超级电容的电特性及在独立光伏系统中的应用.pdf

万方数据

c：掣超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用Il闰晓金孙晋豪徐利娜问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能电极是活性碳多孔化电极，引出电极为铝箔，类似于个电极的隔膜在除了引出电极、多孔化活性碳和隔膜外的所有空间均填充电解液，这样做可以获得比得多，因此，容量可以应用平板电容器的容量公式确一16普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板———■■——■—●■■——■■■●—————■■■■■●●■■—■■■■■—■—■●■■●—■——■■■■■■■■———■●●■■■■—一I关键词：超级电容器；等效串联电阻；阻抗频率特性；独立光伏超级电容器是一种新型的储能元件，随着它的和研发新的电子线路扩展其应用领域是电力电子技术领域科技工作者的一个热门课题。超级电容器的结构及原理1．1超级电容器结构图l为超级电容器的模型。超级电容器的实际铝电解电容器的阴极，中间用电解电容器纸作为两被深度腐蚀的铝箔的实际面积与空间面积比大得多，同样，具有流动性的电解液可以与多孔化的活性碳电极紧密接触使实际电极具有更大的有效极板面积，可以达到每克200平方米[1】。尽管超级电容器的实际电极是活性碳粉，仍比电解液的离子半径大定：(1)其中￡¨e、S、d分别为极板问介质的相对真空的介电系数、电介质的相对介电常数、电容器的极板面积、极板间的距离。1．2工作原理超级电容器是利用双电层原理的电容器【2】，原理示意图如图2。当外电压加到超级电容器的两个极板上时，与存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同向的接触面上，以正负电荷之问极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态(通常为3V以下)，如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界第19卷第4期北华航天工业学院学报2009年8月(北华航天工业学院电子工程系，河北廊坊065000)摘要：简要叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，详细介绍了超级电容器的主要电参数和测试条件，分析了影响电特性的因素和机理，最后给出了超级电容器在独立光伏系统中的应用及注意事项。中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1673—7938(2009)04—0016—04图1超级电容器结构框图基金项目：北华航天工业学院科研基金资助项目(KY．2008-05)圈2双电层示意图Journal[[■■■—■—■I1引出电极多孔化电投电解液+一收穰日期：2008—12一03作者简介：闫晓金(1982一)，男。助教，硕士，辽宁庄河人。主要从事高效率功率变换、电源技术、智能控制研究。电解液界面解液V01．19No．4ofNorthChinaInstituteAerospaceEngineeringAug．2009电△vⅡI——
万方数据

通常为一40。C一+60℃或70。C，存储温度还c=等‘心01．＼单位：法拉(F)。测试条件：规定的恒定电流≮2．3V、2．5V、2．7V以及不久将来的3v)，除此之外电电压保持30秒到一分钟后，在5秒时间内将超级超级电容器的阻抗频率特性如图4，相对较大外，超级电容器的阻抗频率特性优于电解电容器，以的频率范围内(在交流电流有效值为1A的测试条一17—面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。综上所述，图1的结构与双电层原理相结合就组成了电容量极大且货真价实的超级电容器，即便是数千法拉的电容量也是不奇怪的了。2超级电容器主要特性分析2．1额定容量(如10F以上的超级电容器规定的充电电流为5A，10F以下的为3A或1A)充电到额定电压后保持1分钟，在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值，即：(2)由于等效串联电阻(ESR)比普通电容器大，因而充放电时ESR产生的电压降不可忽略，如2．7V／600F超级电容器的ESR为0．6mQ，在100A电流放电时的ESR电压降为60mY，占额定电压的2．2％；在150A电流放电时的ESR电压降为90mY占额定电压的3．3％，表明在额定电流下放电容量比额定容量仅减小3．3％，这一特性将在图3中看到。这种测试方法与通常测试电容量的方法测得的电容量低，其原因是：等效串联电阻与充、放电电流的乘积占据了超级电容器的部分电压；超级电容器的多孔化电极结构使结构深处的电解也不能被及时充分极化，这一特性与蓄电池的容量随放电电流增加而减小特