超级电容充电策略

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采用非接触供电方式的超级电容充电方案

采用非接触供电方式的超级电容充电方案
本次设计主要是通过非接触供电(CPS)方式来给超级电容充电，超级电容要求能够驱动12V,100W 电机。

系统结构框
如上之后的高频交变电流输入到初级线圈端，经电磁感应在次级产生相应频率的感应电流，经过整流滤波及电压电流调节装置后给超级电容充电。

{C}一、{C}系统总体设计
CPS 系统设计主要包含以下几个方面：电路设计(包括原边电路设计和副边电路设计)、电源参数选择(原边电流大小、系统工作频率、副边电流大小)、铁芯结构设计(线圈绕组参数)。

{C}1、{C}整流滤波电路设计：
D1~D4 这4 个整流二极管组成单相桥式整流电路，并联电容C 进行滤波。

整流电路采用全桥整流滤波，滤波后输出的电压平均值为输入交流电压
AC 有效值的1.2 倍。

{C}2、{C}高频逆变电路设计：
主要是利用MCU 控制功率开关管通断的方式进行高频逆变，高频逆变的实现电路，一般采用下同时，非接触供电系统中，逆变后一般需要采用谐振补偿的方式实现电能的传输，如下2πfL=1/2πfC
这里f 为逆变后交流电的频率。

通过谐振使得系统工作在谐振状态，以提高整个系统的传输功率和效率。

超级电容充电最简单的方法

超级电容充电最简单的方法
超级电容充电，又叫“Supercapacitor”，是电动车领域的新利器，它采用全新的技术和材料，使用更环保的容量和快速充电方式，可以弥补锂电池存在的部分缺点，使电动汽车得到极大的改良。

那么，超级电容充电最简单的方法是什么呢？
超级电容充电最简单的方法就是使用直流电源充电。

这种情况下，要将电源的负极接在超级电容的正极，电源的正极接在超级电容的负极，之后就可以把超级电容接入电源，就开始充电了。

无论是以双向逆变器形式充电，还是把超级电容接入普通电源，它的充电原理都是一样的，只要样式正确，就能充电。

对于超级电容来说，最好的充电方法是使用电缆，这样可以轻松地操作，也能避免安全问题。

在进行充电时，可以正确连接两个超级电容的端子，使电流进行正确的稳定流入，通过某种程序控制流动，使充电速率得到相应的控制，以保证安全性。

如果是比较老的超级电容，可以采用无线充电技术，这种充电方式不需要使用任何护线，只需要将设备放在特定的物理位置，就可以实现无线充电。

无线充电特殊的技术特性，可以更智能地控制充电，提高充电效率，而且有一定的安全措施，可以有效防止过流、过载等安全问题。

总而言之，超级电容充电最简单的方法就是使用直流电源充电。

如果是近期出现的新型超级电容，可以采用无线充电。

无论使用哪种充电方式，都要保持正确的操作原则，避免安全问题。

随着技术的发展，超级电容充电技术也在不断的提升，未来投入运用的希望也越来越大。

如何为超级电容器组的储能进行充电

如何为超级电容器组的储能进行充电引言超级电容器（supercapacitor，SC）也被称为超电容器（ultracapacitor）和双电层（electric double-layer）电容器，通常用在各种电源管理应用当中。

在汽车应用中，如带有再生制动的启动-停止系统，SC能够提供重新启动内燃机时啮合（engage）起动器所需的能量，同时接受制动期间回收的动能。

超级电容器有很多好处，因为它们被充电和放电的次数能够显著多于传统铅-酸电池，并且也能够更迅速地吸收能量，而不会降低其预期寿命。

这些能力也使得SC对于工业备用电源系统、快速充电无绳电动工具和远程传感器具有很大的吸引力，为这些应用频繁更换电池是不切实际的。

本文介绍了与这些大电容充电相关的各种挑战，并告诉电源系统设计人员如何为后备储能评估和选择最佳的系统配置。

它通过所提供的波形和详细解释，来对SC充电器解决方案进行解析。

系统阐述在许多系统配置中都使用了超级电容组作为后备储能装置。

要开始使用，设计人员需要聚焦其能量存储配置，然后再决定能量在什么电压上进行能量存储。

解决方案的选择依赖于负载的功率和电压要求，以及SC 的能量和电压能力。

一旦确定了最好的解决方案，必须做出整体性能与成本之间的权衡。

图1示出了一种高效率解决方案的原理框图，其中的负载是需要调节输入电压（3.3V、5V、12V等）的器件。

48V主电源为正常运行中的开关稳压器2（SW2）供电，而同时通过开关稳压器1（SW1）以25V电压为SC组充电。

当主电源断开时，则SC组为SW2供电，以保持负载在不中断的前提下运行。

图字：主电源开关稳压器1 无源或有源平衡无源或有源平衡无源或有源平衡超级电容器组开关稳压器2 3.3V、5V、12V等负载图1：使用超级电容器组的电池后备系统范例框图系统设计与挑战一旦选择了一种SC单元，系统设计人员就必须选择将每个SC单元被充电时的目标电压，这是基于SC的额定曲线来完成的。

超级电容充电方案

超级电容充电方案引言超级电容（也称为超级电容器或超级电容电池）是一种能量存储装置，具有高容量、高能量密度、高电流输出和长寿命的特点。

在许多应用中，超级电容在充电方案中起到重要作用。

本文将探讨一种针对超级电容的充电方案，以提供高效、可靠和安全的充电解决方案。

背景超级电容充电是将电荷存储在正负极板之间的过程。

根据超级电容的特性，其电荷和放电速度很高，因此需要采用一种合适的充电方案，以确保充电效率和电池寿命。

充电方案步骤一：选择适当的电源在选择适当的电源时，应考虑超级电容的额定电压和最大充电电流。

通常，充电电压应略高于超级电容的额定电压，以确保充电的稳定性。

同时，充电电流应限制在超级电容的最大充电电流范围内，以避免对电池造成损害。

步骤二：充电电路设计设计一个合适的充电电路可以确保充电的效率和安全性。

以下是一个基本的超级电容充电电路设计示例：+---------+ +------------+ +--------+| | | | | |电源电压 ----+--| 电源 +-----+ 电荷控制 +-----+ 超级电容 || | 控制 | | 电路 | | || +---------+ +------------+ +--------+|| +---------+| | |充电电流 ----+-------------+ 充电 || | 电路 || +---------+|| +---------+| | |接地线 ----+-------------+ 接地 || 电路 |+---------+充电电路由电源控制电路、充电电路和接地电路组成。

