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超級(jí)電容范文第1篇

關(guān)鍵詞：超級(jí)電容 電動(dòng)自行車 控制器

超級(jí)電容是近年發(fā)展快速的一種大容量儲(chǔ)能器件，具有功率密度高、充放電時(shí)間短、效率高、使用壽命長、清潔環(huán)保等特點(diǎn)。超級(jí)電容具有90%以上的充放電效率，充放電電流可達(dá)數(shù)安培至數(shù)百安培，充放電壽命可達(dá)10萬次以上。超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，在通訊、電子、鐵路、航空以及軍事等領(lǐng)域起的作用越來越大。當(dāng)今環(huán)境問題越來越受到重視，超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車和混合式動(dòng)力車上的前景廣闊，其可作為電池的輔助電源或取代電池作為動(dòng)力源。本文將超級(jí)電容應(yīng)用于電動(dòng)自行車上，其可作為電池的輔助電源或取代電池作為動(dòng)力源，以滿足電動(dòng)自行車在啟動(dòng)、加速、爬坡或加載時(shí)的高功率要求。

1 超級(jí)電容充電器的設(shè)計(jì)

超級(jí)電容器在使用中，應(yīng)該要注意以下問題：①超級(jí)電容器有固定的極性，在使用前注意確認(rèn)其極性。②超級(jí)電容器需要在標(biāo)稱電壓下使用：當(dāng)工作電壓超過標(biāo)稱電壓的時(shí)侯會(huì)導(dǎo)致其電解液的分解，電容器發(fā)熱，容量也隨著下降，內(nèi)阻增加，壽命將縮短。③超級(jí)電容器不能在高頻充放電電路中使用，在高頻率的充放電電路下，會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部發(fā)熱更多，容量衰減，內(nèi)阻增加，甚至?xí)?dǎo)致電容器的性能崩潰。④當(dāng)多個(gè)超級(jí)電容器串聯(lián)使用時(shí)，存在單體間的電壓均衡問題。單純的串聯(lián)使用會(huì)導(dǎo)致某些單體電容器過壓，整體性能會(huì)受到影響，甚至?xí)p壞這些電容器。根據(jù)以上對超級(jí)電容特性的分析，超級(jí)電容不能過電壓充電，但是可以承受大電流充電，所以本次設(shè)計(jì)采用了大電流恒壓充電。主要過程為由220V/50Hz的交流市電經(jīng)過變壓器變壓、橋式整流，電容濾波，然后用L4970大功率穩(wěn)壓芯片穩(wěn)定輸出30V電壓，給超級(jí)電容進(jìn)行充電。設(shè)計(jì)方案框圖如圖1示。

圖1 超級(jí)電容充電方案圖

2 超級(jí)電容充電電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)對30V/50F的超級(jí)電容進(jìn)行充電。若采用5A大電流充電，假設(shè)超級(jí)電容的開始電壓為0，由公式Q=CU=It，可以計(jì)算出充電時(shí)間為5分鐘。這完全符合充電時(shí)間短的要求?；诖吮敬卧O(shè)計(jì)了一個(gè)輸出電壓為36V的恒壓充電電源給超級(jí)電容充電。圖2所示為超級(jí)電容充電電路。

本次設(shè)計(jì)整流部分采用橋式整流電路，運(yùn)用四個(gè)二極管的單向?qū)щ娮饔谜?。二極管D1、D3和D2、D4兩兩輪流導(dǎo)通，在正半周D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止；在負(fù)半周，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓較高，紋波電壓小，二極管承受的最大反向電壓低。因電源變壓器在正負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。

由于充電器要求充電時(shí)間短，充電器必須要輸出大功率，此處選用的整流二極管其最大正向平均整流電流為10A，最大正向電壓1V。它具有反向漏電流低，正向浪涌承受能力較強(qiáng)，導(dǎo)通壓降低等優(yōu)點(diǎn)，滿足此處整流的需求。當(dāng)以最大電流為10A充電時(shí)，單個(gè)二級(jí)管的正向?qū)▔航禐?V，則功耗有10W。得到的直流電壓V3=0.9V2。

濾波電路采用電容式濾波，并聯(lián)的電容C在電源供給的電壓升到時(shí)，能把部分能力存儲(chǔ)起來；當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把電場能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，達(dá)到平波的作用。濾波部分選用兩個(gè)3.3mF/50V的電容C1、C2濾波。

