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超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用


本文由俸天承运贡献 pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT,或下载源文件到本机查看。 超级电容器是一种新型的储能元件 , 随着它的 问世 ,如何应用好超级电容器 ,提高电 子线路的性能 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 。 1 超级电容器的结构及原理 1. 1 超级电容器结构 图 1 为超级电容器的模型 。 超级电容器的实际 电极是活性碳多孔化电极 ,引出电极为 铝箔 ,类似于 铝电解电容器的阴极 , 中间用电解电容器纸作为两 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 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 。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 得多 ,因此 ,容量可以应用平板电容器的容量公式确 定: 基金项目 : 北华航天工业学院科研基金资助项目 ( KY22008205) 收稿日期 : 2008 - 12 - 03 从事高效率功率变换 、 电源技术 、 智能控制研究 。 [1 ] 第 19 卷 第 4 期 北 华 航 天 工 业 学 院 学 报 Vol119 No 14 2009 年 8 月 Journal of Nort h China Institute of Aerospace Engineering Aug12009 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 闫晓金 孙晋豪 徐利娜 ( 北华航天工业学院 电子工程系 , 河北 廊坊 065000) 摘 : 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 要 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 。 关键词 : 超级电容器 ; 等效串联电阻 ; 阻抗频率特 性 ; 独立光伏 中图分类号 : TP271 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 7938 ( 2009) 04 - 0016 - 04 C = ε ?? 0 ε S d ( 1) 其中 ε 、 、 、 分别为极板间介质的相对真空 d 0 ε S 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 [2 ] 超级电容器是利用双电层原理的电容器 , 原 理示意图如图 2 。 图 1 超级电容器结构框图 图 2 双电层示意图 当外电压加到超级电容器的两个极板上时 , 与 普通电容器一样 ,极板的正电极存储正电荷 ,负极板 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 , 以正负电荷之间极短 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 作者简介 : 闫晓金 (1982 - ) , 男 , 助教 , 硕士 , 辽宁庄河人 , 主要 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 — 16 —

第4期 闫晓金等 : 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 2009 年 8 月 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 。 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 因 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 还有浪涌电压 ( 可以短时承受的端电压 ,通常为额定 电压的 105 %~ 110 %) , 实际 上超级电容器的击穿 电压远高于额定电压 ( 约为额定电压的 1. 5 倍左右 或更高) 。 2. 3 额定电流 额定电流是指超级电容器充到额定电压后 , 充 电电压保持 30 秒到一分钟后 ,在 5 秒时间内将超级 电容器的端电压放电到额定电压的一半时所需要的 电流 。 2. 4 最大 存储能量 在额定电压是放电到零所释放的能量 , 以焦耳 (J ) 或瓦时 ( Wh) 为单位 , 以 2. 7V 、 5000F 为例 : 最大 存储能量为 18. 225kJ , 放电到额定电压的一半时 为 :13. 669kJ ,尺寸为 47 × × 60 165mm 。 2. 