改进的超级电容建模方法及应用_盖晓东
2010年2月第36卷第2期北京航空航天大学学报
Journal of Beijing University of Aer onautics and A str onautics February 2010Vol .36 No 12
收稿日期:2009202223 基金项目:台达环境与教育基金资助项目 作者简介:盖晓东(1978-),男,山东莱阳人,博士生,f orrestgxd@https://www.sodocs.net/doc/492536535.html,.
改进的超级电容建模方法及应用
盖晓东 杨世彦 雷 磊 席玲玲
(哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院,哈尔滨150001)
摘 要:提出了一种改进的基于物理2端行为特性的超级电容建模方法,模型包含3
部分分支电路,在即时分支电路里,采用了一个电压受即时电路端电压控制的电压源和一时间常数恒定的电容串联来模拟超级电容器的即时特性,同时给出了等效电路的参数确定方法.仿真结果表明,该模型可以精确描述超级电容充放电过程的非线性及充放电之后的电压自恢复特性,具有很好的静态特性和动态特性.该模型简单实用,已成功应用于均衡电路参数优化设计中,并在其它采用超级电容作为能量源的电力电子装置中有很好的应用前景.
关 键 词:超级电容器;等效电路;建模方法;非线性中图分类号:T M 9106文献标识码:A 文章编号:100125965(2010)022*******
Advanced u ltra cap ac it o r m o de li ng m e tho d and app li ca ti o n s
Gai Xiaodong Yang Shiyan Lei Lei Xi L ingling
(Depart m ent of Electrical Engineering,Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150001,China )
Ab s tra c t:An ultra capacit or (UC )modeling method based advanced physical ter m inal behavi or was p r o 2posed .This model with perfect stable and dyna m ic characteristics according t o the actual physical p r operties was consisted with three parts of the branch circuits,a voltage contr olled voltage s ource serried by a constant capacitance was used in real 2ti m e branch circuit t o si m ulate real 2ti m e characteristics of super 2capacit ors .The method t o deter m ine model para meters was als o p r oposed .Si m ulati ons results show that this model can well re 2flect the nonlinear charge and discharge behavi or and de monstrate self voltage recovery behavi or after charge and discharge .This model has been successfully app lied t o the op ti m um design of equalizati on circuit and it is si m p le enough t o be easily app lied for si m ulati on of power electr onics app licati ons involving UC p ractically .
Ke y wo rd s:ultra 2capacit or;equivalent circuit;modeling method;nonlinear
超级电容器作为电压源型电能存储元件,具有功率密度高、充电时间短、可靠性高等优点,由超级电容构成的串联储能电源组广泛应用于电动车辆、不间断电源、分布式发电等相关领域.作为串联储能电源组的关键技术之一
[1]
,储能单体间
的能量均衡电路必须具备动态特性好、效率高和均衡速度快的特点,设计一只参数可靠、性能优良的能量均衡电路往往要通过反复的电路仿真和参数优化过程来实现,关键的一环是要有精确的超级电容器等效电路模型.
人们提出了多种基于物理特性的超级电容模
型[2-6]
,传输线模型、多阶梯形模型是其中代表.
这类模型的优点是参数具有特定的物理意义,但用其描述充放电特性仍有局限性.
1 超级电容器建模
选取10组电容器进行充放电实验,如图1所示,由充放电特性曲线可以看到:
1)超级电容在充放电开始瞬间分别有电压陡升和陡降现象,表明超级电容器件内有一定内阻.
2)超级电容器在充放电结束后,电压有自恢
复过程,自恢复过程表现出很大的时间常数,表明在充放电过程和结束后其内部电荷有重新分布、均匀化的过程.这种重新分布均匀化可以用时间常数较大的RC 分支来表现,超级电容器应该有多个时间常数不同的RC 分支
.
a
充电特性
b 放电特性
图1 超级电容特性
1.1 改进的物理2端行为特性模型
建立的超级电容器物理2端行为等效电路模型应遵循如下原则:
1)所建的模型结构和参数应具有实际的物理意义,模型应尽量简单.
2)所建的模型应具有相当的精度,在一定的时间范围内(30m in )能够真实表现超级电容的特性曲线.
3)模型中参数应该能够通过测量实际超级电容器件端部特征分析得到.
电容特性的两大影响因素是电压和时间.实际的超级电容器有电压自恢复过程,很难用单一理想可变电容来模拟超级电容器,本文结合超级电容的实际物理机理和器件端行为特性提出了改进的三分支等效电路模型,包含即时充电分支电路(C 0和电压控制电压源(VCVS,Voltage Con 2tr olled Voltage Sourse ))、自再分布分支电路(R 1,
R 2,C D ,C L )和泄放分支电路(R L )3部分,见图2.
1.2 参数确定
1)R S0,R S1,C S1
.
图2 改进的物理2端行为特性模型
在恒流充放电开始瞬间,电容C S1可视为短
路,电压的跳变完全由R S0上压降产生,电阻R S0等于恒流充放电瞬间电压跳变幅值与施加电流之比,即
R S0=
Δu
I
(1)
其中,Δu 是电压跳变幅值;I 是充电电流大小.
串联分支R S1,C S1的作用是用来描述电容单元大电流充放电过程电荷受分布过程中扩散速度限制而引起的局部短时间电荷聚集的“物理极化”现象,主要影响充放电瞬间的暂态过程,在较长时间的充放电和自放电、自恢复过程中可以忽略不计.利用图3所示的简化电路和式(2)计算
R S1和R S2
.
图3 确定参数R S1,C S1的等效电路
u =(R S0+R L )i 1
u =(R S0+R L +R S1)i 2
(2)
其中,i 1为放电过程初始电流峰值;i 2为稳态放电
电流大小;R L 为负载电阻.
极化内阻是放电电流的函数,负载电阻越大,放电电流越小,“极化”内阻越大.这是由于在电容器内部瞬间电荷积聚密度相同的情况下,电流越大电极上电荷越容易释放,瞬间积聚越少,由此引起的“极化”电阻也越小.试验表明电流尖峰持续时间非常短,即C S1充电过程非常短暂,其值可通过仿真步长大小进行估算,令其值引起的充放电过程小于一个步长即可.
2)C 0,f[v 1(t )].