电源控制电路控制电源的输出电压和电流，并为充电电路提供足够的电量。

充电电路负责将电流传送到超级电容中，以实现充电。

接地电路能够提供一个可靠的接地连接，以确保充电过程的安全性。

步骤三：充电管理系统在超级电容充电方案中，充电管理系统应该被集成。

充电管理系统可以监测超级电容的电压和充电电流，并根据需要调整充电电流和电压。

超级电容组充电解决大电容充电方案

超级电容组充电解决大电容充电方案超级电容（Supercapacitor[SC]或ultracapacitor）亦称双电层电容（electric double-layer capacitor），目前越来越广泛地用于各种电源管理系统。

在汽车应用（如具有再生制动功能的起停系统）中，超级电容能够提供使起动器啮合所需的能量，以重启燃烧发动机，并接收在制动期间回收的动能。

超级电容的优势在于其充放电次数显着多于传统铅酸电池，同时能够更迅速地吸收能量而不减少其预期寿命。

这些特点还使超级电容对工业后备电源系统、快速充电无绳电动工具和远程传感器具有吸引力，因为对这些应用来说，频繁更换电池是不切实际的。

本文讨论了有关为这些大电容充电的挑战，并向电源系统设计工程师介绍了如何评估和选择适合后备能量存储应用的最佳系统配置。

文中介绍了一种超级电容充电器解决方案范例，并提供了波形和详细解释。

系统详述许多系统配置都使用超级电容组作为后备能量存储组件。

一开始，设计工程师需要确定其能量存储配置目标，然后决定可用多大电压来存储能量。

解决方案选择取决于负载的功率和电压要求，以及超级电容的能量和电压能力。

在确定了最佳解决方案后，还必须对整体性能与成本进行平衡。

图1显示了一种高效率解决方案的框图，其中的负载是需要稳定输入电压（3.3V、5V、12V等）的器件。

48V 主电源为正常工作的开关稳压器2（SW2）供电，同时通过开关稳压器1（SW1）为超级电容组充电，使其电压达到25V。

当主电源断开时，超级电容组向SW2供电，以维持负载的连续运行。

图1.一种使用超级电容组的电池后备系统的框图选定超级电容后，系统工程师还必须选择为超级电容充电的目标电压，其根据是超级电容的定额曲线。

大多数超级电容单元的额定电压范围为室温下2.5V-3.3V,此额定值在更高温度时下降，随之带来更长的预期寿命。

通常，充电目标电压设置值应低于最大额定电压，以延长超级电容的工作寿命。

超级电容充电方案

超级电容充电方案引言超级电容是一种能够在很短时间内储存和释放大量电荷的电池，其具有高功率密度和长寿命的特点。

充电是超级电容器使用的重要环节，一个有效的充电方案能够更好地发挥超级电容器的优势。

本文将介绍超级电容充电方案的原理和常用的充电方式，以及一些注意事项。

超级电容充电原理超级电容的充电原理基于电荷储存在电容器的两个极板之间的原理。

充电过程中，电荷从一个极板移到另一个极板，当电荷储存到一定程度时，超级电容器即充满电。

超级电容器的充电过程可以通过控制电流和电压来实现。

常用的超级电容充电方式恒流充电方式恒流充电方式是一种常用的超级电容充电方式。

充电过程中，通过限制充电电流的大小，使超级电容器的电流保持不变。

这种充电方式可以快速充满超级电容器，但需要注意控制充电电流的大小，以避免过高的电流损坏超级电容器。

恒压充电方式恒压充电方式是另一种常用的超级电容充电方式。

充电过程中，通过控制充电电压的大小，使超级电容器的电压保持不变。

这种充电方式可以保护超级电容器不受过高的电压影响，但充电时间较长。

恒功率充电方式恒功率充电方式是一种综合了恒流充电和恒压充电的充电方式。

充电过程中，通过控制充电电流和电压的大小，使超级电容器的功率保持不变。

这种充电方式可以兼顾充电时间和充电效率。

超级电容充电方案的注意事项电流和电压控制在选择超级电容充电方案时，需要注意控制充电电流和电压的大小，以避免过大的电流和电压对超级电容器的损坏。

温度控制超级电容器的充电过程中会产生一定的热量，需要注意对超级电容器的温度进行控制，避免温度过高对超级电容器的性能产生负面影响。

充电时间不同的充电方式和充电参数会对充电时间产生影响，需要根据实际需求合理选择充电方式和充电参数，以满足充电时间的要求。

结论超级电容充电方案是使用超级电容器的关键环节，恰当的充电方式和充电参数能够更好地发挥超级电容器的优势。

本文介绍了超级电容充电的原理和常用的充电方式，以及一些注意事项。

超级电容充电方案

超级电容充电方案概述超级电容器，也被称为超级电容，是一种能够储存大量电荷并快速放电的电子器件。

其具有高能量密度、长寿命、快速充放电速度等优点，因此在各个领域的电子设备中得到了广泛应用。

本文将深入介绍超级电容充电方案，包括充电原理、充电技术与策略等内容。

充电原理超级电容器的充电原理是通过将电流流入电容器的电极，将电荷储存在电容器的电介质中。

由于电容器内部的电介质具有高吸附性，能够吸附大量电荷，因此能够存储大量的电能。

充电过程中，电流从电源经过控制电路流入电容器的正极，使电容器内部的电荷逐渐增加，直到达到设计要求的电荷量。

充电技术1. 直流充电：直流充电是最常见的超级电容充电技术。

通过连接超级电容器与直流电源，将电流直接注入超级电容器，使其充电。

直流充电具有简单、成本低等优点，适用于大多数超级电容充电场景。

2. 脉冲充电：脉冲充电是一种特殊的超级电容充电技术，其通过一系列周期性的脉冲电流将电容器充放电。

脉冲充电具有充电速度快、能量传递效率高等特点，适用于对充电速度有较高要求的场景，如电动车充电。

3. 恒流充电：恒流充电技术是一种通过控制充电电流大小使电容器充电速度稳定的充电方法。

在恒流充电过程中，充电电流会根据电容器的电压变化进行调整，以维持一个恒定的充电速度。

恒流充电技术能够保证超级电容器充电过程中的稳定性和安全性。

充电策略1. 先充电前放电：为了提高超级电容器的充电效率和性能，一种常见的充电策略是在充电之前进行放电。

通过将超级电容器完全放电，能够提高电容器的电荷容量和充电效率。

然后再进行充电，可以使充电过程更加高效。

2. 多级充电：多级充电是指将超级电容器的充电过程分为多个阶段进行。

每个阶段都设定一个适当的充电电流和电压范围，以确保充电过程的稳定和安全。

通过多级充电可以提高充电效率，并减少对电容器的损害。

3. 温度控制充电：超级电容器的充电过程中，温度的变化会对充电效率和容量等性能产生影响。

因此，采用温度控制充电策略可以更好地控制充电过程中的温度变化，提高充电效率和电容器的寿命。

超级电容如何充放电？

超级电容如何充放电？超级电容由于额定电压低只有2.7伏,通常是串联起来充电,经过实验如果不是很多电容串联均压,十只以内可以不考虑电压均衡的问题。

在此先后采用了以下方法:1、太阳能电池板充电:用额定电压18伏10瓦光伏板给8只1000法拉2.7伏电容串联后充电,在强阳光照射下,以0.5安电流充电,大约一个小时就充好了,但是达不到18伏电压,只有15～16伏。

2、蓄电池充电;用已经充满电的12伏蓄电池给超级电容充电,在超级电容电压很低时,一定要串联变阻器限制充电电流,否则会造成电流击穿。

可以以2安稳定电流充电,充电电流会随着电容电压升高会逐渐降低,调整变阻器保持电流仍维持2安。

如果有恒流源设备,用恒流源恒定电流充电最为理想。

3、稳压电源充电:由于一般的开关稳压电源的电压都设计成固定的几个数值,不适合超级电容的电压,所以自己动手装了一台可调稳压电源采用LM317可调稳压集成块的标准电路,可以从1.4伏连续调到14.8伏(由于变压器输出只有15伏)。

将四只1000法2.7伏电容串联作为一组,将可调稳压电源调到10伏后,再接通被充电容,稳压源电压会下降到7伏左右(原因可能是稳压源内阻大、容量小),随着电容电压上升,充电电流减小,稳压源电压逐渐上升,经过大约半小时,电压上升到9.76伏左右,此时充电电流已经下降到0.1～0.2安,充电就结束了。

两组分别充电,后再串联,电压可以达到18.5 伏。

1、用于LED照明:用12伏6瓦LED灯作为负载,将充到12左右的超级电容作为电源,按照计算5只1000法串联充电到13.5 伏,存储能量为Q=CU=1000/5x13.5=2700安秒,实际试验只能正常照明大约10到15分钟,电容电压下降灯具照度下降,电容电压下降到8伏左右时就不能正常工作了。

2、用儿童玩具车作为负载,100法2.7伏电容两并两串,C=100法拉,充电到5伏,可以使小车行驶30到50米距离(视行驶的路面不同而异),用自制充电器充到5伏只需要5分钟就可以了。