5 能量密度 最大存储能量除以超级电容器的 重量或体积 ( WhΠ 或 WhΠ) 已达到 5. 82WhΠ 或 7. 11WhΠ 。 l kg l kg 2. 6 功率密度 单位 : 法拉 ( F ) 。测试条件 : 规定的恒定电流 (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: I? t ( 2) C = V 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. 7VΠ Ω 600F 超级电容器的 ESR 为 0. 6m ,在 100A 电流放 电时的 ESR 电 压降为 60mV ,占额定电压的 2. 2 % ; 在 150A 电流放电时的 ESR 电压降为 90mV 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 小特性类似 。 2. 2 额定电压 额定电压是指可以使用的最高安全端电压 ( 如 2. 3V 、 5V 、 7V 以及不久将来的 3V ) , 除此之外 2. 2. 图 3 7 VΠ 2. 600F 超级电容器放电特性曲线 — 17 在匹配的负载下 ,超级电容器产生电Π 热效应各 半时的放电功率 ,用 kWΠ 或 kWΠ 表示 ,已达到 5. kg l 24kWΠ 或 6. 4kWΠ 。 kg l 2. 7 等效串联电阻 测试条件 : 规 定的恒定电流 ( 如 600F 以上的超 2. 8 阻抗频率特性 2. 9 工作与存储温度 级电容器规定的充电电流为 100A ,100F 以下的为 3A) 和规定的频率 ( DC 和大容量的 100 Hz 或小容量 的 kHz) 下的等效串联电阻 。 通常交流 ESR 比直流 ESR 小 ,随温度上升 而减小 。

超级电容器的阻抗频率特性如图 4 , 相对较大 的电容量和 ESR 造成平坦底部的原因 , 超级电容器 的频率特性是电容器中频率特性最差的 。 除此以 外 ,超级电容器的阻抗频率特 性优于电解电容器 ,以 某国 产 4. 7FΠ 5V 超 级 电 容 器 的 直 流 ESR 为 2. Ω 80m , 实测的交流阻抗频率特性为 :10 Hz~ 200kHz 的频率范围内 ( 在交流电流有效值为 1A 的 测试条 Ω 件下) 为 60m 。 通常为 - 40 ℃——+ 60 ℃ 70 ℃,存储温度还 — 或 可以高 一些 。 2. 10 漏电流 由于超级电容器的电容量非常大 , 真实的漏电 流需要很长时间 才能表现出来 。漏电流测试需要的 时间至少 12 小时 , 甚至是 72 小时 。超级电容器的 — 2009 年 8 月 北华航天工业学院学报 第 19 卷 μ 漏电流大致为每法拉 2~4 A 。 蓄电池中实现对能源的充分利用 。 超级电容器即 使在微弱电流下也可有效充电 , 若超 级电容器充满 电后用 DCΠ 变换器将超级电容器的电能有效地 DC 传输到蓄电池中存储 。 这样可使太阳能电池在阴 天、 黄昏的不利条件下也能聚集能量充到蓄电池 中。 随着城市 现代化进程的加快 , 城市中常常需要 地灯那样的亮化工程 ,如果采用交流市电 ,不仅要铺 设供电线路而且要消耗电网中的电能 , 还要接受由 于电线的老化以及突发性事件而造成的 电线短路的 事故 。 太阳能地灯是利用太阳能电池吸收阳光的能 量转化成电能 ,并将这部分 电能存储到超级电容器 中 。最后由超级电容器对 L ED 提供电能实现亮化 照明功能 。在 这里为什么不采用蓄电池的原因是蓄 电池需要维护 ,而地灯最好是免维护的 。 另外 , 在 一些航道需要许多的浮筒作为一种警 示标志 。在晚上就需要用电源使它发光 , 而现在的 浮筒是把白天太阳能的能量储存在电池中 。 但这种 电池每年都需要更换 , 维修和更换的区 域相当大且 较分散 ,这就造成了相当高的成本浪费 。如果用超 级电容器取代这种电池 , 来储存太阳能的能量 ,在晚 上用于海上照明则可以大量节省用于更换电池的费 用 。 在一些 建筑物和马路上也需要灯光来警示或照 明 ,也可以利用太阳能电池板与超级电容器结合供 电 。这样可达到免维修 , 且这种方式无论何时都可 以快速地安装在任何需要的地方 , 不 需要经过昂贵 与费时的配线工程和人力资源的浪费 。 用太阳能电 池板与超级电容器结合储 能代替一般性电池 , 还可 以减少由于废旧电池遗弃所造成的环境污染 。因 此 ,用超级电 容器作为电源是未来发展的一种流行 趋势 ,是可以广泛开发的一种新产品 。太阳能电池与 超级电容器 、 ED 组合应用的电 L 路如图 6 。 图 6 太阳能电池与超级电容器 、 组合应用的电路 LED 图 4 超级电容器阻抗频率特性 2. 11 寿命 在 25 ℃环境温度下的寿命通常在 90000 小时 或 10 年 , 在 60 ℃ 的环境温度下为 4000 小时 , 与铝 电解电容器的温度寿命关系相似 。 寿命随环境温度 缩短的原因是电解液 的蒸发损失随温度上升 。寿命 终了的标准为 : 电容量低于额定容量 20 % , ESR 增 大到 额定值的 1. 5 倍 。额定温度下汶波电流与寿命 的关系曲线如图 5 所示 。 图 5 额定温度下纹波电流与寿命的关系 2. 12 循环寿命 20 秒充电到额定电压 ,恒压充电 10 秒 ,10 秒放 电到额定电压一半 , 间歇时间 : 10 秒为一个循环 。 一般可达 500000 次 。寿命终 了的标准为 : 电容量低 于额定容量 20 % , ESR 增大到额定值的 1. 5 倍 。 2. 13 发热 超级电容器发热的原因是纹波电流流过超级电 容器的等效串联电阻 ( ESR) 产生的功 率 ( 能量) 损耗 转变为热能 。由于超级电容器的 ( ESR ) 较大 , 因此 在同样纹波电流