超级电容容量值是电压和时间的函数,因此即时充放电分支电路可用可变电容C (t )表达,即C (t )=f [u (t ),t ],而对于可变电容C (t ),可用一只固定电容和电压控制电压源的串联来描述,如
3
71 第2期 盖晓东等:改进的超级电容建模方法及应用
图4所示,其等效电路关系如式(3)所示
.
图4 求解C (t )等效电路
C (t )=C 0[1-f (v 1(t ))]
(3)
超级电容充电快速,C (t )所处的即时分支电
路相较于其他两分支电路具有很小的时间常数,由此可假定电荷在充电开始阶段全部存储在该可变电容中.
即时分支电路参数可以通过一个完整的大恒定电流充放电循环确定,在此充电过程中测得的电容就可认为是该时刻的C (t )值.实验数据表明C (t )大体与超级电容两端电压呈线性关系
,即:
C
(t )=A +B ?v (t )=A [1+B /A ?v (t )]
(4)
这样可以确定C 0的值应等于A,而v 1(t )就是端电压u (t ),而函数f [v 1(t )]就等于-B /A ?v (t ),而A 和B 则可通过试验确定.
3)C D ,C L .
自再分布电路是由短时分支电路和长时分支电路构成,短时分支相对长时分支同样具有相对较短的时间常数.短时分支决定了超级电容充放电结束后10m in 时间内表现出的端行为特性,而长时分支则用来描述30m in 内超级电容表现出的端行为特性.在充电阶段所有的电荷都被注入到即时分支电路中,充电结束后,自再分布分支电路开始对超级电容特性产生影响.10m in 内部分电荷从C 0转到C D ,此后的20m in 内部分电荷从C D 转到C L .这一转移过程可通过图5所示的简化电路表示,由式(5)和式(6),通过测量u 1(t )和u 2(t ),确定参数C D 和C L 值.
u 1(t )=
u C (t 0)C (t 0)+u C 1C D
C (t 0)+C
D +
C 1(u C (t 0)-u C 1)C (t 0)+C
D e
t
τ1
(5)
u 2(t )=
u C (t 0)C (t 0)+u C 2C L
C (t 0)+C L
+
C 2(u C (t 0)-u C 2)C (t 0)+C L
e
t
τ2
(6)
u C (t 0),u C 1,u C 2为C (t ),C D ,C L 自放电阶段初始电
压;τ1=
R 1C (t 0)C D C (t 0)+C D
为短时分支电路时间常数;τ2=
(R 1+R 2)C 0C L
C (t 0)+C L
为长时分支电路时间常数.
图5 求解C D ,C L 等效电路
2 模型仿真及应用
本文通过对容量标称30kF 超级电容各种不同充电条件下的响应特性进行仿真,以验证该改进的物理2端行为特性超级电容模型.其等效电路模型参数如表1所示.
表1 等效电路模型参数
名称数值
名称
数值
R S0/m Ω0.058C S1/F 40R S1/m Ω0.77C 0/F 11160R 1/m Ω12.9C 1/F 11945.3R 2/m Ω27.13C 2/F 5321.7R L /k
Ω200
f[v 1(t )]
-0.7u (t )
图6是超级电容等效电路在100A 充放电电流条件下的端电压特性,可以清楚地看到超级电
容器在充放电结束后端电压的自恢复过程,同时可以看到仿真结果和试验结果差别不大,模型精确度高.
a 100A 恒流充电曲线
b 100A 恒流放电曲线
图6 模型端电压特性仿真结果
图7是在100A 恒流充电600s 后静止,
2000s 内超级电容等效电路模型中C 0,C D 和C L
471北京航空航天大学学报 2010年
等各部分元件相应的电流响应波形
.
图7 模型中各元件电流仿真波形
通常采用基于buck 2boost 开关变换结构的能
量均衡电路来均衡超级电容单体间端电压的不平衡.能量均衡电路均衡过程也通过PSP I CE 仿真得到,如图8所示.在该过程中,为缩短仿真时间,超级电容等效电路模型中的电路参数都按一定比例缩小
.
a
均衡电路
b 仿真结果
图8 超级电容模型在均衡电路中的仿真应用
C R 1和C R 2分别表示真实的超级电容单体,在均衡电路参数优化设计中,C R 1和C R 2采用改进的物理2端行为特性超级电容模型代替.利用该模型进行的优化设计案例中,均衡电路中的电感确定为200μH.
3 结 论
本文提出了一种能用于能量均衡电路仿真和
设计的超级电容模型.采用该方法获得的超级电容器模型能够成功地应用于指导能量均衡电路参数的优化设计.
1)本文提出的超级电容模型中,包含3部分分支电路,在即时分支电路里,采用了一个电压受即时电路端电压控制的电压源和一个时间常数恒定的电容串联来模拟超级电容器的即时特性,采用自再分布分支电路来描述此超级电容充放电结束后的电压自恢复过程.
2)本文给出了确定模型中参数值的方法,仿真结果表明,实际超级电容器充放电行为特性和利用改进的物理2端行为特性超级电容模型得到的充放电特性有很好的一致性,该模型不但有良好的静态行为特性,同时还具有良好的动态响应特性.