超级电容充电电路设计

超级电容充电电路设计超级电容充电电路是一种常见的电子元件，它具有高容量、高能量密度和长寿命的特点，因此在许多领域得到广泛应用。

本文将介绍超级电容充电电路的设计原理和注意事项。

一、超级电容简介超级电容，也称为超级电容器或超级电容器，是一种具有高电容量和高能量密度的电子元件。

它的工作原理是利用电介质的电荷分离能力将电能存储起来，与传统的电解电容器相比，超级电容具有更高的电容量和更低的内阻，能够提供更高的存储能量和更大的放电电流。

二、超级电容充电电路设计原理超级电容充电电路设计的目的是将电源的电能稳定地输送到超级电容中进行储存。

以下是超级电容充电电路设计的几个关键原则：1. 电源选择：超级电容的充电电压范围通常在2.5V至3.6V之间，因此需要选择适合的电源供电。

常见的选择有锂电池、太阳能电池等。

2. 充电电流控制：超级电容的充电电流需要控制在合适的范围内，以避免过高的充电电流导致超级电容损坏。

可以通过电流限制电路或电流控制器来实现。

3. 充电电压监测：为了保证超级电容的安全和稳定，需要对充电电压进行实时监测和控制。

可以使用电压监测电路或电压控制器来实现。

4. 充电时间控制：超级电容的充电时间需要控制在合适的范围内，以保证充电效率和超级电容的寿命。

可以通过计时器或定时器来实现充电时间控制。

5. 温度控制：超级电容在高温环境下容易发生失效或损坏，因此需要进行温度控制。

可以通过温度传感器和温度控制回路来实现温度控制。

三、超级电容充电电路设计注意事项在设计超级电容充电电路时，需要注意以下几点：1. 选择合适的电源和电源电压。

电源的电压应该在超级电容的额定电压范围内，同时要保证电源的稳定性和可靠性。

2. 控制充电电流和充电电压。

充电电流不宜过大，以免损坏超级电容；充电电压需要实时监测和控制，以保证超级电容的安全和稳定。

3. 控制充电时间和温度。

充电时间应该控制在合适的范围内，以保证充电效率和超级电容的寿命；温度应该控制在适宜的范围内，以避免超级电容的失效或损坏。

超级电容充电的正确方法

超级电容充电的正确方法超级电容是一种能够高效储存电能的装置，具有快速充放电、长寿命、高循环稳定性等特点。

正确的充电方法能够有效提高超级电容的充电效率和充电速度，延长其使用寿命。

下面将介绍一些超级电容充电的正确方法。

选择合适的电源和充电电压是非常重要的。

超级电容具有较低的电压需求，通常在2.7V至5.5V之间，因此在充电时应选择符合超级电容额定电压的电源。

同时，充电电压也应在超级电容的额定范围内，过高或过低的充电电压都会对超级电容造成损害。

采用恰当的充电电流和充电时间也是至关重要的。

超级电容的充电电流应控制在额定充电电流的范围内，过大的充电电流会导致超级电容内部的电压过高，从而损坏电容器；而过小的充电电流则会导致充电时间过长。

充电时间应根据超级电容的电容量和充电电流来确定，通常可以通过计算得到。

合理选择充电模式也是超级电容充电的关键。

常见的充电模式有恒流充电、恒压充电和恒功率充电。

恒流充电模式下，充电电流保持不变，直至超级电容电压达到充电电压；恒压充电模式下，充电电压保持不变，直至充电电流下降到一定程度；恒功率充电模式下，充电功率保持不变，充电电压和充电电流同时调整。

选择合适的充电模式可以提高充电效率和充电速度。

采用适当的充电温度也能够提高超级电容的充电效果。

通常情况下，超级电容的充电效果随温度的升高而提高，但过高的温度会对超级电容造成损害。

因此，在充电过程中应注意控制充电温度，避免过高或过低的温度。

合理地使用超级电容也能够延长其使用寿命。

超级电容具有一定的寿命，使用寿命与充放电次数有关。

因此，在使用过程中应避免频繁充放电，合理控制充放电次数，以延长超级电容的使用寿命。

超级电容的正确充电方法包括选择合适的电源和充电电压、采用恰当的充电电流和充电时间、合理选择充电模式、控制充电温度以及合理使用超级电容等。

通过正确的充电方法，可以提高超级电容的充电效率和充电速度，延长其使用寿命，从而更好地发挥其储能功能。

超级电容的充电方式

超级电容的充电方式 Hessen was revised in January 2021随着动力电池的发展和应用，动力电池的充电技术也应运而生，目前所采用的比较传统的充电方式有恒流充电和恒压充电。

恒流充电是在充电过程中，全程采用恒定不变的电流进行充电，一般适用于在电流不大的情况下，进行长时间充电；恒压充电则是采用动力电池可接受的恒定的电压进行充电；之后又出现了上述两种充电方式的组合模式，如恒流限压充电(充电到限定电压后，通过减小充电电流限制电压上升)、恒压限流充电(充电电压恒定，充电电流始终小于限定的电流值)先恒流后恒压充电(先恒定电流充电，当充电到指定电压时转为恒定电压充电)等，因为这些方式没有比较准确的控制而且模式比较单一，在充电时间、充电效率等方面并不十分理想；但由于所需控制量少、实现简单，这些方式在很多场合下仍被采用[31]。

由于动力电池存在固有的可接受充电电流曲线，随着充电时间的增加，可接受充电电流随之减少，因此采用恒压或恒流的充电方式，充电过程始终小于或大于电池可接受的充电电流的状态下进行，从而降低了充电效率，延长了充电时间。

因此根据动力电池的自身充电规律，可以把充电过程细分为若干阶段，各个阶段采用不同的充电模式，或者根据电池的不同状态，采用相应的充电模式，使整个充电过程更符合动力电池的充电特性。

研究表明这种方式可以有效地减小充电时间、提高充电电量，但该方式控制方式比较复杂，通用性不强[32]。

脉冲充电方式也是常用的充电模式之一。

脉动式充电是指充电电流或电压以脉冲的形式加在蓄电池两端进行充电，可以缩短充电时间，增大充放电容量，减少电池发热，提高充电效率。

有实验表明[33][34]如果可以提供正、负相间的电流脉冲，就能增加动力电池的循环使用次数，延长使用寿命。

但现有的脉冲充电器的充电脉冲宽度和间歇时间大多是固定的，无法根据充电状态进行相应的改变（可否考虑PWM），因此充电效果受到了影响。

超电充放电机理

超电充放电机理超级电容是一种具有高能量密度和高功率密度的能量存储装置，它已经在许多领域得到了广泛的应用。

超级电容的充放电机理是其能够实现快速充电和放电的关键，下面将详细介绍超级电容的充放电机理。

超级电容的充电机理超级电容充电的机理与普通电池有所不同，超级电容的充电速度明显更快。

在超级电容充电的过程中，主要通过电场吸附和电动力吸附两种方式存储电荷。

电场吸附是指电荷通过电场作用被吸附在电极表面，而电动力吸附则是指电荷在电荷间的排斥作用下，被吸附在电极表面。

这两种方式共同作用，使得超级电容的充电速度非常快。

超级电容的充电速度取决于电荷传输的速率，而电荷传输的速率则取决于电解质的导电性能和极间距离。

因此，为了实现快速充电，需要选择具有高导电性能的电解质和将极间距离减小到最小。

此外，超级电容的充电速度还受到电极表面积的影响。

电极表面积越大，存储电荷的能力就越大，充电速度也就越快。

因此，设计具有大表面积的电极是实现快速充电的关键。

超级电容的放电机理超级电容的放电机理与充电机理类似，同样是通过电场吸附和电动力吸附两种方式释放存储的电荷。

在超级电容放电的过程中，经过电路介质，电能转化为化学能，然后释放为电流。

超级电容的放电速度也取决于电解质的导电性能和极间距离。

放电速度越快，超级电容释放的电能就越大。

因此，要实现高功率输出，需要选择具有高导电性能的电解质和减小极间距离。

此外，电极表面积也会影响超级电容的放电速度。

放电速度与电极表面积成正比，因此设计具有大表面积的电极可以实现更高的功率输出。

总结超级电容的充放电机理涉及电场吸附和电动力吸附两种方式，通过控制电解质、极间距离和电极表面积等因素，可以实现快速充放电和高功率输出。

超级电容作为一种高能量密度和高功率密度的能量存储装置，已经得到广泛应用，并在未来的能源领域有着巨大的发展潜力。

希望通过本文的介绍，读者对超级电容的充放电机理有了更深入的了解。

超级电容恒流充电电路

超级电容恒流充电电路
超级电容恒流充电电路的设计需要控制充电电流的大小，使得超级电容器可以以恒定的电流进行充电。

这种充电方式可以最大限度地减少充电时间，并提高充电效率。

在设计超级电容恒流充电电路时，需要考虑以下几个关键因素:
1.充电电流控制:在超级电容恒流充电电路中，需要精确控制充电电流的大小和充电时间，以避免电池过充或欠充。

