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文档分类:汽车/机械/制造

超级电容储能模块设计.pdf


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超级电容储能模块设计.pdf
文档介绍:
超级电容储能模块设计

电能是当代社会不可或缺的重要资源,而储能设备的优劣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、充放电过程敏感、深度放电性能容量恢复困难、环境污染的问题,传统蓄电池已经越来
越无法满足人们对储能系统的要求。
超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件,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又像电池一样具有较大电荷储存能力[1,2],单体的容量目前已经做
到万法拉级。同时,超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、
容量配置灵活、环境友好免维护等优点。自 1957 年美国人 Becker 发表第一篇关于超级电
容的专利以来,超级电容的应用范围越来越广:在直流电气化铁路供电、UPS 等应用方向进
行研究,目前已开发出了 50kVA 和 80kVA 的实验样机[3];利用超级电容器配合蓄电池作为
辅助动力源,促进汽车的能源回收,提高能源利用率[4],并出现了超级电容混合动力汽车[5]。
随着超级电容性能的提升,它将有望在小功耗电子设备、新能源利用以及其他一些领域中部
分取代传统蓄电池。
本文介绍了一种基于超级电容设计的用以替代 12V 蓄电池的超级电容模块,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,
不造成污染,功率和能量密度大等优点,具有很好的开发应用前景。
一、 超级电容储能模块的设计

由于超级电容的放电不完全,存在最低工作电压 ,所以单体超级电容的能量为


,其中 C 为超级电容的单体电容量, 为单体超级电容充电

完成的电压值。
超级电容器单体储存能量有限且耐压不高,需要通过相应的串连并联方法扩容,扩大超级电
容的使用范围。而通过相应的 DC-DC 芯片可以提高超级电容的最低工作电压。假设超级电
容以 m 个串联,n 组并联的方式构成。则每个超级电容的能量输出为
(1)


其中 , 为芯片的最低启动电压。故超级电容阵列的能量总输出为

, 为超级电容的总能量。

本文采用 SU2400P-0027V-1RA 超级电容,具有较高的功率比、能量比和较低的等效串联
电阻(ESR(DC)=1mΩ)。为了构成替代 12V 蓄电池的超级电容模块,我们采用 8 个
2400F/2.7V 的电容构成模块,采用 4 个超级电容单体串联,两组
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  • 时间2021-06-01