為了得到穩(wěn)定的電壓輸出，選擇了L4970大功率穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，L4970是由DMOS開關(guān)功率管，混合式COMS等集成電路制成的開關(guān)芯片，能夠承受最大輸出10A電流；開關(guān)頻率高，可達(dá)400kHz，此處選擇200kHz，電源效率高，減小了濾波電容的體積；輸入輸出壓差低，約為1.1V，使其自身的耗能低，效率可以達(dá)到95%；輸入電壓范圍為15V-50V；輸出電壓可在5.1V-40V范圍內(nèi)調(diào)動(dòng)；有軟啟動(dòng)、限流保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓鎖定、PWM鎖定和掉電復(fù)位等電路組成。芯片的工作過程為：首先把輸出電壓V0或經(jīng)R1、R2和W組成的取樣電路的反饋電壓Vf和5.1V的基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生的誤差電壓和Vr、VJ比較獲得PWM信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過非門驅(qū)動(dòng)DMOS功率管，外接L、VD和C構(gòu)成降壓電路，得到穩(wěn)定輸出電壓。1腳和2腳接鋸齒波振蕩器外部定時(shí)電阻R4和電容C9，頻率此處取200kHz，工作效率可以達(dá)94%。接3腳的R1和R2構(gòu)成分壓器，用以設(shè)定復(fù)位閥值電壓VIL為11V，當(dāng)VIL不大于11V時(shí)，輸出V0=0，復(fù)位輸出=0。4腳LED亮著表示正常輸出。5腳C6為復(fù)位延遲電容。6腳C10為自舉電容，用于升功率驅(qū)動(dòng)級(jí)電壓，使功率管獲大電流輸出。7腳C11和R5構(gòu)成吸收網(wǎng)絡(luò)，限制儲(chǔ)能電感L當(dāng)功率開關(guān)管關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的尖峰電壓，VD為續(xù)流的作用。8腳為通用接地端。9腳為穩(wěn)壓輸入端。10腳R3和C8構(gòu)成誤差放大器的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，C7用于高頻補(bǔ)償。11腳為反饋的調(diào)節(jié)輸入端。12腳C5為軟啟動(dòng)電容。13腳同步輸入端，用于多片同時(shí)使用。14腳C4和15腳的C3為芯片內(nèi)部+5.1V和+12V基準(zhǔn)電壓的濾波電容。

L4970A工作在200kHz的頻率下，它的工作效率為94%。此時(shí)定時(shí)電阻R4取16kΩ，定時(shí)電容C9取220pF。開關(guān)頻率和自舉電容C10的對應(yīng)關(guān)系為200kHz，0.22 uF。儲(chǔ)能電感L一般取值40uH-150uH，設(shè)計(jì)中選取120uH。當(dāng)輸出電壓取30V即大于22V，頻率取為200kHz時(shí)，效率可以達(dá)到94%。想要得到30V的輸出電壓，電阻R8取20kΩ，R9一般取4.7kΩ。由公式U0=（Rs+W+R9）×5.1/R9，計(jì)算得出電阻W的取值為2.9kΩ。

充電器從市電220V/50Hz交流輸入，通過變壓器后得到36V的交流電。查L4970A芯片資料可知其在溫度小于120℃的時(shí)候最大功耗Pu=30W，給超級(jí)電容以5A/30V充電的功率Po=150W，10A10整流二極管導(dǎo)通導(dǎo)通時(shí)壓降為1V，電流為5A，所以其兩個(gè)二極管導(dǎo)通時(shí)的管耗為Pb=10W。L4970A的效率為94%，超級(jí)電容充電效率90%，綜合效率約為85%。由公式

計(jì)算得出變壓器容量Sc=224VA。由此可以選取容量為0.25kVA的變壓器作為本設(shè)計(jì)的變壓器。

3 超級(jí)電容放電控制電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要采用集成電路LM339構(gòu)成的超級(jí)電容的放電控制電路，LM339由四個(gè)電壓比較器組成，由于其兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，選用LM339在此處做信號(hào)檢測能夠達(dá)到比較理想的效果。LM339由四個(gè)電壓比較器組成了電動(dòng)自行車控制電路的調(diào)速電路，過流保護(hù)電路、欠壓保護(hù)電路和剎車電路。

4 超級(jí)電容的放電實(shí)驗(yàn)

本次試驗(yàn)采用的是30V/50F的超級(jí)電容，通過在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)，超級(jí)電容的滿充電壓為30V，充電時(shí)間大概8分鐘。試驗(yàn)的電動(dòng)自行車電機(jī)的額定電壓為30V。超級(jí)電容器的容量為50F，為了增加超級(jí)電容的容量，我們采用了兩個(gè)30V超級(jí)電容并聯(lián)放電，但是結(jié)果并不理想，只能跑1000m左右。后來又加了兩個(gè)30V/60F的超級(jí)電容，容量變大了，車程也相應(yīng)的增加到3km左右。

參考文獻(xiàn)：

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超級(jí)電容范文第2篇

關(guān)鍵詞:EDLC超級(jí)電容 直流UPS電源 儲(chǔ)能

中圖分類號(hào):TM53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)05(a)-0133-02