可以通过使用PWM (脉宽调制)控制芯片来实现电流的精确控制。

2.充电电压控制:在超级电容恒流充电电路中，需要将充电电压控制在一定范围内，以避免电池过压或欠压。

可以通过使用电压检测芯片来实现电压的精确控制。

3.充电效率:在超级电容恒流充电电路中，需要尽可能提高充电效率，以减少充电时间和能耗。

可以通过优化电路设计和采用高效充电芯片来实现。

4.安全保护:在超级电容恒流充电电路中。

需要设置安全保护措施，以避免电池过热或过流。

可以通过使用保护芯片或电路来实现安全保护。

总之。

超级电容恒流充电电路的设计需要综合考虑充电电流电压、效率、安全保护等因素，以确保超级电容器的正常充放电和延长使用寿命。

制表：审核：批准：。

超级电容充电方法研究综述

超级电容充电方法综述1课题背景及意义1.1课题研究背景当今社会，电能在人们的生产生活中扮演者越来越重要的角色。

电能的储存技术作为电能应用的一个方面，给人们带来了各种便利。

然而，随着高新技术的发展，人们对电能的质量要求也越来越高，传统的储能技术越来越体现出局限性，蓄电池储能，超导磁能，飞轮储能，等等。

无法为现代技术的发展提供完善的电力保障。

新的储能技术呼之欲出。

20世纪70年代，超级电容器问世，它是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能元件，其电容量极大，可达几百至数千法拉，因此其功率密度高于普通电池，不仅适合于做短时间的功率输出源，而且还可以利用其比能量大，比功率高等优点，在工业，交通领域做出贡献，此外，超级电容还具有充电时间短，可靠性高，使用寿命长（充放电循环次数可达十万次以上，且不用维护），工作温度范围大，充放电效率高和对环境无污染等优点。

近年来随着碳纳米技术的发展，超级电容的制造成本不断降低，而其功率密度和能量密度却不断提高，这些都将进一步拓展并加快超级电容器在新型电力储能方面的应用。

1.2超级电容器的发展状况1879年德国人赫姆霍兹（Helmholtz）发现了电化学界面的双电层电容性质，1957年美国人Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利，1962年标准石油公司(SOHIO)生产了一种6V的以活性碳(AC)作为电极材料,以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器,。

1969年该公司首先实现了碳材料电化学电容器的商业化，1979年日本NEC公司开始生产超级电容器(SuperCapacitor)，开始了电化学电容器的大规模商业应用;随着材料与工艺关键技术的不断突破，产品质量和性能不断得到稳定和提升,到了九十年代末开始进人大容量高功率型超级电容器的全面产业化发展时期。

在超级电容器的产业化上,最早是1980年NEC/Tokin与1987年松下三菱的产品。

到20世纪90年代,，Econd 和EL IT推出了适合于大功率启动动力场合的电化学电容器.如今,，Panasonic、NEC、EPCOS、Maxwell、Powerstor、Evans、SAFT、Cap-xx、NESS等公司在超级电容器方面的研究均非常活跃。

超级电容器恒流充电分析

超级电容器恒流充电分析【摘要】超级电容器充电电压基本呈线性变化：在充电初始阶段，超级电容器电压上升很快，中间变化相对平缓，之后上升幅度再次加快，在充电初始和充电末阶段有明显的电压波动；充电电流越大，满充时间越短，验证了超级电容器大电流快速充电的特点。

【关键词】超级电容器；恒流充电0.引论超级电容器集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身，具有工作温度宽、可靠性高、可快速循环充放电和长时间放电等特点，广泛用作微机的备用电源、太阳能充电器、报警装置、家用电器、照相机闪光灯和飞机的点火装置等，尤其是在电动汽车领域中的开发应用已引起举世的广泛重视。

1.等效串联电阻对充电过程影响分析超级电容器单体的基本结构主要包括集电板、电极、电解质和隔离膜。

其等效模型如图1所示。

其中，EPR为等效并联内阻，ESR为等效串联内阻，C为等效容抗，L为电容感抗。

EPR主要影响超级电容器的漏电流，从而影响电容的长期储能性能，EPR通常很大，可以达到几万欧姆，所以漏电流很小。

L代表电容器的感性成分，它是与工作频率有关的分量。

图1 超级电容器的等效模型限制超级电容器应用的主要因素是电容器的等效串联电阻ESR过大，限制了其大电流输出能力。

双电层电容器ESR是反映其性能的一个重要指标。

电容器的等效电阻主要由电极物质内阻、溶液内阻、接触电阻等构成。

等效串联电阻的外在表现为：当电极充电到某一恒定电位足够长时间，电容开始放电时电极电位会有一个突降U。

该现象影响超级电容器的有效储能量，并随充电电流的增加，端电压的突变幅度增加，有效储能量降低。

由于超级电容器在恒电流充放电过程中，电流的大小或方向在充电过程结束和放电过程结束时发生改变，所以可以通过电流阶越方法测定电容器等效串联电阻。

具体方法是精确记录改变电流大小及方向时电容器电压的改变，利用关系式ESR=U/I计算电容器的等效串联电阻。

室温下，将额定容量为2700F的超级电容器单体的额定电压Umax=2.7V确定为工作电压上限，Umin=1.35V确定为工作电压下限，分别利用恒流I=20A，50A，100A对超级电容器进行充电测试。

蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略

蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略一、概述在当今能源结构转型和电力系统智能化的大背景下，混合储能技术因其独特的优势引起了广泛的关注和研究。