条件下发热量比一般电容器大 。使 用时应注意 。 3 在独立光伏系统中的应用 对于大多数蓄电池来说微弱电流充电几乎是 不起作用的 ,有时甚至是有害的 。在太阳 能电池供 电中 ,存在太阳能电池仅仅能输出微弱电流的情 况 ,如果能够将这部分微弱电流 通过某种方式充到 — 18 当外界有阳光照射时 ,SC1 、 ( 相当于太阳能 SC2 — 第4期 闫晓金等 : 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 2009 年 8 月 电池) 将光能转成电能 。同时 , 向超级电容 C1 、 C2 ( 由 于 KA431 的 充 电 。当 A 端 的 电 压 达 到 5V VREF 为 2. 5V ) 时 , 电容 C1 、 停止充电 。这时 , C2 升 ,一旦达到 V T + 时 , 施密特触发器输出为低电 平 ,接着电容 C 通过 R 放电 , 当电容放电电压到 V T - 时 ,施密特触发器输出又立即升为高电平 。这样 电能就经 R1 、 向 U1 KA431 流 ,Q2 处于饱和状 R2 态 。 故发光二极管不会发光 。 当 夜晚来临时 ,没有了外界阳光照射 ,电容 C1 、 C2 会向外电路放电 ,由于 D1 的作用 ,电流只能向升 B 端处于低电位状态 ,D3 导通 , CC4093 无法工作 , RC 振荡电路停振 , 发光二极管不会发光 。当开关 周而复始形成振荡 。 对于 CC4093 若输入端不是接 VDD 而接控制 信号 ,则当控制信 号为低电平时 ,振荡器输出为高电 平 ; 当控制信号为高电平时 ,振荡器输出振荡信号 。 4 应用注意事项 plication of ultra capacitor in PV system and notice proceeding of application are introduced. Key words :ultra capacitor ; ESR ;register2frequency character ;stand2alone PV 压型 DCΠ 转换器 L T1937 流入 。在开关闭合时 , DC 烁。 超级电容器在串联应用 ,特别是较大电容量时 , 应采用均压技术以保证每一个超级电 容器单体端电 压在额定电压内 , 目前国内已有各种规格超级电容 器的均压电路商品 。参 考文献 : [1 ] 陈 永 真 , 李 锦 . 电 容 器 手 册 [ M ] . 北 京 : 科 学 出 版 社 , 2008. [ 2 ] 陈永真 . 超级电容器原理及应用 [ C] . 中国电源学会第 15 断开时 ,B 点处于高电平状态 ,RC 振动电路起振 ,产 生了方波 。 这使白光 L ED 得到 矩形波电压 ,形成了 外界的灯闪烁 , 这也就成了浮标灯 。若要使灯光不 闪烁 ,可以不采 用振荡电路 , 这样就避免了灯的闪 施密特触发器组成多谐振荡器时仅需外接一个 电阻和一个电容 ,电阻 R 跨接施密特触发器输入和 输出端 ,由于电容 C 被充电 , 输 入端的电平不断上 届全国技术论文集 . 上海 : 中国电源学会 ,2004 : 499 ~ 502. ( Electronic Engineering Department ,Nort h China Institute of Aerospace Engineering ,Langfang 065000 ,China) Abstract :Basic structure and operating principle of ultra capacitor are simply depicted in t his paper. The effect of electric characteristic and measuring condition are introduced. And t he factors affecting electric