在各種UPS不間斷供電電源系統(tǒng)中,通常采用可反復(fù)充電蓄電池作為直流電源系統(tǒng)的后備電源。UPS不間斷供電電源往往是在供配電網(wǎng)突然斷電或供配電電網(wǎng)電壓出現(xiàn)瞬時(shí)跌落等運(yùn)行工況狀態(tài)時(shí)的最初幾秒到幾分鐘內(nèi)起穩(wěn)定供電電能的作用,即已充滿電能的蓄電池在這段時(shí)間內(nèi)提供直流系統(tǒng)對應(yīng)的電能資源。由于充電蓄電池存在綜合使用壽命較短、需定期進(jìn)行性能維護(hù)、以及對運(yùn)行環(huán)境溫度等影響因素較敏感等不足,導(dǎo)致UPS直流供電電源在實(shí)際運(yùn)行過程中,需要時(shí)刻監(jiān)視蓄電池的運(yùn)行性能狀態(tài),即不能進(jìn)行大電流直接充放電,又要避免在UPS系統(tǒng)中引入感性負(fù)載(如電動(dòng)機(jī))等。因此,充電蓄電池自身所存在的缺點(diǎn)是限制UPS不間斷電源快速發(fā)展的重要制約因素。超級(jí)電容器是在近幾十年的發(fā)展過程中,取得了較為良好的研究成果和應(yīng)用效果,其是一種集常規(guī)電容器與化學(xué)電池間二者性能為一體的新型儲(chǔ)能電子元器件。它不僅具備傳統(tǒng)電容器的放電功率性能,同時(shí)也具備化學(xué)電池應(yīng)有的電荷儲(chǔ)備功能。隨著電源技術(shù)研究的進(jìn)一步深入,超級(jí)電容器其容量可達(dá)數(shù)千法拉,與常規(guī)可充電蓄電池相比,其具有性能優(yōu)越、能源轉(zhuǎn)換效率高、實(shí)用環(huán)保等功能,在UPS不間斷直流電源系統(tǒng)中,具有較大的理論研究和實(shí)際推廣應(yīng)用前景[1]。

1 蓄電池直流操作電源系統(tǒng)主要問題

在航空、電網(wǎng)、醫(yī)療、鐵路、工業(yè)等領(lǐng)域,UPS不間斷電源作為直流系統(tǒng)后備電源,在供配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生突然停電或者電壓瞬時(shí)跌落過程中的穩(wěn)定供電電源,對確保整個(gè)直流供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠的供電方面具有較大的應(yīng)用價(jià)值。目前,直流操作電源系統(tǒng)中普遍采用反復(fù)充電蓄電池作為后備電源,也就是說蓄電池后備直流操作電源系統(tǒng)是用蓄電池來完成儲(chǔ)能,當(dāng)交流電正常且整流器完好時(shí),蓄電池會(huì)通過對應(yīng)整流裝置和放電電路提供相應(yīng)電流來補(bǔ)充電網(wǎng)系統(tǒng)中沖擊負(fù)荷的影響,確保直流系統(tǒng)供電安全可靠性;另外,當(dāng)交流電源突然停電或整流裝置發(fā)生故障后,蓄電池會(huì)通過放電回路向重要負(fù)荷、事故負(fù)荷、以及沖擊負(fù)荷等停電保護(hù)等級(jí)較高的負(fù)荷提供直流電能資源。以蓄電池為儲(chǔ)能元件的直流操作電源在很多工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,同時(shí)也發(fā)揮較為良好的應(yīng)用效果。但實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),很多蓄電池生產(chǎn)廠商為推銷密封鉛酸蓄電池,均在設(shè)備外殼上加上了“免維護(hù)”等標(biāo)識(shí),這給實(shí)際UPS直流電源系統(tǒng)維護(hù)工作人員帶來許多誤區(qū),加上現(xiàn)場蓄電池維護(hù)較為繁雜,維護(hù)不方便,這就導(dǎo)致工作人員在實(shí)際工作中放松了對蓄電池的日常維護(hù)管理工作力度,如密封鉛酸蓄電池沒有按照相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行活化試驗(yàn)、蓄電池運(yùn)行環(huán)境溫度變化較大、以及使用過程中出現(xiàn)充放電電流過大、帶感性負(fù)載等。由于UPS不間斷直流系統(tǒng)在使用過程中,充電蓄電池存在管理不善等問題,隨著使用時(shí)間加長,極板活性物質(zhì)出現(xiàn)大量脫落,容量也大大下降,其輸出能力大大降低,有的甚至不能滿足斷路器合閘等保護(hù)控制要求,直接影響到UPS直流電源的使用性能水平。從大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資料表明,目前12V系列鉛酸蓄電池其平均使用壽命大約只有3～4年,因此,直流UPS不間斷電源的供電安全可靠性問題值得進(jìn)一步加深研究[2]。

2 超級(jí)電容代替蓄電池的可行性分析

目前,工程中應(yīng)用的超級(jí)電容器主要包括EDLC雙電層電容器和電化學(xué)電容器兩大類。其中,EDLC超級(jí)電容器是一種高能量密度的無源儲(chǔ)能電子元件,其多孔化電極主要采用活性炭粉和活性炭纖維,而且電解液則采用有機(jī)電解質(zhì),整個(gè)儲(chǔ)能性能相當(dāng)優(yōu)越。EDLC超級(jí)電容器在工作時(shí),其可以在可極化電極和電解質(zhì)溶液間界面上形成了雙電層中聚集大量的電容量,從而提高電容器的電荷儲(chǔ)存效率。EDLC超級(jí)電容器具有極大的電容量,同時(shí)可以儲(chǔ)存很大的靜電負(fù)荷,也就是說EDLC超級(jí)電容器其儲(chǔ)能性能是介于常規(guī)電容器與化學(xué)電池間的新型高效儲(chǔ)能元件。超級(jí)電容與常規(guī)鉛酸充電蓄電池間的特性比較如表1所示。

