超级电容器均衡方案设计综述

超级电容器研究综述

一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。

然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。

140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。

早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。

之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。

电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。

另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。

超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。

目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。

同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。

在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。

超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。

通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。

超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。

但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。

（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。

超级电容器综述

超级电容器综述超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件，它利用电极/电解质交界面上的双电层或在电极界面上发生快速、可逆的氧化还原反应来储存能量。

超级电容器采用活性碳材料制作成多孔碳电极，同时在相对的多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别*正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别*到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层。

由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积（即获得了极大的电极面积），而且电解质与多孔电极间的界面距离不到1nm（即获得了极小的介质厚度），所以这种双电层结构的超级电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。

目前国际上研究与发展的超级电容器可归为以下几类：●双层电容器（Double layer capacitor）由高表面碳电极在水溶液电解质（如硫酸等）或有机电解质溶液中形成的双电层电容，如图6-12.1所示。

该图还表示出一个典型双电层的形成原理，显然双电层是在电极材料（包括其空隙中）与电解质交界面两侧形成的，双电层电容量的大小取决于双电层上分离电荷的数量，因此电极材料和电解质对电容量的影响最大。

一般都采用多孔高表面积碳作为双层电容器电极材料，其比表面积可达1000－3000m2/g，比电容可达280F/g。

●赝电容器（Pseudo－capacitor）由电极表面上或者体相中的二维或准二维空间上发生活性材料的欠电位沉积，形成高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应产生和电极充电电位有关的电容，又称法拉第准电容；典型的赝电容器是由金属氧化物，如氧化钌构成的，其比电容高达760F/g。

但由于氧化钌太贵，现已开始采用氧化钴、氧化镍和二氧化锰来取代；●混合电容器（Hybrid capacitor）由半个形成双层电容的碳电极与半个导电聚合物或其他无机化合物的表面反应或电极嵌入反应电极等构成。

