电双层型超级电容的原理及充电方法

2011-07-19 20:29:53来源: 互联网
早晨起床,给手机充电只要一分钟,便可将电充满。这不是做梦!以电双层为代表的大容量电容器,以超级电容的名字已经有了20年以上的商品化历程.近年来。更是在大容量、高耐压方面有了惊人的进步。成为蓄电池辅助蓄电装置,甚至取代蓄电池。

大容量电容器中。除电双层型以外。尚有混合型(锂系电容器)和氧化还原型两种。电双层型的耐压为2~3.3V,而混合型(锂系)耐压为3.6~4.2V。由于大容量电容器的蓄电能力是以耐压值的平方数增加(U=CV2/2),所以提高耐压值可使蓄电能力快速提高。电双层型大容量电容器f以下称超级电容)的容量可做到100F(法拉)以上,内阻仅1mΩ,而锂系已经有单体达10000F的大容量电容器,将成为下一代蓄电装置。

一、电双层型电容器的原理及特性

如图1所示,因在充电时电解液中的正离子被电子吸引、而负离子被空穴吸引,于是分别在正、负电极和电解液的接触面形成两个绝缘层并产生了电位差。充电完成后,其形态犹如两个串联的电容器,被称为电双层电容器。在放电时,电子和空穴并不结合,而是释放正、负离子到电解液中。显然。电极和电解液接触面积大的,其容量也大。与充电电池相比,超级电容没有化学反应,具有不发热、无劣化、高效率、长寿命的优点。

二、充电监控电路

1.多个电容的均一充电

在将多个超级电容串联起来组成更大容量组件的场合,各个超级电容的容量、初始电压、内阻都不会相同,因而即使用相同的电流充电。充满电的时间也是不同的。因此有必要设置防止过充电的监控电路,即并联监控电路。图2是一种简单的监控电路,每个电容并联一个稳压二极管,起分流作用。由于稳压二极管不能细调稳压值,并联监控电路采用图3的电子电路较好,每个电容需并联一个此电路。当电容两端电压高于设定的分流电压时,并联监控电路的晶体管就流过多余的电流,通过保护电阻R4转化为热量散出;相反则流过的电流减少。

2.初始化以统一充电时间

多个电容组成的组件,制成之后只要存放一个月以上,由于各电容的容量和泄漏电流的误差。就会形成不同的端电压,充电时就不能同时达到满充电。而如果在并联监控电路的限制电流以上充电,就可能超过某些电容的耐压。因此。要同时达到满充电的目的,需要将各个电容的端电压进行初始化。即以并联监控电路的限制电流以下的电流进行一次充分的充电。超过耐压值的电容就停止充电,最后各电池达到一致的电位,以后全体电容的充电就能同时达到满充电。




三、放电特性

与充电电池不同。超级电容一开始放电。端电压就开始下降。而对于电子电路,要求提供稳定的工作电压。故需要用输入电压范围大的升降压DC-DC变换器使输出电压恒定。在一定的负荷电流下使超级电容以恒功率放电。其放电特性如图4。在恒功率放电状态下超级电容端电压如图4b所示,一开始放电便有一个跌落电压降10×Rint产生(称为IR下跌)。然后随着电压的下降,电流急速增加。随着放电的继续。端子电压降到某一电压值之下,则恒功率放电不能维持,这个界限值由下式求出:


关键字:电容

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0719/article_10745.html
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