characteristics and operating principle are analyzed. The ap2 Electric Characteristics of Ultra Capacitor and Application in Stand2Alone PV System YAN Xiao2jin SUN Jin2hao XU Li2na — 19 — 1 本文由俸天承运贡献 pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT,或下载源文件到本机查看。 超级电容器是一种新型的储能元件 , 随着它的 问世 ,如何应用好超级电容器 ,提高电 子线路的性能 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 。 1 超级电容器的结构及原理 1. 1 超级电容器结构 图 1 为超级电容器的模型 。 超级电容器的实际 电极是活性碳多孔化电极 ,引出电极为 铝箔 ,类似于 铝电解电容器的阴极 , 中间用电解电容器纸作为两 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 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 。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 得多 ,因此 ,容量可以应用平板电容器的容量公式确 定: 基金项目 : 北华航天工业学院科研基金资助项目 ( KY22008205) 收稿日期 : 2008 - 12 - 03 从事高效率功率变换 、 电源技术 、 智能控制研究 。 [1 ] 第 19 卷 第 4 期 北 华 航 天 工 业 学 院 学 报 Vol119 No 14 2009 年 8 月 Journal of Nort h China Institute of Aerospace Engineering Aug12009 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 闫晓金 孙晋豪 徐利娜 ( 北华航天工业学院 电子工程系 , 河北 廊坊 065000) 摘 : 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 要 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 。 关键词 : 超级电容器 ; 等效串联电阻 ; 阻抗频率特 性 ; 独立光伏 中图分类号 : TP271 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 7938 ( 2009) 04 - 0016 - 04 C = ε ?? 0 ε S d ( 1) 其中 ε 、 、 、 分别为极板间介质的相对真空 d 0 ε S 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 [2 ] 超级电容器是利用双电层原理的电容器 , 原 理示意图如图 2 。 图 1 超级电容器结构框图 图 2 双电层示意图 当外电压加到超级电容器的两个极板上时 , 与 普通电容器一样 ,极板的正电极存储正电荷 ,负极板 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 , 以正负电荷之间极短 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 作者简介 : 闫晓金 (1982 - ) , 男 , 助教 , 硕士 , 辽宁庄河人 , 主要 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 — 16 — 第4期 闫晓金等 : 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 2009 年 8 月 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 。 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 因 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 还有浪涌电压 ( 可以短时承受的端电压 ,通常为额定 电压的 105 %~ 110 %) , 实际 上超级电容器的击穿 电压远高于额定电压 ( 约为额定电压的 1. 5 倍左右 或更高) 。 2. 3 额定电流 额定电流是指超级电容器充到额定电压后 , 充 电电压保持 30 秒到一分钟后 ,在 5 秒时间内将超级 电容器的端电压放电到额定电压的一半时所需要的 电流 。 2. 4 最大 存储能量 在额定电压是放电到零所释放的能量 , 以焦耳 (J ) 或瓦时 ( Wh) 为单位 , 以 2. 7V 、 5000F 为例 : 最大 存储能量为 18. 225kJ , 放电到额定电压的一半时 为 :13. 669kJ ,尺寸为 47 × × 60 165mm 。 2. 5 能量密度 最大存储能量除以超级电容器的 重量或体积 ( WhΠ 或 WhΠ) 已达到 5. 82WhΠ 或 7. 11WhΠ 。 l kg l kg 2. 6 功率密度 单位 : 法拉 ( F ) 。测试条件 : 规定的恒定电流 (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: I? t ( 2) C = V 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. 