参考文献(References )
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layer capacit or behavi or using ladder circuits[J ].I EEE Transac 2ti ons on Aer os pace and Electr onic Syste m s,2003,39(2):430-438
[3]Gual ous H,Bouquain D ,Berthon A.Experi m ental study of super 2
capacit or serial resistance and capacitance variati ons with te m 2perature[J ].Journal of Power Sources,2003,123(1):86-93
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[5]Marie 2Francoise J 2N,Gual ous H,Berthon A.Supercapacit or ther 2
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supercapacit ors using i m pedance s pectr oscopy[J ].I EEE Trans 2acti ons on I ndustry App licati ons,2002,38(6):1622-1626
(编 辑:娄 嘉)
5
71 第2期 盖晓东等:改进的超级电容建模方法及应用
超级电容
超级电容器从储能机理上面分的话，超级电容器分为双电层电容器和赝电容器。是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛。 超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor）， 原理 又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层。 它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离要小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。 双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
超级电容器在电动车上的应用
中心议题： 超级电容器基本原理 与传统电容器、电池的区别 解决方案： 超级电容器在刹车时再生能量回收 在启动和爬坡时快速提供大功率电流 现在，城市污染气体的排放中，汽车已占了70％以上，世界各国都在寻找汽车代用燃料。由于石油短缺日益严重人们都渐渐认识到开发新型汽车的重要性，即在使用石油和其它能源的同时尽量降低废气的排放。 超级电容器功率密度大，充放电时间短，大电流充放电特性好，寿命长，低温特性优于蓄电池，这些优异的性能使它在电动车上有很好的应用前景。 在城市市区运行的公交车，其运行线路在20公里以内，以超级电容为唯一能源的电动汽车，一次充电续驶里程可达20公里以上，在城市公交车将会有广阔的应用前景。 电动汽车属于新能源汽车，包括纯电动汽车，BEV）、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车（FuelCellElectricVehicle，FCEV）三种类型。它集光、机、电、化各学科领域中的最新技术于一体，是汽车、电力拖动、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源和新材料等工程技术中最新成果的集成产物。电动汽车与传统汽车在外形上没有什么区别，它们之间的主要区别在于动力驱动系统。 电动汽车采用蓄电池组作储能动力源，给电机驱动系统提供电能，驱动电动机，推动车轮前进。虽然电动汽车的爬坡度、时速不及传统汽车，但在行驶过程中不排放污染，热辐射低，噪音小，不消耗汽油，结构简单，使用维修方便，是一种新型交通工具，被誉为“明日之星”，受到世界各国的青睐。 超级电容器简介 超级电容器又称为电化学电容器，是20世纪年代末出现的一种新产品，电容量高达法拉级。以使用的电极材料来看，目前主要有3种类型：高比表面积碳材料超级电容器、金属氧化物超级电容器、导电聚合物超级电容器。 1基本原理 根据电化学电容器储存电能的机理的不同，可以将它分为双电层电容器，EDLC）和赝电容器（Pesudocapaeitor）。碳基材料超级电容器能量储存的机理主要是靠碳表面附近形成
超级电容器前景及应用
超级电容器发展现状及发展前景分析 超级电容器研究国世界分布图 超级电容器在新能源领域并不是一个陌生的名词。实际上，超级电容器已在该领域历经了几十年的坎坷，虽然它的应用形式同电池不同，但在实际应用上却总被电池取代，此外还面临成本高、技术难度大的劣势。然而，超级电容器在技术上一旦取得突破，将可对新能源产业的发展产生极大的推动力。因此，尽管研发过程困难重重，但攻克它的意义却很重大。 超级电容器的尴尬现状 超级电容器从诞生到现在，已经历了三十多年的发展历程。目前，微型超级电容器在小型机械设备上得到广泛应用，例如电脑内存系统、照相机、音频设备和间歇性用电的辅助设施。而大尺寸的柱状超级电容器则多被用于汽车领域和自然能源采集上，并可预见在该两大领域的未来市场上，超级电容器有着巨大的发展潜力。
超级电容器“全家福” 使用寿命久、环境适应力强、高充放电效率、高能量密度，这是超级电容器的四大显 著特点，这也使它成为当今世界最值得研究的课题之一。目前，超级电容器的主要研究国 为中、日、韩、法、德、加、美。从制造规模和技术水平来看，亚洲暂时领先。 然而，超级电容器的研发工作一直笼罩在电池(主要为镍氢电池、锂电池)的阴影之下。镍氢电池和锂电池的开发因为可以获得来自政府和大投资商的巨额资金支持，技术交流获 得极大推动，也更容易聚焦全世界的目光。相比之下，超级电容器却很难得到雄厚的资金 支持，技术的进步和发展也就受到很大程度地制约。另外，超级电容器成本高、能量密度 低的现状也与锂电池形成鲜明对比，这使它在很多领域备受冷落。 先驱EEStor公司勇于挑战却惨遭败北 尽管超级电容器已发展多年，但实际生产厂家的数量却少得可怜。一部分厂商面对超 级电容器技术上发育不完全的现状，不敢轻易投资，采取观望策略，期待市场能出现一个 涉足此领域并获得成功的例子。另外一部分厂商则坚信，只要超级电容器的生产成本实现 大幅下降，仅以当前它的快速充放电特性，就可实现快速普及。美国超级电容器生产商EEStor就属于后者。 上世纪90年代，美国超级电容器生产商EEStor为改变超级电容器的市场现状，曾用 好几年的时间将大量财力物力投向如何提高超级电容能量密度的研发上，期望能通过自身
改进的超级电容建模方法及应用_盖晓东
