有望在、。能稳定没有记忆功能等卓越特点普遍应用在各行各业但蓄小功耗电子设备、新能源利用以及其他一些领域中部分取代传,、、电池受其先天条件的制约存在着循环寿命差高低温性能差统蓄电池。、、,充放电过程敏感深度放电容量恢复困难环
3、境污染的问题传,用本文介绍了一种基于超级电容设计的以替代蓄电池。统蓄电池已经越来越无法满足人们对储能系统的要求的超级电容模块,通过计算分析得出模块的组合结构、最佳充电电,超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件流范围、充电时间以及总的输出能量。该模块具有寿命长不造成也称为电化学电容。它,,。既具有静电电容器的高放电功率优势污染功率和能量密度大等优点具有很好的开发应用前景·,’〕又像电池一样具有较大电荷储存能力单体的容量目前已经。,、超级电容储能模块的设计做到万法拉级同时超级电容还具有循环寿命长功率密度、、、、、,。,二所以大充放电速度快高温性能好容量配置灵活环境友好免
4、维由于超级电容的放电不完全存在最低工作电压随一户。曰吧甲丫卜匕丫—电侧】质童管理日州凹】邵单体超级电容的能量为·一。,其中,。为相应芯片的最低启动电。。一、压告、一音,,二其中为超级电容的单体电容量阳为单体超级电容充电完相关电路的设计。成的电压值,、电路的总体构成如图所示它包括充电电路超级电容储超级电容器单体储存能量有限且耐压不高,需要通过相应能模块和工作放电电路等部分组成,其设计流程如图所示。的串联、并联方法扩容,扩大超级电容的使用范围。而通过相应。市电充电超级电容稳压输出的兀芯片可以提高超级电容的最低工作电压假设超级电路储能模块电路电容以个串联,组并联的方式构成。则每个超
5、级电容的能—图电路设计流程量输出为二一一充电电路告、告。,。。。把超级电容等效为一个理想电容器与一个较小阻值的电其中二一。为芯片的最低启动电压故超级电阻等效串联阻抗,相串联,同时与一个较大阻值的电阻等,。容阵列的能量总输出即超级电容的总能量为城一,。,效并联阻抗凡相并联的结构如图所示本文采用丫超级电容具有较高的功率内早、。比能量比和较低的等效串联电阻一为了构人凡成替代蓄电池的超级电容模块,我们采用个的电容构成模块,采用个超级电容单体申联,两组并联的方式凡构成,如图所示。上一图超级电容等效模型刃一土下丁土﹂一甲下土﹂,,。超级电容可以进行大电流充电但是由于串联等效电阻中以〕的存
6、在,采用过大电流充电时,超级电容的充电效率会有一定程。度的降低,因此需要考虑充电电流对超级电容的工作效率的刃《戈」。影响采,如图所示,,,工娥用恒流充电时为恒流充电电流值则当。入·尺翻图超级电容阵列构成,“。表示超级电容器内储存电荷表示超级电容器端电压,、、、所决定的电容电压超级电容器的特性如功率密度能量密度储能效率循环。。,,‘一以一,冲布寿命等,取决于器件内部的材料、结构和工艺,器件并联或串联式其中,,一,为超级电容的初电压,·,,表示在等效串联电阻不会影响其特性困。其等效串联内阻。。上的压降,,。。充电过程中消耗的总电能为凡,,。‘“’‘其中从为串联器件数从为并联支路数
7、超级电容器组的等双午一丁一效电容为超级电容器存储的能量为一丝二。。。,、一入告故超级电容阵列的等效内阻尺,,一和等效电容分别为,,。,由能量守恒公式姚二一琳成立理想情况下超级电容器的恒流充电效率可表示为将,超级电容模块的容量与蓄电池的容量参数比较由往、··甲一一乙万‘气·可得到对应于蓄电池安时数的超级电容阵列容量为采用对超级电容的充电电流和工作效率进行模拟,电沫廿界一—电憾质⋯童⋯管理日们洲并采用软件对结,。果进行处理结果如图所示由图式确定,可知超级电容单体在充电电流为时保持比较高的充电一又效率,之,随