7VΠ Ω 600F 超级电容器的 ESR 为 0. 6m ,在 100A 电流放 电时的 ESR 电 压降为 60mV ,占额定电压的 2. 2 % ; 在 150A 电流放电时的 ESR 电压降为 90mV 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 小特性类似 。 2. 2 额定电压 额定电压是指可以使用的最高安全端电压 ( 如 2. 3V 、 5V 、 7V 以及不久将来的 3V ) , 除此之外 2. 2. 图 3 7 VΠ 2. 600F 超级电容器放电特性曲线 — 17 在匹配的负载下 ,超级电容器产生电Π 热效应各 半时的放电功率 ,用 kWΠ 或 kWΠ

表示 ,已达到 5. kg l 24kWΠ 或 6. 4kWΠ 。 kg l 2. 7 等效串联电阻 测试条件 : 规 定的恒定电流 ( 如 600F 以上的超 2. 8 阻抗频率特性 2. 9 工作与存储温度 级电容器规定的充电电流为 100A ,100F 以下的为 3A) 和规定的频率 ( DC 和大容量的 100 Hz 或小容量 的 kHz) 下的等效串联电阻 。 通常交流 ESR 比直流 ESR 小 ,随温度上升 而减小 。 超级电容器的阻抗频率特性如图 4 , 相对较大 的电容量和 ESR 造成平坦底部的原因 , 超级电容器 的频率特性是电容器中频率特性最差的 。 除此以 外 ,超级电容器的阻抗频率特 性优于电解电容器 ,以 某国 产 4. 7FΠ 5V 超 级 电 容 器 的 直 流 ESR 为 2. Ω 80m , 实测的交流阻抗频率特性为 :10 Hz~ 200kHz 的频率范围内 ( 在交流电流有效值为 1A 的 测试条 Ω 件下) 为 60m 。 通常为 - 40 ℃——+ 60 ℃ 70 ℃,存储温度还 — 或 可以高 一些 。 2. 10 漏电流 由于超级电容器的电容量非常大 , 真实的漏电 流需要很长时间 才能表现出来 。漏电流测试需要的 时间至少 12 小时 , 甚至是 72 小时 。超级电容器的 — 2009 年 8 月 北华航天工业学院学报 第 19 卷 μ 漏电流大致为每法拉 2~4 A 。 蓄电池中实现对能源的充分利用 。 超级电容器即 使在微弱电流下也可有效充电 , 若超 级电容器充满 电后用 DCΠ 变换器将超级电容器的电能有效地 DC 传输到蓄电池中存储 。 这样可使太阳能电池在阴 天、 黄昏的不利条件下也能聚集能量充到蓄电池 中。 随着城市 现代化进程的加快 , 城市中常常需要 地灯那样的亮化工程 ,如果采用交流市电 ,不仅要铺 设供电线路而且要消耗电网中的电能 , 还要接受由 于电线的老化以及突发性事件而造成的 电线短路的 事故 。 太阳能地灯是利用太阳能电池吸收阳光的能 量转化成电能 ,并将这部分 电能存储到超级电容器 中 。最后由超级电容器对 L ED 提供电能实现亮化 照明功能 。在 这里为什么不采用蓄电池的原因是蓄 电池需要维护 ,而地灯最好是免维护的 。 另外 , 在 一些航道需要许多的浮筒作为一种警 示标志 。在晚上就需要用电源使它发光 , 而现在的 浮筒是把白天太阳能的能量储存在电池中 。 但这种 电池每年都需要更换 , 维修和更换的区 域相当大且 较分散 ,这就造成了相当高的成本浪费 。如果用超 级电容器取代这种电池 , 来储存太阳能的能量 ,在晚 上用于海上照明则可以大量节省用于更换电池的费 用 。 在一些 建筑物和马路上也需要灯光来警示或照 明 ,也可以利用太阳能电池板与超级电容器结合供 电 。这样可达到免维修 , 且这种方式无论何时都可 以快速地安装在任何需要的地方 , 不 需要经过昂贵 与费时的配线工程和人力资源的浪费 。 用太阳能电 池板与超级电容器结合储 能代替一般性电池 , 还可 以减少由于废旧电池遗弃所造成的环境污染 。因 此 ,用超级电 容器作为电源是未来发展的一种流行 趋势 ,是可以广泛开发的一种新产品 。太阳能电池与 超级电容器 、 ED 组合应用的电 L 路如图 6 。 图 6 太阳能电池与超级电容器 、 组合应用的电路 LED 图 4 超级电容器阻抗频率特性 2. 11 寿命 在 25 ℃环境温度下的寿命通常在 90000 小时 或 10 年 , 在 60 ℃ 的环境温度下为 4000 小时 , 与铝 电解电容器的温度寿命关系相似 。 寿命随环境温度 缩短的原因是电解液 的蒸发损失随温度上升 。寿命 终了的标准为 : 电容量低于额定容量 20 % , ESR 增 大到 额定值的 1. 5 倍 。额定温度下汶波电流与寿命 的关系曲线如图 5 所示 。 图 5 额定温度下纹波电流与寿命的关系