蓄电池与超级电容器（Supercapacitor）构成的混合储能系统作为一种高效、灵活的能量存储解决方案，具有显著的应用潜力。

该系统结合了蓄电池的大能量密度特性和超级电容器的高功率密度及长寿命优势，在满足不同应用场景下对能量和功率需求方面展现出了卓越的性能。

蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略是决定其整体效能和使用寿命的关键因素。

合理的控制策略能够实现两种储能元件之间的优化协调工作，包括动态负荷分配、荷电状态管理、以及在充放电过程中的互补利用等。

通过精心设计的控制算法，能够在确保系统稳定运行的同时，最大程度地提升系统效率，延长整个储能系统的循环寿命，并有效应对电网波动、可再生能源出力不稳等问题，从而更好地服务于智能电网、新能源汽车、轨道交通等多个领域。

本章将重点介绍和探讨适用于蓄电池与超级电容混合储能系统的各类控制策略及其关键技术要点。

背景介绍：阐述混合储能系统在现代电力系统中的应用背景及其重要性。

在现代电力系统中，随着可再生能源的大规模并网以及负荷需求多样性和复杂性的增加，对电力系统的灵活性和稳定性提出了更高的要求。

蓄电池与超级电容混合储能系统作为一种新型高效的储能技术方案，逐渐成为解决这一挑战的关键手段之一。

混合储能系统结合了蓄电池和超级电容各自的优点，实现了优势互补：蓄电池具有较高的能量密度，适用于长时间的能量存储与稳定供电而超级电容则具备超高的功率密度及长寿命循环特性，尤其适合短时大功率充放电以及频率调节等应用场景。

在实际电力系统运行中，混合储能系统能够有效平抑可再生能源发电的波动性，提高电网的调峰填谷能力，增强电力系统的瞬态稳定性，并且可以作为备用电源保障关键负荷的不间断供电。