超级电容器的设计与性能优化

超级电容器的设计与性能优化超级电容器是一种高能量密度和高功率密度的储能设备，具有充电速度快、循环寿命长和可靠性高等特点。

在如今能源需求不断增长的背景下，超级电容器因其特殊的性能优势而成为了一种备受关注的储能解决方案。

本文将探讨超级电容器的设计原则以及如何优化其性能。

一、设计原则1. 材料选择：超级电容器的性能受到电极材料的影响。

常用的电极材料有活性炭、金属氧化物和导电聚合物等。

在选择材料时，需要考虑其比表面积、孔隙结构和导电性能等因素，以提高储能密度和电导率。

2. 构造设计：超级电容器一般由两个电极、电解液和隔膜组成。

合理的构造设计可以提高电容器的性能。

例如，优化电极结构可以增大电极表面积，增强离子传输速率。

合适的电解液选择和隔膜材料可以提高电容器的电导率和循环寿命。

3. 电容器的工作电压与电容量匹配：超级电容器的工作电压应与应用需求匹配，过高的工作电压可能导致介质击穿，从而降低电容器的可靠性和寿命。

合理的电容量设计可以保证电容器在储能和输出功率方面都能够满足要求。

二、性能优化1. 增加电极材料比表面积：通过改进活性炭材料的制备方法以及引入纳米材料等，可以有效提高电极材料的比表面积。

更大的比表面积将增加电容器的储能密度，并提高能量存储能力。

2. 优化电极结构：采用多孔结构的电极可以增加电容器的表面积，提高电荷存储容量。

此外，合理设计电极的孔隙结构，可实现更快的离子传输速率，提高电容器的功率密度。

3. 寻找合适的电解液和隔膜材料：优化电解液的离子浓度和粘度，以及选择合适的隔膜材料，可以提高电容器的电导率和循环寿命。

4. 控制工作电压和电容量：根据应用需求和电容器材料的特性，合理控制工作电压和电容量的大小，以确保电容器在长时间使用中具有较高的可靠性和稳定性。

5. 温度管理：超级电容器的性能容易受到温度的影响。

适当的温度管理可以保障电容器的正常工作。

例如，采用散热装置进行散热，降低电容器内部温度，可提高电容器的功率密度和循环寿命。

超级电容器储能系统电压均衡的研究

ｓｔｒａｔｅｇｙｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅ
刚ｔｃｈ
ｎｅｔ，Ａｓ
ｒｅｓｕｌｔ，ｅｎｅｒｇｙｗｉｌｌｂｅｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ
ｂｅｔｗｅｅｎ
ａｎｄ
ｃａｐａｃｉｔｏｒｃｅｌｌｓａｎｄｔｈｅｖｏｌｔａｇｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｗｉｌｌｂｅｒｅｄｕｃｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ．ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｄａｔａ．
和应急电源等领域具有广泛的应用前景。对于大功率储能系统来说，为了满足容量和电
压等级的需要，一般是由多个超级电容器串联和并联的组合方式构成。然而超级电容器在串并联使用时，单体电容器参数的分散性是制约其寿命和可靠性的主要因素。因此，为了提高储能效率，对超级电容器组合进行电压均衡管理具有十分重要的意义。本文针对超级电容器串联使用时充电电压的均衡问题，对超级电容器组充放电均衡
和高比功率输出的贮能系统。
超级电容器储能系统电压均衡的研究
（６）高可靠性。超级电容器工作过程中没有运动部件，维护工作极少，因而超级电
容器的可靠性是非常高的。
（７）对环境无污染。产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程中均没有环
境污染，是理想的绿色环保电源。
超级电容器的一个很大缺点是其参数的不一致【５．６】。同一型号规格的超级电容器在电压、内阻、容量等参数上存在着不一致性，这主要是由制造过程中工艺和材质不均造成的，而在超级电容器使用过程中，工作环境不同以及电压不均匀的积累又加剧了超级电
ａ
ｃａｎ
ａｃｈｉｅｖｅｓｔａｔｉｃ
ｂｅｔｔｅｒ
ａｎｄｄｙｎａｍｉｃｂａｌａｎｃｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ
ｗｉｔｈｏｔｈｅｒｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｔｈａｓ
ｈｉｇｈｅｒ

超级电容器研究综述

一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。

然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。

140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。

早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。

之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。

电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。

另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。

超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。

目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。

同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。

在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。

超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。

通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。

超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。

但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。

（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone 图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。

超级电容器综述

超级电容器综述超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor),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。

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。

超级电容器的优化设计和制备

超级电容器的优化设计和制备超级电容器是一种高能量密度电子器件，其具有高速充放电速度、高循环寿命、广泛的工作温度范围及良好的安全性能等特点。

因此，超级电容器在储能、电源管理、汽车、航空航天、医麻的监测、军事通讯等领域得到了越来越广泛的应用。

然而，作为新型器件，超级电容器的研究和开发还存在着不少挑战和问题。

面对越来越严格的市场需求和竞争，优化设计和制备成为了推动超级电容器产业发展的必要措施。

下面从主要因素、优化方法以及制备技术等方面探讨超级电容器的优化设计和制备。

一、主要因素超级电容器的电容量主要取决于其电极材料的比表面积、极对极间的距离以及电介质的介电常数等因素。

因此，超级电容器的主要因素包括电极材料、电介质和电解液。

其中，电极材料和电介质是影响超级电容器容量的关键因素。

1. 电极材料电极材料通常分为活性碳、金属氧化物等。

其中，活性碳具有高度孔隙度、良好的导电性和化学稳定性等特点，可以作为超级电容器的优良电极材料。

除此之外，金属氧化物也是一种常见的电极材料，因为其具有高比表面积、良好的化学稳定性和较好的导电性等性质。

2. 电介质电介质是超级电容器的一种重要材料，其主要作用是隔离电极之间的电场。

因此，电介质的介电常数是影响超级电容器电容量的主要因素。

例如，陶瓷是一种传统的电介质材料，其介电常数较高，并且可以承受高温和耐化学腐蚀。

另外，有机电介质材料也是一种常见的超级电容器材料，例如聚丙烯、聚乙烯醇等，这些有机高分子具有低介电常数和良好的机械性能等特点。

二、优化方法优化方法是超级电容器设计和制备的关键。

一般来说，超级电容器的优化设计主要包括分子设计、结构设计和材料设计等方面。

下面从多种角度探讨。

1. 分子设计分子设计是一种从微观上着手，通过设计有利于分子自组装或网络形成优秀的能量储存结构。

例如，研究表明，设计新型离子液体电解质不仅可以提高电容器的储能性能，而且可以缓解我们遇到的环境污染。

此外，合成新型高分子电极材料也可以实现能量储存的优化设计。

超级电容器综述

超级电容器综述摘要：电化学超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置，以其独特的大容量、高功率密度、高的循环使用寿命、免维护、经济环保等特点，受到了世人的青睐，致使许多新型的电化学超级电容器电板材料相继被发现和应用。