2. 12 循环寿命 20 秒充电到额定电压 ,恒压充电 10 秒 ,10 秒放 电到额定电压一半 , 间歇时间 : 10 秒为一个循环 。 一般可达 500000 次 。寿命终 了的标准为 : 电容量低 于额定容量 20 % , ESR 增大到额定值的 1. 5 倍 。 2. 13 发热 超级电容器发热的原因是纹波电流流过超级电 容器的等效串联电阻 ( ESR) 产生的功 率 ( 能量) 损耗 转变为热能 。由于超级电容器的 ( ESR ) 较大 , 因此 在同样纹波电流 条件下发热量比一般电容器大 。使 用时应注意 。 3 在独立光伏系统中的应用 对于大多数蓄电池来说微弱电流充电几乎是 不起作用的 ,有时甚至是有害的 。在太阳 能电池供 电中 ,存在太阳能电池仅仅能输出微弱电流的情 况 ,如果能够将这部分微弱电流 通过某种方式充到 — 18 当外界有阳光照射时 ,SC1 、 ( 相当于太阳能 SC2 — 第4期 闫晓金等 : 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 2009 年 8 月 电池) 将光能转成电能 。同时 , 向超级电容 C1 、 C2 ( 由 于 KA431 的 充 电 。当 A 端 的 电 压 达 到 5V VREF 为 2. 5V ) 时 , 电容 C1 、 停止充电 。这时 , C2 升 ,一旦达到 V T + 时 , 施密特触发器输出为低电 平 ,接着电容 C 通过 R 放电 , 当电容放电电压到 V T - 时 ,施密特触发器输出又立即升为高电平 。这样 电能就经 R1 、 向 U1 KA431 流 ,Q2 处于饱和状 R2 态 。 故发光二极管不会发光 。 当 夜晚来临时 ,没有了外界阳光照射 ,电容 C1 、 C2 会向外电路放电 ,由于 D1 的作用 ,电流只能向升 B 端处于低电位状态 ,D3 导通 , CC4093 无法工作 , RC 振荡电路停振 , 发光二极管不会发光 。当开关 周而复始形成振荡 。 对于 CC4093 若输入端不是接 VDD 而接控制 信号 ,则当控制信 号为低电平时 ,振荡器输出为高电 平 ; 当控制信号为高电平时 ,振荡器输出振荡信号 。 4 应用注意事项 plication of ultra capacitor in PV system and notice proceeding of application are introduced. Key words :ultra capacitor ; ESR ;register2frequency character ;stand2alone PV 压型 DCΠ 转换器 L T1937 流入 。在开关闭合时 , DC 烁。 超级电容器在串联应用 ,特别是较大电容量时 , 应采用均压技术以保证每一个超级电 容器单体端电 压在额定电压内 , 目前国内已有各种规格超级电容 器的均压电路商品 。参 考文献 : [1 ] 陈 永 真 , 李 锦 . 电 容 器 手 册 [ M ] . 北 京 : 科 学 出 版 社 , 2008. [ 2 ] 陈永真 . 超级电容器原理及应用 [ C] . 中国电源学会第 15 断开时 ,B 点处于高电平状态 ,RC 振动电路起振 ,产 生了方波 。 这使白光 L ED 得到 矩形波电压 ,形成了 外界的灯闪烁 , 这也就成了浮标灯 。若要使灯光不 闪烁 ,可以不采 用振荡电路 , 这样就避免了灯的闪 施密特触发器组成多谐振荡器时仅需外接一个 电阻和一个电容 ,电阻 R 跨接施密特触发器输入和 输出端 ,由于电容 C 被充电 , 输 入端的电平不断上 届全国技术论文集 . 上海 : 中国电源学会 ,2004 : 499 ~

502. ( Electronic Engineering Department ,Nort h China Institute of Aerospace Engineering ,Langfang 065000 ,China) Abstract :Basic structure and operating principle of ultra capacitor are simply depicted in t his paper. The effect of electric characteristic and measuring condition are introduced. And t he factors affecting electric characteristics and operating principle are analyzed. The ap2 Electric Characteristics of Ultra Capacitor and Application in Stand2Alone PV System YAN Xiao2jin SUN Jin2hao XU Li2na — 19 — 1


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超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 - 超级电容器是一种新型的储能元件
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超级电容器在光伏发电系统中的研究与应用_图文.pdf
超级电容器在光伏发电系统中的研究与应用_电力/水利...本人所呈交的学位论文是在导师的指导下 ,独立进行...其碳材料的比表面积直 接影响到超级电容器的电容量...