混合储能系统还可以参与电网辅助服务市场，如无功补偿、黑启动等，进一步提升电力系统的可靠性和经济性。

串联超级电容组动态分段充电控制策略

串联超级电容组动态分段充电控制策略于鹏;杨仁刚【摘要】The drawback of charging strategy for series connected supercapacitors is that the available methods are high over voltage risk,low available rate of capacitance and poor adaptability. By enhancing current charging strate-gy,a supercapacitor charging strategy based on dynamic segmentation has been proposed. This strategy has the ad-vance that the available capacitance rate can be improved. The constant current charging step is divided to starting step,main constant current charging step and stair current step. The voltage of constant voltage step is dynamically decided by the voltage of cells. The transfer parameters of different step were computed. the state machine was de-signed to realize this strategy. The simulations are experimented with the model of series connected supercapacitors with balancing circuit. The simulation result proved that the voltage jumping up in the staring step and the voltage droping are restrained. The strategy improve the available capacity rate of supercapacitors to 9%.%针对目前的超级电容组充电策略存在过压风险和容量利用率较低的缺陷,在现有充电方法的基础上,提出一种动态分段超级电容充电控制策略,提高了超级电容容量利用率.该方法划分为恒流充电、恒压充电与浮充3个阶段,恒流充电又划分为启动阶段、恒流阶段与充电终止阶段,恒压充电根据单体电压动态确定,设计了状态机实现该方法.采用带有均压电路的串联电容组模型进行仿真实验以验证充电效果.仿真结果表明:该方法可将超级电容利用率提高9%.【期刊名称】《江西师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(040)002【总页数】6页(P120-125)【关键词】超级电容;充电策略;启动电流;阶梯电压【作者】于鹏;杨仁刚【作者单位】渤海大学工学院,辽宁锦州 121000;中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083;中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TM53要提高新能源在电网中应用的比例，必须采用新的技术手段抑制电网波动[1].超级电容容量大，循环寿命长，可以快速大功率充放电，适合用于调节一定范围之内的电网电量波动.超级电容串联储能系统充电不当会造成电容容量利用率低的问题，还存在过流过压风险.因此充电控制策略决定了超级电容在电网中应用的效率，也影响超级电容及充电器的可靠性，是超级电容储能应用研究的重点内容.目前的电池/电容充电模式主要有恒流法、恒压法、恒功率法、浮充/涓流法和脉冲法[2].恒流法在充电过程中充电电流不变，在超级电容充电策略中应用较为普遍[3].恒压法充电电压保持恒定.恒功率法指充电过程中电压电流存在变化但是功率保持恒定.浮充也是一种恒压充电方法，一般指在恒压基础上降低充电电压进行持续小电流充电.脉冲法采用脉冲电流进行周期性重复充电.在以上充电模式基础上形成了2段法、3段法等充电控制策略.2段法如文献[4]所述先恒流充电，再恒功率充电.文献[5]采用先恒流，再浮充的方法.文献[6]先采用恒流限压充电方式，再转入恒压浮充方式.文献[7]先采用脉冲充电，再采用浮充补充.3段法一般指充电器充电分为3个主要阶段，包括恒流阶段、恒压阶段、浮充/涓流阶段[8].3段法还包括对充电模式与参数进行修改的方法[9].此外目前还出现了智能充电法，这类方法实时监测储能单元状态，根据控制算法判断充电控制参数与模式[10-11].充电控制技术又可分为根据时间的控制技术与根据电池的状态特性的控制技术[12].目前的充电策略在蓄电池领域已经投入商业应用，但是在超级电容领域应用存在不足.超级电容组充电具有如下2个主要特点：(i)可以进行大电流快速充电；(ii)电容组一般具有均压电路.文献[13]分析了恒流、恒压、恒功率超级电容充电方式的能量利用效率，该文献认为超级电容恒流充电电流越大能量利用效率越高.文献[14]同样认为应采用恒流充电提高能量利用率，并建议恒流充电与恒功率充电混合.但是恒流法在结束阶段存在电压跌落，影响电容容量利用率.