2010年2月第36卷第2期北京航空航天大学学报 Journal of Beijing University of Aer onautics and A str onautics February 2010Vol .36 No 12 收稿日期:2009202223 基金项目:台达环境与教育基金资助项目 作者简介:盖晓东(1978-),男,山东莱阳人,博士生,f orrestgxd@https://www.sodocs.net/doc/492536535.html,. 改进的超级电容建模方法及应用 盖晓东 杨世彦 雷 磊 席玲玲 (哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院,哈尔滨150001) 摘 要:提出了一种改进的基于物理2端行为特性的超级电容建模方法,模型包含3 部分分支电路,在即时分支电路里,采用了一个电压受即时电路端电压控制的电压源和一时间常数恒定的电容串联来模拟超级电容器的即时特性,同时给出了等效电路的参数确定方法.仿真结果表明,该模型可以精确描述超级电容充放电过程的非线性及充放电之后的电压自恢复特性,具有很好的静态特性和动态特性.该模型简单实用,已成功应用于均衡电路参数优化设计中,并在其它采用超级电容作为能量源的电力电子装置中有很好的应用前景. 关 键 词:超级电容器;等效电路;建模方法;非线性中图分类号:T M 9106文献标识码:A 文章编号:100125965(2010)022******* Advanced u ltra cap ac it o r m o de li ng m e tho d and app li ca ti o n s Gai Xiaodong Yang Shiyan Lei Lei Xi L ingling (Depart m ent of Electrical Engineering,Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150001,China ) Ab s tra c t:An ultra capacit or (UC )modeling method based advanced physical ter m inal behavi or was p r o 2posed .This model with perfect stable and dyna m ic characteristics according t o the actual physical p r operties was consisted with three parts of the branch circuits,a voltage contr olled voltage s ource serried by a constant capacitance was used in real 2ti m e branch circuit t o si m ulate real 2ti m e characteristics of super 2capacit ors .The method t o deter m ine model para meters was als o p r oposed .Si m ulati ons results show that this model can well re 2flect the nonlinear charge and discharge behavi or and de monstrate self voltage recovery behavi or after charge and discharge .This model has been successfully app lied t o the op ti m um design of equalizati on circuit and it is si m p le enough t o be easily app lied for si m ulati on of power electr onics app licati ons involving UC p ractically . Ke y wo rd s:ultra 2capacit or;equivalent circuit;modeling method;nonlinear 超级电容器作为电压源型电能存储元件,具有功率密度高、充电时间短、可靠性高等优点,由超级电容构成的串联储能电源组广泛应用于电动车辆、不间断电源、分布式发电等相关领域.作为串联储能电源组的关键技术之一 [1] ,储能单体间 的能量均衡电路必须具备动态特性好、效率高和均衡速度快的特点,设计一只参数可靠、性能优良的能量均衡电路往往要通过反复的电路仿真和参数优化过程来实现,关键的一环是要有精确的超级电容器等效电路模型. 人们提出了多种基于物理特性的超级电容模 型[2-6] ,传输线模型、多阶梯形模型是其中代表. 这类模型的优点是参数具有特定的物理意义,但用其描述充放电特性仍有局限性. 1 超级电容器建模 选取10组电容器进行充放电实验,如图1所示,由充放电特性曲线可以看到: 1)超级电容在充放电开始瞬间分别有电压陡升和陡降现象,表明超级电容器件内有一定内阻. 2)超级电容器在充放电结束后,电压有自恢
供墨系统中电动阀用超级电容能量源建模
电子设计工程Electronic Design Engineering 第２５卷Vol．２５第３期Ｎo．３２０１７年２月Feb．２０１７ 收稿日期：２０１６-０１-１６稿件编号：２０１６０１１２３作者简介：王志文（１９７６—），男，甘肃武威人，博士，教授。研究方向：控制理论与工程。 现在，越来越多的大型展览，室外宣传广告，为 了引人注意，需要制作出大量精美的彩色印刷制品。 由于喷绘机喷绘速度快、质量高，且经济性好，又可 应用于多种承印物，所以国内市场喷绘机的需求量 越来越大，这就促进了我国喷绘行业的快速发展[１]。 喷绘机的连续可靠运行必须基于喷头与供墨系 统的良好配合[２]。一个完整的供墨系统由主墨盒、墨 泵、过滤器、副墨盒、电磁阀与喷头等组成[３-４]。供墨系统中的电磁阀主要用来控制墨水与空气的通断，目前在喷绘机中使用多为直动式电磁阀。这种阀门直接以电磁能为动力，通电时，线圈产生电磁力使阀芯克服弹簧力上移，阀门打开；断电时，电磁力消失，阀芯靠弹簧力复位，阀门关闭[５]。但这种电磁阀要保持工作状态就必须通电，长时间持续通电就会造成阀体发热严重；而过高的温供墨系统中电动阀用超级电容能量源建模 王志文１，２，车鑫１，张文源３ （１．兰州理工大学电气工程与信息工程学院，甘肃兰州７３００５０；２．兰州理工大学温州研究生分院，浙江 温州３２５１０５；３．浙江工正集团有限公司浙江温州３２５１０５） 摘要：喷绘机供墨系统中使用的控制阀主要为电磁阀。但在一些特殊的状况下，电磁阀的性能很难满足使用要求。针对这一问题，本文通过采用电动阀替代电磁阀的方法进行解决，而在电动阀的应用中超级电容起到至关重要的作用，它可以在系统意外掉电时帮助电动阀自动复位。本文在分析超级电容结构的基础上，结合其自身特性建立数学模型，并利用MＡＴLＡB/Siｍulink 进行模型仿真研究。仿真结果表明，１F/５．５V 超级电容在系统意外掉电时能够维持电动阀正常工作２~３s 左右，完全可以满足系统的使用要求。 关键词：电动阀；控制系统；超级电容；MＡＴLＡB/Siｍulink 中图分类号：ＴＮ６文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-６２３６（２０１７）０３-０１４９-０４ Modeling of ultracapacitor energy storage used in motorized valve of ink supply system WＡＮG Zｈi -wen １，２，ＣHE Xin １，ZHＡＮG Wen -yuan ３ （１.Academy of Electrical Engineering and Information Engineering ，Lanzhou University of Technology ，Lanzhou ７３００５０，China ；２.Lanzhou University of Technology ，Graduate Wenzhou Branch ，Wenzhou ３２５１０５，China ；３.Zhejiang Gongzheng Group Co.Ltd ，Wenzhou ３２５１０５，China ） Abstract:Ｔｈe solenoid valve is ｍainly control valve tｈat it is used in ink supply systeｍof inkjet printer．