由表1可知,EDLC超級(jí)電容與常規(guī)鉛酸蓄電池相比,其不僅具有材料無毒、環(huán)保性好、使用壽命較長、對使用環(huán)境要求較低、以及可提供大電流充放等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)其還具有真正免維護(hù)性能,在直流操作電源事故負(fù)荷較小或特性指標(biāo)要求不是太高的工程領(lǐng)域,其工作性能完全可以代替常規(guī)鉛酸蓄電池作為直接UPS不間斷電源的儲(chǔ)能設(shè)備,以提高UPS不間斷供電電源系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠性,減少常規(guī)鉛酸電池UPS點(diǎn)煙系統(tǒng)定期維護(hù)麻煩和提高使用環(huán)境適應(yīng)性能。

3 基于超級(jí)電容器組的不間斷電源設(shè)計(jì)

由于EDLC超級(jí)電容在生產(chǎn)制造等過程中,會(huì)造出其內(nèi)部參數(shù)存在不一致問題,這就可能導(dǎo)致UPS電源在充放電過程中,由于內(nèi)部參數(shù)不一致引起超級(jí)電容器工作電壓發(fā)生不平衡,嚴(yán)重影響到整個(gè)UPS電源系統(tǒng)的供電安全性、可靠性、供電電能質(zhì)量和使用壽命。因此,EDLC超級(jí)電容在使用過程中,需要對其進(jìn)行均壓處理?；贓DLC超級(jí)電容的直流UPS不間斷電源系統(tǒng),其主要由電源切換電路、逆變整流器、蓄能控制電路(充放電電路)、超級(jí)電容器模組、嵌入式處理器測控電路等共同組成,其邏輯組成方案如圖1所示。

超級(jí)電容范文第3篇

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;超級(jí)電容模組;設(shè)計(jì);制作

中圖分類號(hào)： S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1引言

風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)在市電正常時(shí)，依靠市電供電，為了保證當(dāng)市電停止后，風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)仍然可以工作一段時(shí)間，需要為系統(tǒng)提供一定工作能量的儲(chǔ)能裝置。儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存能量的大小，根據(jù)用電設(shè)備的功率和備用時(shí)間確定。有一些儲(chǔ)能裝置采用蓄電池等作為儲(chǔ)能裝置，其主要缺點(diǎn)是重量較重、體積較大、循環(huán)壽命短、維護(hù)成本較高，同時(shí)充放電效率低，對工作溫度要求也較嚴(yán)格。

超級(jí)電容也叫做電化學(xué)電容器，是近期發(fā)展起來的一種新型儲(chǔ)能元件，它既像靜電電容一樣具有很高的放電功率，又像電池一樣具有很大的電荷儲(chǔ)存能力，使得這兩種元件之間找到了一個(gè)最佳的結(jié)合點(diǎn)。它性能穩(wěn)定，比容量為傳統(tǒng)電容器的20~200倍，比功率一般大于1000W/Kg，循環(huán)壽命大于105次，可存儲(chǔ)的能量比傳統(tǒng)電容要高得多，并且充電快速。由于它們的使用壽命非常長，可被應(yīng)用于終端產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。

超級(jí)電容模組是由單只超級(jí)電容串聯(lián)并配以均壓電路組合而成的，具有超級(jí)電容的優(yōu)點(diǎn)并且具有一定的耐壓的電容器體。超級(jí)電容模組的出現(xiàn)，就可以很好的彌補(bǔ)鉛酸電池等儲(chǔ)能器件的缺陷，工作溫度范圍寬（-40℃到+70℃），解決了鉛酸電池在室外寒冷條件下使用效率大大降低的問題。充放電循環(huán)50萬次，大大提升了儲(chǔ)能器件的使用壽命。充放電速度快，無記憶效應(yīng)，大電流放電幾乎對超級(jí)電容壽命無影響?；谶@些諸多優(yōu)點(diǎn)，超級(jí)電容模組被用于風(fēng)力發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)的的儲(chǔ)能裝置，在電力出現(xiàn)故障的情況下，由超級(jí)電容器模組來給這樣的系統(tǒng)存儲(chǔ)和提供能源。

2超級(jí)電容模組設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)原理

單只超級(jí)電容器電壓一般比較低，有2.5V和2.7V兩種。而實(shí)際應(yīng)用電路的工作電壓要遠(yuǎn)高于單只超級(jí)電容器的工作電壓，因此需要十幾個(gè)甚至幾十個(gè)串聯(lián)配成超級(jí)電容模組，才能滿足實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)對電壓和能量等級(jí)的需要。需要串聯(lián)的超級(jí)電容的數(shù)量n串聯(lián)=超級(jí)電容模組最大工作電壓/單只超級(jí)電容器額定電壓，串聯(lián)后的電容值C=C單只/n串聯(lián)。