本文综述了超级电容器的原理、电极材料的分类、隔膜、电解液等，介绍了超级电容器的主要应用领域与发展趋势。

关键词：超级电容器原理电极材料综述Reviews of supercapacitorsAbstract：As a new kind of energy storage device, supercapacitors has large capacity, large discharge power, longer cycle service life, free-maintenance, economic and environmental protection, which is between traditional capacitors and chemical batteries. For these advantages, supercapacitors has become extremely popular with researchers, therefore more and more supercapacitor materials have been found and applied. The paper reviews supercapacitors’ principle, the classification of electrode materials, diaphragm, electrolyte, and includes the main field of application, trend of development.Keywords: supercapacitors; principle; electrode materials; review1引言电容器是一种能储蓄电能的设备与器件．由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的错误动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频一视频设备：调协器，电话机、传真机及计算机等通讯设备和家用电器中．电容器的研究是从30年代开始的，随着电子工业的发展．先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和双电层电容器的发展．其中双电层电容器．又叫电化学电容器．是一种相对新型的电容器，它的出现使得电容器的上限容量骤然跃升了3—4个数量级，达到了法拉第级(F)的大容量，正缘于此，它享有“超级电容器”之称。

超级电容原理，技术，应用及安全综述

超级电容原理，技术，应用及安全综述（摘自国内主要超级电容公司网站）主要开发与生产HCC系列有机高电压型双电层超级电容器（也称为超大容量电容器、法拉电容、双电层电容器、EDLCs 等）。

HCC超级电容器产品具有体积小、容量大、功率高、寿命超长、温度特性好的特点，产品种类丰富，以卷绕圆柱式为主，兼顾方形、异型模组等多种超级电容器产品规格，涵盖了大、中、小型超级电容器，标准产品的容量从0.06F 到10000F，可提供高达10万法拉大容量的特制超级电容器单体产品，并可为用户定制不同规格单体电容器、组合模组和相关能源控制系统。

HCC超级电容器产品采用具有自主知识产权的独特技术和工艺进行生产，各项指标均达到世界先进超级电容器水平，并在储能密度等指标上世界领先，HCC产品具有极高的性价比。

同时，HCC拥有丰富的超级电容器应用经验，为用户设计和生产过大量的基于超级电容器的储能系统，在针对客户具体应用场合定制模组上具有极强的设计能力，我们为客户提供更为合理的能源解决方案。

HCC超级电容器产品广泛应用于电动/混合动力汽车、大功率短时供能电源、太阳能储能、风力发电机变桨系统/储能缓冲系统、智能三表、电动自行车、电动玩具等等领域，拥有广泛的客户基础，在各领域均拥有典型性的应用客户代表。

针对超级电容器的性能特点，HCC对客户提供包括器件选型、测试、应用实例等等各方面强大的技术支持。

Copyright © 2009-2010 Unicon. All Rights Reserved 京ICP备45235678技术支持：中国电子网地址：北京市海淀区上地七街1号汇众大厦705电话：************传真：************Email：*******************◆ 超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫双电层电容器(ElectricalDoule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。