超级电容器_蓄电池应用于独立光伏系统的储能设计_图文.pdf
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超级电容在电力系统中的应用_董均宇.pdf
由于超级电容器可在短时间内提供大功 率输出,根据这一特性, 可以用来提高用电...文献 [ 混合储能在独立光伏系统中的应用进行了实验 4 4. 1 光伏发电有功...
独立光伏系统中超级电容储能充电技术的研究.pdf
介绍了独立光伏系统中超级电容器的工作原理及其优缺点...发展和应用,储能技术也被 度大、价格低廉等特点,但...因电容器结构组合上的改进,超级电容器的电 容储存...
超级电容器在光伏发电系统中的应用.pdf
超级电容的电特性及在独立... 7页 免费 超级电容器_蓄电池应用于独... 6页...超级电容器在光伏发电系统中的应用刘建斌1’2,易灵芝1,王根平2,颜志刚1,李明1...
超级电容器蓄电池混合储能在独立光伏发电系统中应用研....pdf
超级电容器蓄电池混合储能在独立光伏发电系统中应用...超级电容器和蓄电池三种能量源的特点,提出相应 的...光伏阵列所产生的电能除了供给交流负载外,多余的电能...
超级电容器_蓄电池应用于独立光伏系统的储能设计.txt
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独立光伏系统中超级电容储能充电技术的研究概要.doc
介绍了独立光伏系统中超级电容器的工作原理及其优缺点...技术的发展和应用,储能技术也被大规模应用于新能源...,能平抑高峰脉冲功率,表现出良好的脉冲充 电特性。...
超级电容器_蓄电池应用于独立光伏系统的储能设计.pdf
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超级电容器-蓄电池应用于独立光伏系统的储能设计_图文.pdf
超级 电容 器应用于可再生能源发电电可 能质 量 改善 等领域提供较好的...电容器不 同, 容量 可 其 电力 储能环 节 在独立 光伏 系统 中具 有很 ...
超级电容器储能应用于分布式发电系统的能量管理及稳定....pdf
充放电速度快、高低温性能好、环境友好,具有卓越的...了超级电容器储 能独立光伏系统,并进行控制环节...应用于光伏等分布式发电系统,以优化蓄电 池的充放电...
超级电容器_蓄电池应用于独立光伏系统的储能设计.doc
软件仿真分析了系统的运行特性 ,结果表明系 统在光伏输入功率大幅波动以及负载突 变时具有很好的稳定性 ,可为超级电容器应用于可再生能源发电电 能质量改善等...
超级电容器在光伏发电系统中的应用_图文.pdf
器控 制超级 电容器组储 能器 ,实现新 的太 阳能独立 光伏电系统 ,新...超级电容器的电特性及在... 9页 免费 超级电容的电特性及在独... 7页...
应用于独立供电的超级电容器电池混合功率调节系统.doc
应用独立供电系统功率调节的超级电容器和电池混合...索引: DC-DC 变换器、燃料电池、通信系统光伏...超级电容器在进行几十万次充放 电循环后特性依然不...
超级电容储能在独立供电系统中的应用设计_图文.pdf
超级电容储能在独立供电系统中的应用设计_能源/化工_...电解质界面形成双电层中离子的吸附脱附,来实现...[4] 张瑞宁, 石新春.独立光伏系统最大功率跟踪控制...
基于超级电容器储能的独立光伏系统.pdf
超级电容器的电特性及在独... 9页 免费喜欢此文档的还喜欢 一种基于超级电容...千瓦级独立光伏系统的研制,在小信号模型的基础上对控制系统进行了设计,并应用...