2.2設(shè)計(jì)方法

同一型號(hào)規(guī)格的超級(jí)電容器在電壓、內(nèi)阻、容量等參數(shù)上存在著差異，這將導(dǎo)致串聯(lián)超級(jí)電容器單體上電壓不一致，電容量小的電容器將會(huì)出現(xiàn)過壓，過壓工作將會(huì)引起超級(jí)電容器內(nèi)部的電解質(zhì)分解，致使電容器損壞。因此需要通過合適的均壓電路使得串聯(lián)超級(jí)電容器單體電壓保持一致。

為選擇合適阻值的均壓電阻，需要計(jì)算整個(gè)充電過程中各串聯(lián)超級(jí)電容器單體的電壓。一個(gè)超級(jí)電容器單體的等效模型為一個(gè)理想電容C與一個(gè)等效并聯(lián)內(nèi)阻EPR并聯(lián)，再串聯(lián)一個(gè)等效串聯(lián)內(nèi)阻ESR，多個(gè)單體超級(jí)電容器串聯(lián)充電的等效電路如圖1所示。其中，Ra為充電電阻，Rb為均壓電阻。

圖1恒壓充電等效電路圖

為了使充電結(jié)束時(shí)超級(jí)電容模組上電壓接近恒壓源電壓，均壓電阻Rb必須比充電電阻Ra大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，否則會(huì)導(dǎo)致超級(jí)電容器電壓穩(wěn)定和低于額定電壓值。等效并聯(lián)內(nèi)阻EPR代表超級(jí)電容器自放電，并聯(lián)均壓電阻Rb會(huì)導(dǎo)致超級(jí)電容器更快的自放電。為了滿足電壓均衡和不過分增大超級(jí)電容器泄漏電流的要求，取Rb≈0.01～0.1EPR。

3超級(jí)電容模組制作

3.1 單體電容檢查

通常選擇品牌較好的超級(jí)電容器可以確保其品質(zhì)穩(wěn)定，但在使用前仍必須對其外觀仔細(xì)進(jìn)行檢查，特別是封口焊處確保沒有缺陷，電容殼體無損傷和漏液等。

3.2均壓電阻選用

為使得串聯(lián)超級(jí)電容器單體電壓保持一致，通常選用精度較高的金屬膜電阻作為均壓電阻，并按0.1%精度進(jìn)行測試分類。

3.3焊接

在環(huán)境溫度為20℃左右，有良好通風(fēng)設(shè)備無粉塵污染的環(huán)境中，使用恒溫焊臺(tái)，在320℃左右的焊接溫度下，用焊錫絲焊接電源正負(fù)極引出線及連接線，并根據(jù)均壓電阻的阻值，將阻值相同或相近的一類電阻盡量焊接在同一塊線路板上，調(diào)整電阻管腳，使其離錫面距離為2mm左右，同時(shí)焊接電容管腳，注意電容管腳掛錫焊接的時(shí)間不能超過5S，最后把線路板上的錫焊接熔化均勻。焊接完成后要檢查電容和電阻有無虛焊現(xiàn)象，用洗板水清洗整個(gè)線路板使其光亮整潔，線路板應(yīng)有防腐涂層。

3.4測試

對超級(jí)電容模組使用恒壓源進(jìn)行充放電測試，不少于兩個(gè)循環(huán)，使用數(shù)字萬用表測量電壓并記錄測試數(shù)據(jù)，對比分析電容充放電是否正常，有無虛焊及異?，F(xiàn)象；如發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停止充放電測試，檢查原因并調(diào)整改善，改善完成后繼續(xù)進(jìn)行充放電測試，直至合格。

4超級(jí)電容模組設(shè)計(jì)制作實(shí)例

表1列出了風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動(dòng)槳距調(diào)節(jié)電機(jī)的電力要求

表1 電力規(guī)格要求

為了滿足表1中規(guī)定的電力要求，超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)成在電力出現(xiàn)故障的情況下，將由三個(gè)210V的超級(jí)電容模組驅(qū)動(dòng)槳距調(diào)節(jié)電機(jī)。此配置將提供給槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng)約90%的20秒放電時(shí)間要求。

通過緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制作成如圖2所示的額定電壓為210V超級(jí)電容模組，其峰值電壓為226V，最大放電電流>100A( 1秒放電速率達(dá)到額定電壓的1/2), 最大儲(chǔ)存能量107.1 kJ (29.7Wh)，有效能量63.5 kJ (17.6Wh), 能量密度可達(dá)1.89 Wh/L

圖2超級(jí)電容模組爆炸示意圖

圖3所示為630V2.0F配置模擬恒功率放電電壓和電流曲線。此配置由三個(gè)210V的超級(jí)電容模組串聯(lián)組成，工作電壓范圍從630V到350V。模擬估計(jì)，630V的配置可以提供恒定的放電功率為10kW，持續(xù)時(shí)間17.6秒，如圖1所示。