超级电容器电压均衡技术研究

在并联稳压管均衡电压法中袁稳压管与单体电容器的额定电压一致袁在超级电容器充电过程中袁各单体端电压逐渐升高袁达到其额定电压时击穿稳压管袁可实现断电袁在各电容器充电完毕后袁最终均达到均衡状态遥因此袁本方法具有结构及控制系统简单尧造价低的优势袁但存在较大的能量消耗院达到其额定电压后袁充电电流经由稳压管进行耗散袁且电压均衡时间较长遥
Science & Technology Vision
科技视界
超级电容器电压均衡技术研究
罗敏宋艳春贺辛乐渊益阳市产商品质量监督检验研究院袁湖南益阳 413000冤
揖摘要铱目前袁超级电容器以其优异的充放电性能尧高效率以及较长的循环寿命等优势在轨道交通等领域得到了广泛的应用袁在节能储能等领域做出较大贡献袁但在应用过程中袁容量等的差异易影响到组合电容器电压均衡性能遥文章从电容量尧内阻以及漏电流角度分析了造成电压不均衡的主要因素袁并介绍了传统电压均衡方案袁针对存在的问题提出了改进的超级电容器电压均衡技术遥
WMZ - 41A 母线保护装置能够实现分相式母线差动保护和断路器失灵保护以及 TA 断线告警和闭锁的保护遥当母线所连接的断路器失灵的时候袁该断路器的失灵保护会连接到 WMZ - 41A 母线保护装置的主机 DI 插件上袁通过该插件以后袁失灵启动会发生转换袁然后再分别从主机以及从机失灵分别输入到 LO 插件上遥因为断路器失灵进入到电气动作时会出现电压偏低的现象袁一旦失灵启动继电器的启动电压低于接低电压时袁 WMZ - 41A 型母线保护装置就会发生误动现象袁导致母线失压袁并给电力系统的可靠尧安全运行带来非常不利的影响遥由此可见袁 WMZ - 41A 母线保护装置具有以下缺陷院 DI 插件上的继电器电压比较低袁失灵保护缺少必要的闭锁条件曰启动条件比较单一等遥猿援圆改进思路

超级电容方案

超级电容方案超级电容（Supercapacitors）是一种具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命和快速充放电等特点的新型储能技术。

它们被广泛应用于电动车、可再生能源储存和便携式电子设备等领域，成为能量储存和传输的关键技术。

在本文中，我们将探讨超级电容方案的重要性和发展趋势。

首先，超级电容技术具有高能量密度的特点，可有效地储存和释放大量的电能。

相比传统电池，超级电容器的能量密度更高，可以在短时间内释放出更大的电流。

这对于需要瞬间高功率输出的应用非常重要，例如电动车的加速和制动过程中，超级电容可以提供更高的功率密度，使得汽车动力更加平稳可靠。

其次，超级电容具有长循环寿命的优势。

由于电势的不断重复充放电过程，传统电池易出现容量衰减和寿命短的问题。

而超级电容器的储能机制并不依赖于化学反应，因此在经过大量循环充放电后仍能保持较高的能量密度和电容值。

这使得超级电容器在需要频繁充放电和较长寿命的应用中具有明显的优势，例如电网调峰、频繁充电和放电的便携式电子设备。

此外，超级电容器的快速充放电特性也使其成为可再生能源储存的理想选择。

可再生能源如太阳能和风能可不间断地产生电能，但其输出受天气和环境条件的影响较大。

超级电容器可以快速吸收和释放大量的电能，稳定可靠地平衡可再生能源的产生和需求之间的差异。

这种能量储存方案的发展有助于推动可再生能源的广泛应用和可持续发展。

目前，超级电容器的研发和应用正朝着更高能量密度、更长循环寿命和更高温度适应性方向发展。

一种创新的研究方法是利用纳米材料和二维材料来制备超级电容器，这些材料的特殊结构和性质可以提高超级电容器的能量储存和输送效率。

此外，通过改进电解质和电极材料的设计，也可以进一步提高超级电容器的性能。

总而言之，超级电容器作为一种新型的储能技术，具有较高的能量密度、长循环寿命和快速充放电特性。

它们在电动车、可再生能源储存和便携式电子设备等领域的应用前景广阔。

随着相关研究的不断深入和技术的创新，超级电容器方案有望进一步提高储能效率和可靠性，为社会的可持续发展做出重要贡献。

超级电容器的现状及发展趋势综述

文献综述超级电容器的现状及发展趋势目录1 前言2 超级电容器发展现状3 超级电容的特点4 超级电容器电压均衡技术解决方案5 超级电容器的发展趋势与展望6 小结21.前言随着化石能源资源的日益匮乏和人们强烈的环保意识，有力地促进了太阳能和风能等可再生能源的发展。