文献[9]指出超级电容充电结束时存在端电压突变和电容充电不满的情况.在大电流充电停止时，超级电容端电压会出现电压跌落，在超级电容串联增多的情况下电压跌落会更大，导致电容容量利用率降低.均压电路也会导致电容电压逐渐降低而使电容容量利用率降低.恒流法在启动瞬间还存在过流/过压风险而降低充电器与超级电容装置的可靠性.文献[15]指出PWM整流器在初始阶段如果不限定电压值容易损坏设备.恒压法在充电初始阶段容易出现过流损坏充电器.浮充法电流小速度慢，只适合于补充漏电流.脉冲法不容易控制充电电流，其脉冲电流对超级电容极片与电解液的影响还有待深入研究.2段法、3段法组合使用各种充电模式，依然存在启动、结束阶段过流/过压风险大，通用性不强，超级电容利用率低的问题.智能充电法控制器设计有待研究. 目前的充电策略研究尚未考虑充电策略对储能容量利用率的影响和均压电路对超级电容储能装置容量利用率的影响.本文针对提高电容容量利用率的问题并考虑均压电路工作效果，提出动态分段法充电控制策略，同时考虑降低启动过流风险.动态分段法充电控制策略混合了基于时间的控制与根据电容状态特性的控制，可以归类为智能充电法.这种控制策略实时根据超级电容状态改变充电参数与控制阶段，将充电过程分为分段恒流、阶梯恒压和浮充阶段.通过动态分段充电提高电容利用率，减少充电器过流的风险.本文研究动态分段式充电方法在超级电容充电中应用的原理并通过仿真实验验证该方法的有效性.1.1 充电原理与控制策略动态分段策略总体分为分段恒流阶段、阶梯恒压阶段和浮充阶段.动态分段式控制策略为：1)分段恒流阶段又划分为启动、阶梯恒流和充电终止3个阶段.启动阶段线性增加启动电流，增加到设定值之后转入恒流充电.阶梯恒流阶段在每个阶梯时间段采用恒定电流充电.终止阶段由临时恒压与分段恒流2个子阶段构成.这2个子阶段动态交错进行.2)阶梯恒压阶段采用不断升高的恒定压充电.在一个阶梯电压期间采用恒定值.重复此过程直到单体电压值与额定电压值之差达到要求为止.3)浮充阶段降低电压，保持长时间恒压小电流充电.1.2 充电控制状态机为了实现动态分段控制策略，设计通过状态机动态生成控制指令.状态机控制具有增强控制策略通用性、降低计算算法复杂性、易与可控整流电路兼容的优点.充电的不同阶段对应状态机的5个不同状态：充电启动阶段对应启动状态，恒流充电阶段对应阶梯恒流状态，充电终止阶段对应交错转换的阶梯恒流状态与临时恒压状态.阶梯恒压阶段对应阶梯恒压状态，浮充阶段对应浮充状态.工作状态在外部参数设定之后根据电容电量信号自动判定，各个状态根据条件转换，每个状态都输出控制指令由外部设备执行.接下来依次说明这5个状态开始与结束的条件，并说明状态对应的输出.1)进入启动状态由外部事件Scevent或电容组端电压uz情况触发.Scevent事件由充电控制器根据充电条件确定，当Scevent事件对应布尔变量为真时触发充电，充电条件可以根据具体情况调整.当电容组端电压uz低于设定值ulowlimit对也会触发充电.启动状态的输出为电流控制信号.启动状态电流控制指令值为斜率为k的直线io=kt，其中io为启动状态输出指令电流；k为设定指令电流斜率；t为启动状态持续时间.启动状态的结束通过判断串联总电压uz(t)大于设定值ustart决定. 2)分段恒流状态由启动状态结束时自动转入.分段恒流状态输出恒流充电指令电流.指令电流根据进入恒流阶段的次数2N，衰减，其中is代表恒流充电电流；ie代表外部设定电流；N为进入分段恒流状态的次数.分段恒流状态的结束判断单体最大电压umax大于设定值utrans决定.3)临时恒压状态由分段恒流状态结束自动转入.临时恒压状态输出为恒压电压指令.电压指令设置为由恒流状态转入临时恒压状态时刻的电容组总电压uz(ttrans)，其中ttrans为恒流转入恒压的状态转换时刻.临时恒压状态的结束通过计时，在设定延时tdelay时采样总电压uz(tdelay)判断.若总电压uz(tdelay)与期望电压ue差值大于设定限值时，则临时恒压状态转回阶梯恒流状态.4)阶梯恒压状态的开始通过临时恒压状态判断总电流iz(t)，当总电流iz(t)小于设定值icvol时，临时恒压状态转入阶梯恒压状态.阶梯恒压状态输出指令电压动态设置，电压设定值为其中k=1，2，…，i=1，2，…，n，uAk为第k充电终止电压；n为串联单体总数；uce为单体额定电压；k为阶梯电压的递增编号.阶梯恒压状态动态电压设置值的改变通过判断总电流iz和总电压uz实现.设istair为阶梯恒压状态电流设定限值，当iz小于istair且总电压uz小于设定上限uuplimit时根据(1)式刷新电压设定值.阶梯恒压状态的结束通过判断总电流iz和总电压uz实现，当总电压uz大于设定上限uuplimit且总电流小于设定下限ifimit时阶梯恒压状态结束进入浮充状态.5)浮充状态的开始由阶梯恒压状态结束自动转入.浮充状态输出充电控制电压符合uz-uge=ε，其中uz为测量模组总电压；uge为模组设定电压；ε为确定值.浮充状态的结束通过判断指令Scevent或总电压uz完成，当判断指令Scevent 为真或总电压uz低于设定值时，浮充结束，进入充电启动阶段.控制策略状态转换图如图1所示.变量表见表1.其中电容组采集单体电压电量、总电流电量与总电压电量做为状态判断依据.状态转换参数表见表2.状态参数一般根据超级电容额定参数人工设定.状态参数设定之后，充电过程会以此为依据自动决定不同模组的工作状态.表2给出了本文中的状态转换设置值.采用Simulink试验环境验证动态分段充电方法的合理性.实验设计超级电容串联组在均压电路工作情况下充电.规模化储能系统由串联超级电容组单元组合构成，实验通过少量电容串联组构成的储能单元研究充电控制策略、均压电路和超级电容组的总体特性.