模擬值可能與真實(shí)系統(tǒng)的測量值不同。

圖3 630V2.0F配置模擬恒功率放電

5結(jié)論

超級(jí)電容模組是一種新型儲(chǔ)能裝置，其將能量儲(chǔ)存在電極與電解液界面，具有介于電容和化學(xué)電源之間的儲(chǔ)能性質(zhì)。與蓄電池相比，其壽命長、能夠短時(shí)釋放大電流、能量狀態(tài)易于檢測、效率高、溫度工作范圍寬及易于維護(hù)。所以，在變槳UPS的應(yīng)用場合，超級(jí)電容模組具有蓄電池所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。從目前風(fēng)能發(fā)電的發(fā)展趨勢來看，兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)都將使用電動(dòng)變槳系統(tǒng)，而使用超級(jí)電容模組的風(fēng)電變槳UPS，目前公認(rèn)為電動(dòng)變槳系統(tǒng)緊急備用電源的最佳解決方案。通過對超級(jí)電容模組設(shè)計(jì)的不斷完善，其尺寸更緊湊，能量密度和功率密度進(jìn)一步提升，在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

超級(jí)電容范文第4篇

電池家族添新銳“堂弟”

伴隨著新能源技術(shù)發(fā)展的日新月異，鋰電池、燃料電池等相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)備受關(guān)注，而同樣作為儲(chǔ)能裝置的超級(jí)電容器或許還未被大眾所熟知。它可以被稱為超級(jí)電容器，猶如電池家族中的“堂帶”，因具有充電時(shí)問短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)，得到了業(yè)內(nèi)人士的普遍認(rèn)可，且行業(yè)增長迅速。

此次，科研團(tuán)隊(duì)研制的超級(jí)電容器是基于碳的微型電容器，它囊括的石墨烯和碳納米管的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)十分緊致，其存儲(chǔ)的能量相比一些薄膜鋰電池更具優(yōu)勢。該裝置具有保持充電和釋放能量比電池快得多的優(yōu)點(diǎn)。這種纖維結(jié)構(gòu)的雜化材料提供了巨大可接觸的表面區(qū)域，并高度導(dǎo)電。目前，此款超級(jí)電容器的存儲(chǔ)能量可達(dá)到每立方米6.3微瓦特每小時(shí)，是同一體積的微型超級(jí)電容器的最高值。也就是說對于一只虧電的蘋果手機(jī)來說，充滿電僅需兩三分鐘的時(shí)間。

該纖維還能夠以十字交義的方式織成服裝，作成在智能紡織品方面的可穿戴設(shè)備。例如，這樣的衣服可以為家里攜帶生物醫(yī)學(xué)監(jiān)控儀器的病人供電，可提供信息給遠(yuǎn)在醫(yī)院的醫(yī)生?？椚胫品耠姵匕愕某?jí)電容器可為顯示器或通信的晶體管提供電源。

研究人員說，這種纖維可能是一個(gè)節(jié)省空間的電源，作為醫(yī)療植入物的“能量運(yùn)送導(dǎo)線”，可為在家的病人或老人供電給醫(yī)療檢測設(shè)備，或在野外為士兵使用通信設(shè)備提供電源。

此外，研究人員還饒有興趣地測試了這些纖維的多功能應(yīng)用，包括電池、太陽能電池、生物燃料電池及可靈活、穿戴式光電系統(tǒng)的傳感器。研究人員說：“我們已經(jīng)開辟了許多可能性，未來仍然有很多事情要做?！?/p>

魚與熊掌如何兼得

制作這種高性能微型超級(jí)電容器的技術(shù)瓶頸是，大多數(shù)超級(jí)電容器具有高功率密度但低能量密度，意味著它們可以快速充電和大大提升電力，但不會(huì)持續(xù)很長時(shí)間。相反，電池具有高能量密度和低功率密度，意味著其可以持續(xù)很長時(shí)間，但不會(huì)快速輸送大量的能量。而電動(dòng)車的微電子受益于能夠提供高功率和高能量密度的儲(chǔ)能裝置。這就是為什么研究人員正在開發(fā)一種可以兼顧兩方面優(yōu)點(diǎn)的裝置。

要繼續(xù)小型化電子產(chǎn)品，行業(yè)內(nèi)需要開發(fā)具有大體積能量密度的微小能量存儲(chǔ)設(shè)備。而與電池相比，大量的超級(jí)電容器可能有類似的能量儲(chǔ)存，或能量密度。但是，因?yàn)樗鼈冃枰罅康目山佑|的表面積儲(chǔ)存能量，其體積能量密度總是滯后不堪。

那么魚與熊掌到底該如何兼得呢？科學(xué)家是永遠(yuǎn)不會(huì)放棄探索的人，通過無數(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，他們設(shè)計(jì)出了混合纖維以提高體積能量密度。利用含有氧化過的酸性單層碳納米管、氧化石墨烯和亞乙基二胺促進(jìn)合成氮給石墨烯涂層，通過柔性狹窄增強(qiáng)管即毛細(xì)管柱泵送，在烘箱中加熱6個(gè)小時(shí)。

石墨烯片中，只有幾個(gè)原子厚并且排列成一條線的碳納米管自組裝成運(yùn)行纖維長度的多孔互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。如此安排提供了大量可接觸的表面積，每克混雜纖維達(dá)396平方米，用于電荷的運(yùn)輸和儲(chǔ)存。而這些材料被緊緊地包含在毛細(xì)管柱里，以便可將其抽取出來，形成高體積能量密度。這種使用多個(gè)毛細(xì)管柱的過程，可使制造出的纖維連續(xù)不斷，并保持一貫的品質(zhì)。