However ，it is difficult to ｍeet requireｍents for perforｍance of solenoid valves in soｍe special situations．Ｔo solve tｈis probleｍ，it replaces tｈe solenoid valve witｈtｈe ｍotoriｚed valve in tｈis paper ，and ultracapacitor is an vital role in tｈe application of ｍotoriｚed valve ，it enables ｍotoriｚed valve to reset autoｍatically in case of tｈe occurrence of power loss．Based on tｈe analysis to tｈe structure and features of ultracapacitor ，tｈe ｍatｈeｍatic ｍodel of ultracapacitor is built ，and a siｍulation ｍodel is set up by MＡＴLＡB/Siｍulink for a researcｈ．Siｍulation results sｈow tｈat ultracapacitor of １F/５．５V can ｍaintain tｈe ｍotoriｚed valve work about ２~３s during power failures ，it can fully ｍeet tｈe requireｍents of tｈe systeｍ． Key words:ｍotoriｚed valve ；control systeｍ；ultracapacitor ；MＡＴLＡB/Siｍulink -１４９- 万方数据
超级电容器的发展与应用
常州信息职业技术学院 学生毕业设计（论文）报告 系别：电子与电气工程学院 专业：微电子技术 班号：微电071 学生姓名：徐天云 学生学号：0706033131 设计（论文）题目：超级电容器的发展与应用指导教师：刘民建 设计地点：常州信息职业技术学院起迄日期：2009.7.1—2009.8.20
毕业设计（论文）任务书 专业微电子信技术班级微电071姓名徐天云 一、课题名称：超级电容器的发展与应用 二、主要技术指标：额定容量、额定电压、额定电流、最大存储能量、能量密度、功率密度、使用寿命、循环寿命、等效串联电阻、漏电流等技术指标 三、工作内容和要求：本文先从普通电容器入手，进而引出超级电容器的产生。从而以此为基础，阐释了超级电容器的构造、定义、以及工作原理。接着从超级电容器的性能技术介绍其使用特点和注意事项，然后又介绍了超级电容器的发展与现状以及其在生产生活中的应用。最后还进行其以后发展的广阔前景。 四、主要参考文献：[1]夏熙、刘洪涛，一种正在发展的储能装置—超电容器（2）[J]电池工业，2004，9（4）：181-188； [2]钟海云，李荐，戴艳阳，等，新型能源器件—超级电容器研究发展最新动态[J]电源技术，2004，25（5）：367-370； [3]薛洪发，超大容器器在铁路运输生产中的应用[J]中国铁路2000（5）：52.。 学生（签名）2009年6 月26 日 指导教师（签名）2009年6 月26 日 教研室主任（签名）2009年6 月27 日 系主任（签名）2009年6 月28 日
毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 一、选题的背景和意义： 超级电容器发展始于20世纪60年代，起先被认为是一种低功率、低能量、长使用寿命的器件。但到了20世纪90年代，由于混合电动汽车的兴起，超级电容器才受到广泛的关注并迅速发展起来。现今，大功率的超级电容器被视为一种大功率物理二次电源，各发达国家都把对超级电容器的研究列为国家重点战略研究项目。目前，超级电容器在电力系统中的应用越来越受到关注。此外，超级电容器还活跃在电动汽车、消费类电子电源、军事、工业等高峰值功率场合。 二、课题研究的主要内容： 主要介绍了超级电容器的构造、定义以及其工作原理，还阐释了超级电容器的特点和使用注意事项，以及超级电容器的发展与现状。最后介绍了超级电容器在生产生活中的应用。 三、主要研究（设计）方法论述： 通过查阅书籍了解超级电容器的基本概念等信息，结合以前所学的电子专业知识认真研究课题。借助强大的网络功能，借鉴前人的研究成果更好的帮助自己更好地理解所需掌握的内容。通过与老师与同学的讨论研究，及时地发现问题反复地检查修改最终完成
超级电容器建模及其在能源互联网中的应用
超级电容器建模及其在能源互 联网中的应用 JYoung_Dream 2016/4/23
目录 1引言 (1) 2超级电容器原理 (1) 3超级电容器建模研究 (3) 3.1超级电容器双电层模型 (3) 3.1.1 Helmholtz双电层模型 (3) 3.1.2 Gouy和Chapman双电层模型 (4) 3.1.3 Stern和Grahame双电层模型 (4) 3.2多孔电极传输线模型 (5) 3.3等效电路模型 (5) 3.3.1经典等效电路模型 (6) 3.3.2梯形电路模型 (6) 3.3.3多分支RC参数模型 (6) 3.4超级电容器频域模型 (7) 3.5 超级电容器智能模型 (8) 4超级电容器储能特点 (8) 5超级电容器在能源互联网中的功用 (9) 5.1电网电能质量调节 (9) 5.2分布式新能源发电 (10) 5.3 微电网与分布式储能 (10) 6参考文献 (11)
超级电容器建模及其在能源互联网中的应用摘要：本文介绍了超级电容器的储能原理，综述了现有的各种超级电容器模型，分析了各种模型的特点和适用范围。通过总结分析超级电容器的储能原理及相关模型，重点阐述了其在发展能源互联网中的作用。 1引言 近几年，以可再生能源、分布式发电、储能、电动汽车等为代表的新能源技术和以物联网、大数据、云计算、移动互联网等为代表的互联网技术发展迅猛，以“新能源+互联网”为代表的第三次工业革命正在世界范围内发生，成为各国新的战略竞争焦点。能源互联网应运而生，它是能源和互联网深度融合的结果，是第三次工业革命的核心之一。 能源互联网是以电力系统为核心，以智能电网为基础，采用先进的信息和通信技术及电力电子技术等，最大限度地接入分布式可再生能源，以及促进电力网络、交通网络、天然气网络和信息网络的融合与协调巧制，实现能源的清洁、高效利用，实现能量流、物流和信息流的优化与协调运行。能源互联网的概念中，电能储能技术占有核心位置。新能源技术中，风力发电与太阳能发电对环境影响小，但是发电具有间歇性和随机性，发电功率受天气影响大。发电的不确定性会给电网带来冲击。电气化交通网络中交通工具的随机接入同样对电网造成冲击。实现可再生能源强随机性发电的调度，改善可再生能源接入背景下的电网电能质量，缓冲交通工具随机接入的冲击均需要应用电能储能技术。 超级电容器是一种依靠双电层或氧化还原赝电容电荷储存电能的化学储能装置。它具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围广等优点。已在电力、交通运输、消费型电子产品、国防、通信、新能源汽车等诸多领域有着广泛应用。近些年来，超级电容器备受各国关注。据最新市场研究报告预测，全球超级电容器市场在2014—2020年复合年增长率为26.93%，市场规模有望超过120亿元[1]。 基于此，本文首先介绍超级电容器的储能原理，然后综述超级电容器储能模型，最后阐述超级电容器在能源互联网中的功用。 2超级电容器原理 超级电容器内部物理结构如图1所示。其基本工作原理是将电荷存储于内部多孔电极和电解液形成的双电层内。 根据超级电容器使用的电极材料，电解液种类以及在储能过程中是否发生化学反应，可将超级电容器分为不同类型[1]。若按其储能原理则可分为两类：双电层电容器和赝电容器（法拉第赝电容）。