具体实验设置与实验结果如下.2.1 超级电容模型对于超级电容的描述采用经典模型，如图2所示.由图2可知，超级电容模型由其容量C、内阻RESR、并联内阻RESP描述.2.2 实验设置设电容模组采用超级电容组4只串联，假设额定电压12 V.实验系统原理见图3，其中均压电路采用文献[16]所介绍的电路.为了对比分析动态分段法的性能，实验分别采用动态分段法与普通3段法对参数相同的超级电容组进行充电.表3给出仿真实验的超级电容模型数据.设超级电容充电额定电压为3 V.记录模组单体电压与总模组电压时间序列.为了便于观察动态分段法的效果，实验采用普通3段法充电模型与本文控制策略模型进行比较.其中动态分段法额定电流23 A，恒定电压自动确定，浮充电压设定为2.9 V.普通3段法采用相同的额定电流23 A，恒定电压自动确定，浮充电压设定为2.8 V.2.3 充电实验结果串联超级电容组充电启动阶段电压波形比较见图4，充电终止阶段波形比较见图5.阶梯恒压充电阶段波形比较见图6，4串电容组总端电压波形见图7，电容单体端电压波形见图8.2.4 结果分析由图4(a)可知，初始阶段充电电流逐渐提高，降低了启动瞬间过流的风险.图4(b)为普通3段法充电启动过程，在接近0 s处，存在电压跳变.此结果表明，采用动态分段法对串联超级电容组充电，初始电流逐渐升高，因此可以预防因电流突变可能造成的充电器损坏.由图5(a)可知，在分段恒流充电结束阶段，单体充电电压达到最大值以后，控制器进入临时恒压充电状态，再减小充电电流继续充电，同时电压跌落逐渐减小.当充电电流减小为初始恒定充电电流的1/8时，停止恒流充电时刻电压降落已经小于0.1 V.图5(b)直接切换为恒压充电方法，电压跌落较大.在高压串联电容组中充电电流越大电压跌落的现象将越严重，此时如果直接转换为恒压充电能量效率较低.因此分段恒流充电保证了能量效率.由图6(a)可知，阶梯电压充电阶段，电压曲线阶梯状升高.图6(b)恒压充电电压低于本文方法的电压.由图7(a)可知，充电开始阶段电压逐渐升高，在恒流充电向恒压充电转折阶段存在电压的跌落，在阶梯恒压阶段端电压自动逐渐上升直到串联电容额定电压为止.而图7(b)只采用3段法在恒压充电阶段中单体不过压情况下充电终止电压明显低于动态分段法的充电终止电压.由图8(a)可知，在均压电路作用下，电容单体电压趋近于一致，而且逐渐升高.在10 s处，图8(a)单体充电在结束时电压明显高于图8(b)充电在结束时电压.定义超级电容容量利用率为其中η为电容容量利用率，ui为单体电压.容量利用率与储能总能量采用电容模组充电获得最高电压时进行计算，与设定浮充电压值无关.在串联单体数为n的情况下容量利用率为由此可知，在额定电压相同情况下单体电压越高，组容量利用率越高.因此，采用本文方法充电容量利用率高于普通3段法.普通3段法与本文充电方法单体容量利用率的具体比较见表4.由表4数据计算得到，充电结果采用本文方法总电容量利用率为99.43%，采用普通3段法总容量利用率为94.45%，采用本文方法容量利用率提高4.98%.由表4数据根据电容储能公式计算可知采用本文方法充电总储能为186.362 8 J，采用普通3段法充电总储能为168.181 0 J.本文提出的动态分段法充电的串联超级电容组总储能比普通3段法提高了10.8%.由以上实验数据可知，本文提出的动态分段充电法，提高了串联储能电容组的容量利用率，降低了充电过程中故障的风险.本文提出了一种基于动态分段法的超级电容充电控制策略.该策略分为分段恒流、阶梯恒压与浮充阶段.分段恒流阶段又分为启动、阶梯恒流和充电终止3个阶段.充电的各阶段由状态机控制，通过4种状态切换实现.本文采用带有均压电路的仿真电容组模型充电验证本方法的特性.将动态分段法控制策略与普通3段法控制策略充电的容量利用率进行了比较分析.分析结果表明采用动态分段法充电控制策略充电比采用普通3段法充电的电容组容量利用率提高4.98%，总储能提高了10.8%.仿真实验结果表明，本文提出的动态分段法充电策略提高串联超级电容组中的单体容量利用率，降低充电器与超级电容组在充电时失效的风险.在超级电容规模化使用领域中具有应用意义.【相关文献】[1]于波.微网与储能系统容量优化规划 [D].天津：天津大学，2012：67-68.[2] 代娟.超级电容智能充电机的研制 [D].重庆：西南大学，2013：10-12.[3] 毛金勇.储能式城轨超级电容均压策略研究与充电系统研制 [D].长沙：中南大学，2013：29-31.[4] 赵允刚，范永强，刘波峰.低地板车超级电容快速充电装置设计及仿真研究[J].科技资讯，2003，30(60)：91-92.[5] 蒋玮，胡仁杰，张金龙.光伏直流系统中超级电容充电电路设计与分析 [J].电源技术，2011，35(7)：847-857.[6] 马鹏宇.超级电容混合动力汽车充电系统研制 [D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009：12-13.[7] 汪亚霖，文方.超级电容充电策略研究 [J].机械工程与自动化，2002(5)：170-171.[8] 袁斌，郇战，陈树越.基于P89LPC938的阀控式铅酸电池充电器检测系统 [J].常州大学学报：自然科学版，2010，22(4)：61-63.[9] 周小波，徐磊.超级电容充电系统的设计 [J].阜阳师范学院学报：自然科学版,2013，30(4)：36-39.[10] 陈体衔，甄春花.VRLA蓄电池变电流间歇快速充电方法 [J].蓄电池，1999(1)：6-9.[11] 王库、冯义.快速充电技术的探讨 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