經(jīng)得起考驗(yàn)的質(zhì)地

每日科學(xué)網(wǎng)日前報(bào)道稱，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種連續(xù)生產(chǎn)這種彈性纖維的方式，使其能夠擴(kuò)大生產(chǎn)以滿足應(yīng)用需求。到目前為止，已經(jīng)制作出50米長的纖維，每立方厘米具有300法拉的高容量。

在測試中，研究人員發(fā)現(xiàn)三對串聯(lián)排列的纖維具有三倍的電壓，同時(shí)可保持相同的充電/放電時(shí)間。與相同電流密度操作的單纖維相比，三對平行的纖維是在輸出電流和充電/放電時(shí)間方面具有三倍的效力。當(dāng)把它們在兩個(gè)電極之間集成多個(gè)成對的纖維，其存儲(chǔ)電能的能力即電容，可根據(jù)所使用纖維的數(shù)量呈線性增加。

使用聚乙烯醇/磷酸凝膠作為電解質(zhì)，固態(tài)微型超級(jí)電容器由一對光纖制造可提供每立方毫米6.3微瓦小時(shí)的體積密度，可與4伏特500微安小時(shí)的薄膜鋰電池媲美。纖維超級(jí)電容器表現(xiàn)出超高能量密度值，同時(shí)保持了高功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性。

研宄人員說：“我們測試了這種光纖設(shè)備上萬次的充電/放電周期，其保留了原有的性能約93%，而傳統(tǒng)的充電電池壽命小于千次周期。”

該小組還測試了這個(gè)設(shè)備的柔性能量存儲(chǔ)，對其不斷進(jìn)行恒定的機(jī)械應(yīng)力，最后對其性能的評價(jià)是：纖維超級(jí)電容器可持續(xù)無性能損失地工作，甚至在彎曲數(shù)百次之后，它們?nèi)阅鼙３朱`活性，并在結(jié)構(gòu)上長度保持一致。

應(yīng)用的N種可能

超級(jí)電容器的應(yīng)用范圍除了常見的在停電時(shí)作為備用電源、用于企業(yè)級(jí)SSD、服務(wù)器等需要數(shù)據(jù)備份的設(shè)備中之外，還擁有廣闊的應(yīng)用前景。例如在帶有LED閃光燈的相機(jī)，或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等需要瞬間釋放大電流放電的設(shè)備中，超級(jí)電容器作為峰值輸出輔助裝置，具有較高的功率密度，不僅可實(shí)現(xiàn)大電流放電，而且其超低的ESR幾乎可以忽略放電瞬間的電壓降影響，即便是在低溫的情況下，內(nèi)阻也不會(huì)像普通電池那樣大幅上升。

其次，在那些具有Wi-Fi或GPRS等無線通信功能、或需要長時(shí)間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、要求延長電池壽命的便攜式設(shè)備中，通常對于漏電流和小型化封裝都有較高的要求。超級(jí)電容器具有微安級(jí)別的超低漏電流，及最薄3 2毫米的緊湊型封裝，是這類設(shè)備的理想選擇。另外，在備受關(guān)注的便攜式醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，小型化、薄型化的層壓式超級(jí)電容器也將會(huì)大有用武之地。

市場調(diào)研公司IDTechEx的主席PeterHarrop博士認(rèn)為：“超級(jí)電容器不需要全部達(dá)到鋰離子電池的能量密度來秤噬電池市場。也許電池市場的百分之一已經(jīng)被取代，因?yàn)檫@百分之一的能量密度持續(xù)時(shí)間更長，而且安全，還有10倍的功率密度。在中國的一些公交車上，超級(jí)電容器已經(jīng)取代了鋰離了電池，但因前期價(jià)格高昂，超級(jí)電容器的銷量比鋰離予電池低3%?！?/p>

超級(jí)電容范文第5篇

電能和燃油的緊缺使人們開始尋找更多的替代能源，超級(jí)電容器彌補(bǔ)了鋁電解電容和可充電電池之間的技術(shù)缺口，同時(shí)又克服了兩者的缺陷。它們與傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)不同，能夠以很高的電流進(jìn)行充電和放電，不會(huì)老化。超級(jí)電容器的熱響應(yīng)能力也優(yōu)于電池系統(tǒng)，它的充放電次數(shù)可達(dá)50萬次，具有相當(dāng)長的使用壽命。由于超級(jí)電容器不是通過化學(xué)反應(yīng)來充電的，而是通過在導(dǎo)電碳粒子的表面積累電荷進(jìn)行充電的，因此它的充電電流可以非常高，這對電池來說是不可能的，因?yàn)殡姵乇旧砭哂泻芨叩膬?nèi)阻。電池充電是一種電化學(xué)反應(yīng)過程，受到了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的限制，而超級(jí)電容器則沒有充電時(shí)間的限制。

作為目前替代能源應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)極佳的技術(shù)解決方案，超級(jí)電容器在需要更高效更可靠電源的新技術(shù)領(lǐng)域中逐漸嶄露頭角。