超级电容器的主要应用领域
超级电容器的主要应用领域 超级电容器发展展望： 超级电容器也叫做电化学电容器，是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，比容量为传统电容器的20~200倍，比功率一般大于1000W/kg，循环寿命大于100000次，可储蓄的能量比传统电容要高得多，并且充电快速。由于它们的使用寿命非常长，可被应用于终端产品的整个生命周期。而且超级电容器对环境无污染，可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量储蓄装置。当高能量电池和燃料电池与超级电容器技术相结合时，可实现高比功率、高比能量特性和长的工作寿命。近年来，由于超级电容器在新能源领域所表现出的朝阳产业趋势，许多发达国家都已经把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目，超级电容器的国内外市场正呈现出前所未有的蓬勃景象。 依照美国国家能源局的数据预测，超级电容器在全球市场的容量预计将从2007年的4亿美元发展到2013年的120亿美元（见下图1），其中，在电动汽车/新能源汽车领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元,在消费电子领域的市场规模有望在2013年达到30亿美元,在工业(风力发电、轨道交通、重型机械等)领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元。
根据中商情报预测，截至2014年，我国超容产业的增长率都在30%以上。 超级电容器的主要应用领域： 1.超级电容器在太阳能能源系统中的应用 太阳能源的利用最终归结为太阳能利用和太阳光利用两个方面。太阳能发电分为光伏发电和光热发电，其中光伏发电就是利用光伏电池将太阳能直接转化为电能。光伏发电不论在转化效率、设备成本和发展前景尚都远远强于光热发电。 自从实用型多晶硅的光伏电池问世以来，世界上就便开始了太阳能光伏发电的应
超级电容器应用领域
超级电容器简介https://www.sodocs.net/doc/492536535.html, 超级电容器是一种介于电池和普通电容之间的、专门用于储能的特种电容器。具有容量大、功率密度高、循环寿命长等优点,是一种理想的高稳定性、大功率二次电源。超级电容器原理图 特点：双电层储能，物理变化，无化学反应 特性与优势 低内阻，高功率 免维护（500000次循环充放电，10年使用寿命） 定制各类尺寸单体及模组 定制各类耐高温、耐高压、超低内阻、超低自放电、超长寿命的单体 提供完整的系统解决方案 应用类型
●脉冲电源https://www.sodocs.net/doc/492536535.html, ●备用电源 ●主电源 ●内存备份电源 应用领域 ●工业 ●消费类电子产品 ●医疗 ●交通运输 ●军事 项目优势 超级电容器应用 在有记忆储存功能的电子产品中做后备电源，数据保护和备份，保持时间，适用于带CPU的 玩具、手电筒、洁具、自行车尾灯、音响、助听器、礼花、充电器、DVD机、收音机、冰箱、空调、背投和液晶电视、洗碗机、鱼漂、消毒柜、电子门锁、热水器、燃气灶、电饭煲、熨衣架、待机转嫁器、数码相框、机顶盒、微波炉、遥控器、汽车黑匣子 公用电器、工业及医疗电器：（用作小功率器件的电源） 税控机、控制器（温度控制器）、触摸屏、摄像头、扫描仪、投影仪、考勤钟、计数
器、显示屏、彩票机、银行终端、公汽读卡器、身份识别、复印机、打印机、X光机、磁共振、道钉机、电焊机、皮带机、激光器、矿灯、工业仪表、雷管、电动工具 网络通讯：（中型模组、模块、工作时间不是很长的、瞬间工作的） 电脑、电话、手机、信息终端、通讯站、GPS、电力数据传输 风光发电： 风力发电、变浆、接收转换、太阳能发电（储能）、太阳能灯（警示灯、标识灯、道钉灯、地埋灯）、太阳能手电 交通工具： 摩托车启动、机车启动、电动汽车辅助动力、汽车启动、电动自行车辅助动力、汽车音响、车载监控 后备电源： 开关柜、直流屏、负荷调整电源、故障定位、变频器、脉冲电源、应急灯、救生绳、报警器、卷帘门、与电池配套电源、断电保护 能量回收： 吊车、矿井、机车、电梯、抽油机 军工：战斗机、军车、坦克、雷达、精准炮弹、激光炮、电磁炮、警棍 如果需要以下其中一项，那超级电容就最合适不过了 一、要求瞬间比较大电流放电. 如USB产品要用0.5A以上电流, 闪光灯, 电动工具. 二、要用电池, 但永远不更换, 免维护. 如太阳能道钉灯、地埋灯. 智能水,电,气表 三、要求快速充电, 如警卫手电筒, 玩具,电动工具 四、要求充放次数多过电池, 浮充也不需要更换电池, 如应急灯 五、要求在零下40度也能正常保持能量工作, 如汽车/电动车泠起动 六、要求将微弱至大电流能量快速回收, 如独力太阳能发电, 节能电梯, 环保汽车 七、要求轻的移动电源, 如遥控飞机
超级电容器基本原理及性能特点
超级电容器基本原理及性能特点 中心议题： ?超级电容器的原理、结构和特点 ?Maxwell超级电容器结构 ?超级电容选型与应用 超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池 相同，因此也有称作“电容电池”。超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入 量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 超级电容器原理 电化学双层电容器（EDLC）因超级电容器被我们所熟知。超级电容器利用静 电极化电解溶液的方式储存能量。虽然它是一个电化学器件，但它的能量储存机制 却一点也不涉及化学反应。这个机制是高度可逆的，它允许超级电容器充电放电达 十万甚至数百万次。 超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关 的多孔板。对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子，而负面板电势吸引正离子。这有效地创建了两个电荷储层，在正极板分离出一层，并在负极板分离出另 外一层。 传统的电解电容器存储区域来自平面，导电材料薄板。高电容是通过大量的 材料折叠。可能通过进一步增加其表面纹理，进一步增加它的表面积。过去传统 的电容器用介质分离电极，这些介质多数为：塑料，纸或薄膜陶瓷。电介质越薄，在空间受限的区域越可以获得更多的区域。可以实现对介质厚度的表面面积限制 的定义。 超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。这种材料的多孔结构，允 许其面积接近2000平方米每克，远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。超级电容 器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。这个距离（小于10埃）远远小于通过使用常规电介质材料的距离。巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。 超级电容可以用做后备电源，类似于UPS，在系统突然断电后，负责在极短时间内为系统提供能量。在这种应用中，需要后备电源有快速的启动时间。由于
超级电容器的应用领域