但太阳能、风能具有波动性和间歇性，需要有效的储能装置保证其能够稳定的在电网中并网工作。

同时，电动汽车产业的快速发展也迫切需要发展低沉本、环境友好、能量密度高的储能装置。

超级电容器也叫做双电层电容器是一种具有高能量密度的新型储能元器件，它可提供大功率并具有超长寿命，是一种兼备电容和电池特性的新型元件，在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。

而对于大功率系统来说，由于超级电容单体的电压值和能量都比较低，不能满足应用系统功率、放电时间及电压要求。

为满足实际应用工况的电压需求，需将多个单体串并联以提高储能模块的工作电压，单体电容器参数的分散性是制约超级电容器模块寿命和可靠性的主要因素。

然而市面上同一型号规格的超级电容器在电压、内阻、容量等参数上存在着不一致，并且在超级电容器使用过程中，工作环境不同以及电压不均匀的积累又加剧了超级电容器的参数不一致性。

这种离散性极易造成超级电容的过充或过放，从而影响系统的使用寿命和可靠性。

因此，研究和实现超级电容器的电压均衡对于提高超级电容器的整体性能是十分必要和关键的技术。

基于此本文将主要对超级电容器的发展现状、优缺点、电压均衡方法及未来的发展趋势进行阐述。

2.发展现状超级电容器利用双电层原理直接存储电能，其容量可达数万法拉，是介于蓄电池和传统电容器之间的一种新型储能装置。

超级电容器储存的能量E=25.0V C ⨯⨯，与容量C 和工作电压V 的平方成正比，具有较大的比电容、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保的特点。

同时，与化学电源相比较，超级电容具有跟高的比功率，能够在短时间内释放化学电源所难达到的大电流，这一性质很好带地满足了某些电设备对瞬时大电流的需求，具有很大的发展潜能。

超级电容器组件的电压均衡控制电路设计

E-mail ｌｚｘｃｎｌｚ＠１６３．ｃｏｍ
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电子元件与材料
2006 年
1
超级电容器组件的建构模式分析
体达到电压上限即停止充电的判定条件控制下充电结束后的电压分配和贮能量分别为
碳基超级电容器的基本组成单元由一对多孔电极电解质隔离膜及集电板构成当用直流电源为超级电容器单体充电时电解质中的正负离子取向聚集到固体电极表面形成电极／溶液双电层用以贮存电荷电荷贮量的多少与多孔碳电极材料的实际比表面积微观孔径尺度分布电解质性能以及离子从电解质到电极的可达性等紧密相关[8~10] 从阻抗角度分析充放电过程中多孔电极的动态电热性能可由沿一定孔深方向上分布的电阻元件 Ri 和电容元件 Ci 构成的混联 RC 网络精细结构 De Levie 传输线模型来模拟[4,11] 但在工程应用中该模型涉及的测控变量众多控制系统的复杂性使得问题难以得到有效解决对此许多研究者对超级电容器的物理模型进行了不同程度的等效化处理[4,5,9,10,12] 笔者不涉及超级电容器物理模型的精细结构以理想极化模型为基础分析超级电容器组件在不同建构模式下的充放电特性和单体间的电压均衡电路 1.1 串联方式的超级电容器组件超级电容器的单体工作电压不高不能覆盖应用工况的电压需求范围需要将多个单体串联来满足应用工况的电压要求但因单体电容器之间的固有差异作用在串联组件上的总电压并不能均衡地分配给不同的电容器它会导致电压分配的不对称
4uuuuuuuuu22d12c22c112tuduce3由2式和3式可知相对于0的理想情况其贮能量下降了28对于相同的情况若能设计控制电路来保证电压分配的均衡使每个单体的电压均能达到电压上限duce其贮能量下降了10uu则其贮能量为0的理想情况222u13t相对于d该贮能量值尽管仍旧低于理想情况但其突出的特点是能保证组件中每个单体电压均能满足额定电压上限而不过压使得贮能量尽可能最大化避免局部单体过压而影响组件可靠性和正常使用寿命对于串联超级电容器组件通用的电压均衡控制方法是给每个超级电容器单体配置均压电阻如图2电阻值的配置原则是确定等价于超级电容器充电过程动态特性的电压动态分配这样的配置能够避免单体过压但是该方案因均压电阻的能量消耗使得全局能量利用效率偏低另一种解决方案是采用独立电源给每个单体充电这样做能较好地利用充电过程的能量但对多电源充电系统的成本较高且空间布置位置也要受到限制基于上述超级电容器充电电压均衡的控制方案特点需要一种新的方式来解决超级电容器组件在充电过程中单体的电压控制问题c1c2requcn图2串联超级电容器组件的电阻均压控制电路fig2controlcircuitforequalizingvoltagewithresistorsintheseriesconnectionofsupercapacitors12并联方式的超级电容器组件以并联方式建构的超级电容器组件可以输出或接受很大的电流在充电过程中单体之间的电压分布但超级电容器本身固有的充电电阻是一个动态的量具有一定的分散性电阻变化的控制电路极其复杂在放电过程中控制放电电阻率但为了避免放电电流过大保证可许的输出功率要适当控制组件的贮能量件附加控制电路随充电过程和放电过程的要求不断由串联充电电阻保护使得调整难以实现逐点控制可获得很高的输出功图3是并联超级电容器组万方数据第5期41李忠学等超级电容器组件的电压均衡控制电路设计切换状态维持组件充放电过程的动态性能rchac1c2cn图3并联超级电容器组件fig3parallelconnectioncircuitforsupercapacitors13混联方式的超级电容器组件图4给出了两种用电阻均压的串并联组合电路图4a中每个电容器均指定一个电阻控制其充电过程的电压图4b中由一个电阻控制一组超级电容器的电压对于后者电压均衡的控制电阻配置比较简单但存在一个严重的缺点当串联的电容器有一个失效其电压就会分配给