超級(jí)電容器存儲(chǔ)的能量主要可以通過三種方式來使用：

它能夠向汽車電氣系統(tǒng)饋電，減輕車載發(fā)電機(jī)的負(fù)擔(dān)，

起純粹的增強(qiáng)作用，也就是說，在換擋時(shí)，增大電動(dòng)機(jī)的扭矩，提高加速度；

啟動(dòng)輔助：使電動(dòng)機(jī)從某個(gè)固定的狀態(tài)啟動(dòng)加速汽車。這在某些需要反復(fù)啟停的特殊操作中能夠大大節(jié)省能源。

混合能源汽車與超級(jí)電容器

超級(jí)電容器在混合能源技術(shù)汽車領(lǐng)域中所起的作用是十分重要的。隨著能源價(jià)格的不斷上漲，以及歐洲汽車制造商承諾在1995年到2008年之間將汽車CO2，的排放量減少25％，這些都促進(jìn)了混合能源技術(shù)的發(fā)展。寶馬、奔馳和通用汽車公司已經(jīng)結(jié)成了一個(gè)全球聯(lián)盟，共同研發(fā)混合能源技術(shù)。

混合能源汽車可以分成三類：輕微混合、中度混合和完全混合。輕微混合型使用一種更強(qiáng)大的啟動(dòng)器，能夠在停車時(shí)熄滅引擎，在再次加速時(shí)重新啟動(dòng)引擎。這種小型的改進(jìn)可以在城市行車條件下節(jié)省8％的能源，同時(shí)能夠大幅度減少尾氣排放。

另外一種改進(jìn)就是中度混合技術(shù)，就是使用一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)，在汽車停止后開始加速的前30s增大其加速度。這項(xiàng)技術(shù)需要大規(guī)模存儲(chǔ)再生能源，通過使用超級(jí)電容器很容易實(shí)現(xiàn)，在需要反復(fù)啟停的城市行車條件下能夠節(jié)省15％的燃料。

最后，完全混合能源技術(shù)將為汽車配備更強(qiáng)大的電動(dòng)馬達(dá)和高能電池，產(chǎn)生高達(dá)75kW的功率，能夠在短距離加速過程中實(shí)現(xiàn)全電動(dòng)推進(jìn)。這種設(shè)計(jì)能夠節(jié)省20％的能源。

這些新技術(shù)中有很多將會(huì)使用替代能源，例如太陽能、風(fēng)能或者燃料電池。但是由于能量來源本身的特性，決定了這些發(fā)電的方式往往具有不均勻性，電能輸出容易發(fā)生變化。

隨著風(fēng)力和太陽光強(qiáng)度的變化，這些能源產(chǎn)生的電能輸出也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。這就需要使用一種緩沖器來存儲(chǔ)能量。

由于這些能源產(chǎn)生的電能輸出可能無法滿足消費(fèi)者一方的峰值電能需求，因此可以采用能量緩沖器在短時(shí)間內(nèi)提供所需的峰值電能，直到發(fā)電量增大，需求量減少。另外，在能源產(chǎn)生的過程是穩(wěn)定的而需求是不斷變化的情況下，也可以使用能量緩沖器。

在使用替代能源技術(shù)的汽車驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，超級(jí)電容器也是一種新型的關(guān)鍵部件。在采用燃料電池供電的汽車中，如果結(jié)合使用超級(jí)電容器，那么燃料電池就可以滿足持續(xù)供電需求，而不僅僅是峰值供電。

除了能夠滿足峰值供電的需求外，超級(jí)電容器還具有其他器件無法比擬的響應(yīng)時(shí)間。將超級(jí)電容器的強(qiáng)大性能和燃料電池結(jié)合起來，可以得到尺寸更小、重量更輕、價(jià)格更低廉的燃料電池系統(tǒng)。

超級(jí)電容器與氫燃料電池的完美結(jié)合

正處于研發(fā)階段的氫燃料電池能夠應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。這種氫燃料電池與風(fēng)能或人陽能不同，只要有氫燃料，它就能夠持續(xù)輸出穩(wěn)定的電能。

然而，某些應(yīng)用場合對能量的需求隨著時(shí)間的變化有很大不同。汽車就是一個(gè)直接的例子，因?yàn)樗鼈冊诩铀龠^程中需要的能量比勻速行駛時(shí)要高得多。如果沒有能量存儲(chǔ)器，氫燃料電池就要做得很大，以滿足最高的峰值能量需求，其成本就會(huì)大得無法忍受。通過將過剩的能量存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器中，就可以在短時(shí)間內(nèi)通過存儲(chǔ)器提供所需的峰值能量。

混合能源的內(nèi)燃／電動(dòng)汽車是邁向燃料電池汽車時(shí)代的重要一步，因?yàn)檎嬲尿?qū)動(dòng)部件都是電動(dòng)的。當(dāng)然，采用電池的全電動(dòng)汽車也是一種方案，但是全電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)范圍非常有限。相比為內(nèi)燃引擎或燃料電池添加燃料所需的時(shí)間來看，全電動(dòng)汽車再充電所需的時(shí)間更長。