一、运输业 1、混合动力汽车 用于公交车和卡车的混合电力、氢气和基于燃料电池的动力系统提高了燃油效率，降低了有害排放。该类型混合架构对于执行大量“ 停走”驱动的大型车辆特别有吸引力，如市内运输公交车和货运卡车。传统的公交车和卡车的效率很低，产生高度有害的排放，因为它们硕大的引擎（通常是柴油机）持续不断地给车辆加速和减速--这是一种效率最低的产生动力的方式。 在串联混合系统中，较小的引擎与发电机紧密配合，在恒定、有效的速度和功率输出级上工作。当车辆动力暂时需要增加的时候，如加速期间或爬山时，要从车上由电池和超级电容组成的能量储存系统吸取电力。当车辆的动力需求较低时，该能量储存系统被充电。这样不仅仅能量效率增加了，而且车辆能够通过再生制动(regenerativebraking)在它减速时重新回收(加速时付出的)能量。
2、电动汽车 采用基于超级电容的方案开发了单轴并联式混合动力轿车，实现了发动机管理系统、全浮式ISG电机、电控双离合器、电控双驱动空调等多项核心技术的创新。研究了混合动力轿车系统的控制策略，优化匹配了发动机和电机的扭矩分配，实现了混合动力的节能和降低排放的优点。系统首先对纯发动机电控系统的标定匹配试验工作，排放达到了欧三标准。然后进行了混合动力系统的起动和怠速优化试验，实现了混合动力的起动控制参数的优化匹配，降低了起动污染物的排放，提高了燃油的经济性。 国外混合动力轿车使用超级电容技术已有先例。超级电容能在短时间内提供和吸收大的功率，而且能量回收效率高、充放电次数高、循环寿命长、工作温度区域宽；其使用的基础材料价格也很便宜，适合频繁加速和减速的城市交通工况。在国内，超级电容价格相对于电池要便宜的多，适合低成本方案。尽管超级电容比能量比较低，但是可以通过控制策略的研究，合理地进行能量分配，满足混合动力工况需求，并且随着其技术的日益成熟和车载示范运行的不断深入，超级电容将会快速进入汽车市场，使产量上升，价格下降。 采用性价比优良的超级电容储能装置，开发低成本、高可靠性的混合动力系统。经过大量的方案选型和设计，采用并联单轴混合动力方案，集成发动机、ISG电机、超级电容和双离合器等部件。它是将盘式一体化起动机/发电机直接安装在内燃机曲轴输出端,电机转子和发动机曲轴直接连接，定子固定在发动机机体上。电机取代了飞轮以及原有的起动机和发电机。
电动汽车中的超级电容
电动汽车中的超级电容 超级电容是一种电化学装置，是介于电池和普通电容之间的过渡部件。其充放电过程高度可逆，可进行高效率（0.85～0.98）的快速（秒级）充放电。其优点还包括比功率高、循环寿命长、免维护等。 以前由于超级电容的比能量过低，放电时间太短，难以应用于汽车领域。随着超级电容技术的迅速发展，目前成为汽车领域研究和应用的新热点。超级电容不仅适合用作汽车发动机起动、动力转向等子系统的辅助能源，而且还可以与电池、燃料电池等结合用作电动汽车的辅助能源，从而提高电池寿命，弥补燃料电池比功率不足，最大限度的回收制动能量等。总之，其在汽车领域有十分广阔的应用前景。 超级电容的原理与分类 准确的说，超级电容应该叫做电化学电容器（Electrochemical Capacitor）。它能提供比电解电容器更高的比能量，比电池更高的比功率和更长的寿命。 根据使用电极材料的不同可以把超级电容分为三类： 1、使用碳电极的双电层电容器(Double Layer Capacitor，DLC)如图1所示，可以把双电层超级电容看成是悬在电解质中的两个非活性多孔板，电压加载到两个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子。从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。 图1 双电层超级电容器 DLC本质上是一种静电型能量储存方式。所以双电层电容的大小与电极电位和比表面积的大小有关，因而常常使用高比表面积的活性碳作为双电层电容器的电极材料，从而增加电容量。例如，活性碳在经过特定的化学处理后，表面积可以达到1000m2/g，从而使单位重量的电容量可达100F/g，并且电容的内阻还能保持在很低的水平。碳材料还具有成本低，技术成熟等优点。该类超级电容在汽车上应用也最为广泛。 2、使用金属氧化物电极的超级电容器，原来是指贵金属氧化物RuO2 、IrO2 作为电极的电容器。通过发生可逆的氧化/还原反应，使电荷在两个电极上发生转移的同时产生吸附电容。它与双电层电容的机理不同，称为法拉第赝电容(Faradaic pseudocapacitance)。与双电层电容器的静电容量相比，相同表面积下超电容器的容量要大10～100倍，因此可以制成体积非常小、容量大的电容器。但由于贵金属的价格高，主
超级电容原理
超级电容器原理 电化学双层电容器（EDLC）因超级电容器被我们所熟知。超级电容器利用静电极化电解溶液的方式储存能量。虽然它是一个电化学器件，但它的能量储存机制却一点也不涉及化学反应。这个机制是高度可逆的，它允许超级电容器充电放电达十万甚至数百万次。 超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子，而负面板电势吸引正离子。这有效地创建了两个电荷储层，在正极板分离出一层，并在负极板分离出另外一层。 传统的电解电容器存储区域来自平面，导电材料薄板。高电容是通过大量的材料折叠。可能通过进一步增加其表面纹理，进一步增加它的表面积。过去传统的电容器用介质分离电极，这些介质多数为：塑料，纸或薄膜陶瓷。电介质越薄，在空间受限的区域越可以获得更多的区域。可以实现对介质厚度的表面面积限制的定义。 超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。这种材料的多孔结构，允许其面积接近2 000平方米每克，远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。超级电容器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。这个距离（小于10埃）远远小于通过使用常规电介质材料的距离。巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。 超级电容器内部结构 超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。由于制造商或特定的应用
需求，这些材料可能略有不同。所有超级电容器的共性是，他们都包含一个正极，一个负极，及这两个电极之间的隔膜，电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。 图1. 超级电容器结构 超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。这是由超级电容器包装的几何结构决定的。对于棱形或正方形封装产品部件的摆放，内部结构是基于对内部部件的设置，即内部集电极是从每个电极的堆叠中挤出。这些集电极焊盘将被焊接到终端，从而扩展电容器外的电流路径。 对于圆形或圆柱形封装的产品，电极切割成卷轴方式配置。最后将电极箔焊接到终端，使外部的电容电流路径扩展。 Maxwell超级电容器结构
【转载】超级电容器及应用
【转载】超级电容器及应用 超级电容器超级电容器又叫双电层电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor）， 又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多 孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界 面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反 的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电
荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。 双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。 超级电容器储能系统由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），人们都在研究替代内燃机的新型能源 装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国（特别是
超级电容选用计算
二、超级电容的主要特点、优缺点 尽管超级电容器能量密度是蓄电池的5%或是更少，但是这种能量的储存方式可以应用在传统蓄电池不足之处与短时高峰值电流之中。相比电池来说,这种超级电容器有以下几点优势： 1.电容量大，超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极，与电解液接触的面积大大增加,根据电容量的计算公式,两极板的 表面积越大,则电容量越大。因此，一般双电层电容器容量很容易超过1F,它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3～4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达5000F。 2.充放电寿命很长，可达500000次,或90000小时，而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次;可以提供很高的放电电流，如2700F的超级电容器额定放电电流不低于950A,放电峰值电流可达1680A，一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流，一些高放电电流的蓄电池在如 此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。 3.可以数十秒到数分钟内快速充电，而蓄电池在如此短的时间内充满电将是极危险的或是几乎不可能。 4.可以在很宽的温度范围内正常工作（-40℃～+70℃），而蓄电池很难在高温特别是低温环境下工作;超级电容器用的材料是安全和无毒的,而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池均具有毒性;而且,超级电容器可以任意并联使用来增加电容量,如采取均压措施后,还可以串联使用。 因此，可以用简短的词语总结出超级电容的优点： ● 在很小的体积下达到法拉级的电容量； ● 无须特别的充电电路和控制放电电路 ● 和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响； ● 从环保的角度考虑，它是一种绿色能源； ● 超级电容器可焊接，因而不存在象电池接触不牢固等问题。 缺点：
超级电容器均压解决方案
超级电容器串联应用中的均压问题及解决方案 摘要：本文详尽的分析了超级电容器串联应用中影响各单体电容器上电压的一致性的原因，对不同的电压均衡的方法及存在的问题，提出使用的电压均衡电路单元，最后给出了实验结果。 关键词：超级电容器电压均衡温度系数 Abstract: In this papper the reason has been analysed that si the ultra capacitor in series infkuence the consistency of the voltage of each unit capacitor in detailed .For different methods of the voltage balance and the questions existing,the voltage balance citcuit unit and the test result has been provided . Keywords: Ultra Capacitor Voltage Balance Temperature Coeffcient 1. 问题的提出 超级电容器的额定电压很低（不到3V），在应用中需要大量的串联。由于应用中常需要大电流充放电，因此串联中的各个单体电容器上电压是否一致是至关重要的。如果不采取必要的均压措施，会引起各个单体电容器上电压较大，采取更多的串联数来解决问题是不可取的。影响均压的因素主要有： 1.1 容量的偏差对电容器组的影响 通常超级电容器容量偏差为-10%--+30%，上下偏差1.44。当电容器组中出现容量偏差较大时，在充电时容量最小的电容器首先到达额定电压而电容量偏差最大的仅充到69%的额定电压，其储能为最小容量电容器的0.69%。如式（1） （1） 其中C min为最大负偏差电容量。电容器组的平均储能为： （2） 比全部由下偏容量超级电容器构成的电容器组还小，为标称值电容器的76%，即
超级电容与电池配合模式
超级电容器与锂电池进行组合 随着电动汽车电池的技术难题被逐一攻克，电动汽车的产业化步伐正渐渐逼近。由于新能源汽车日益红火，在2011年12月7日至10日召开的法兰克福汽车配件展也融入了新能源元素，在10日举办了第二届中国新能源汽车及配套产业发展论坛。 与业内鼓吹新能源弯道超车无望的悲观派相比，全球最大电动车专业制造商ZAP大中华区业务发展执行副总裁聂天心和上海瑞华（集团）有限公司（简称瑞华）副总经理陆政德均表示非常看好未来新能源汽车的发展。 聂天心在会上说到，其实新能源汽车并不是一个新的概念，早在1890年在美国电动汽车与汽油车的销量比是10：1，美国上流人士都是使用电动汽车，并作为一种身份的象征。 数据显示，美国传统内燃机的原油转化效率最理想的状态可达40%，目前市场上最好的汽油机只有30%多。而市场上的电动汽车能源转化率已有80%，乐观估计应该能达到94%。 与对中国电动汽车前景持怀疑态度的悲观派相比，目前电动汽车乐观派大有占据上峰态势，中国电动汽车产业化步伐也渐渐逼近，因为电动汽车的技术难题正在被一群疯狂痴迷电动汽车的专业人群攻克，陆政德就是其中一位。 陆政德在接受中国产业园区网记者采访时表示，目前电动汽车发展主要有两大技术瓶颈，一是电池的续驶里程不稳定，电动汽车续驶里程不稳定主要表现在续驶里程会逐渐减少。二是纯电动汽车续驶里程有限。 “目前这两大瓶颈都不再是问题，” 陆政德对记者说道，电池续驶里程不稳定问题可以通过能量转移解决，纯电动汽车续驶里程有限可以通过加装小型燃油发动机系统（即增呈式电动车）解决。 电池续驶里程不稳定主要是由于单体电池性能不一致造成。陆政德形象地说道，不同单体电池的性能差好比姚明和潘长江身高差，如何让他俩的个头一样高，就需要将性能优良的电池能量转移到性能差的电池上，保持两者能量的一致性，这样就可以做到电动车后期续驶里程能稳定。 另外，瑞华已经成功实现将超级电容器与锂电池进行组合，以延长续驶里程和增强电池的寿命。 超级电容器好比一个具有超强爆发力的短跑运动员，而锂电池好比一个耐力很强的长跑运动员。将两者结合起来，将会同时兼具两者的优点。 超级电容器与锂电池组合后，超级电容器能将电动汽车刹车时产生的能量储存起来，并传导到锂电池内，延长电动汽车的续驶里程。 由于电动汽车刹车对锂电池会有损伤，但从超级电容器内获取电量进行刹车，就不会对锂电池造成损伤，还可以延长锂电池的寿命。 为降低电动汽车自燃概率，随时检测电池在电动汽车运行中的状态，瑞华已经成功开发出一整套电子监控系统和数据中心系统。登录瑞华电动汽车数据中心可查询各个时段电池运行的详细情况。 来源：新能源新材料 2012.5 新型电极都有4至5纳米宽的孔隙，高孔隙率具有高概况积，可以存储海量的电荷，有一家新创公司名为纳米屯公司，这家公司说，它的超级电容器手艺可以