超级电容均衡方式

超级电容器串联应用中的均压问题及解决方案2009年09月14日作者：陈永真来源：《中国电源博览》编辑：樊晓琳摘要：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 Coeffcient1. 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。

超级电容器的设计与优化

超级电容器的设计与优化在当今科技迅速发展的时代，能源存储技术成为了众多领域关注的焦点。

超级电容器作为一种新型的储能器件，凭借其高功率密度、快速充放电、长循环寿命等优点，在电动汽车、便携式电子设备、智能电网等领域展现出了广阔的应用前景。

为了更好地满足实际应用的需求，超级电容器的设计与优化成为了研究的重点。

超级电容器的基本原理是基于电化学双电层电容和赝电容。

双电层电容是通过在电极和电解质界面形成的双电层来存储电荷，而赝电容则是通过电极表面的快速可逆氧化还原反应来存储电荷。

了解这些原理对于超级电容器的设计至关重要。

在超级电容器的设计中，电极材料的选择是关键。

目前，常用的电极材料包括碳材料（如活性炭、石墨烯、碳纳米管等）、金属氧化物（如氧化钌、氧化锰等）和导电聚合物（如聚苯胺、聚吡咯等）。

活性炭具有高比表面积、良好的导电性和低成本等优点，是目前应用最广泛的超级电容器电极材料之一。

然而，其比电容相对较低。

石墨烯具有极高的比表面积和优异的导电性，但其制备成本较高。

碳纳米管具有良好的导电性和机械强度，但比表面积相对较小。

金属氧化物通常具有较高的比电容，但导电性相对较差。

导电聚合物具有较高的比电容和良好的柔韧性，但循环稳定性有待提高。

因此，在实际设计中，常常采用复合电极材料，以综合各种材料的优点，提高超级电容器的性能。

除了电极材料，电极的结构设计也对超级电容器的性能有着重要影响。

常见的电极结构包括平板电极、三维多孔电极和纤维状电极等。

平板电极结构简单，易于制备，但比表面积相对较小。

三维多孔电极具有高比表面积和良好的离子传输通道，能够显著提高超级电容器的性能。

纤维状电极则具有良好的柔韧性和可编织性，适用于可穿戴电子设备等领域。

在电极结构设计中，需要考虑孔隙率、孔径分布、电极厚度等因素，以优化离子传输和电荷存储性能。

电解质也是超级电容器的重要组成部分。

电解质分为水系电解质、有机系电解质和离子液体电解质。

水系电解质具有离子电导率高、成本低、环境友好等优点，但工作电压窗口较窄。