作者 / 曾进辉 段斌 刘秋宏 蔡希晨 吴费祥 赵盼瑶 湖南工业大学 电气与信息工程学院(湖南 株洲
412000)
*基金项目：2017年当地高校国家级大学生立异创业项目(201711535016)
摘要：为研讨超级电容器的电气原理，构建一种契合其作业特性的精确电路模型。需对超级电容的部分动态行为参数进行测验与辨识，一种在蓄电池和超级电容组成的混合储能试验设备下，依据直流内阻法、恒压漏电法以及动态充电法对超级电容器的内阻、漏电流和容量等参数进行丈量的办法。试验成果表明，各参数与理论值匹配度较高，可为超级电容器的动态特性和状况点评供给数据支撑。
0 导言
跟着电力电子技能的展开，越来越多的新能源发电被接归入电网中，因为分布式发电的随机性、间歇性等特色，使得电力体系无法更好的削峰填谷[1-2];在这样的大布景下，电力储能技能的研讨和展开应运而生。蓄电池作为当时首要电力储能设备，其缺陷十分显着：如储能容量较小、发动较慢、电量衰减较为严峻[3-4]。而超级电容器因为具有可快速充放电、循环寿命长、绿色环保、功率密度高、可逆性好、作业温度规模宽、具有杰出的低温运用功能和安全性等长处，世界各国学者都展开了广泛的研讨[5]。超级电容器的归纳功能更是远远优于充电电池和一般电容器，能很好地适用于备用电源体系，并已在交通、电力、工业生成等范畴得到了广泛的运用。超级电容器作为一种新式的绿色储能元件，跟着其制作本钱的下降和能量密度的进步，在储能范畴具有巨大的展开潜力。
现在超级电容器正是展开前景杰出的电力储能元件，市场上已有多家超级电容器生产厂家[6];因为制作工艺水平、资料等不同，制品的功能存在必定差异，经过测验可更好把握其充放电特性并精确运用。所以，对超级电容器参数的精确的丈量并在电力储能方面进行运用有着十分重要的含义[7-8]。本文将对超级电容器的内阻、漏电流、容量的测验办法进行研讨，为点评超级电容器的功能供给数据支撑，使其更好的运用于电力储能范畴，一起为超级电容器的测验供给参阅计划[9]。
1 试验硬件
1.1 试验设备选取
超级电容器既具有一般电容器的充放电速度快的特性，一起又具有充电电池储能容量大的特性，是介于一般电容器和充电电池之间的一种新式储能器材。故在超级电容器参数测验中将一般电容器与充电电池测验办法相结合，规划出合适超级电容器参数测验的计划。
试验中所选用的超级电容器48V/165F模块，质量为13.70kg，作业温度要求在-40 ℃~65
℃之间。常运用于混合动力轿车、轨道交通、重型工业设备、UPS体系等，对作业环境温度没有较高要求，故测验温度在20℃~35℃之间，更能反映超级电容器在实践作业环境下的参数状况。
1.2 试验设备
超级电容器充电电源选用迈盛直流稳压电源MS-605D，由220 V/50 Hz交流电供电，输出电压为0-60 V，输出电流为0-5
A。放电设备为BTC放电仪，0-60 V输入，0-10 A恒流放电。示波器选用固伟 GDS-2102 A示波器。
2 测验模型建立
2.1 体系电路模型
经过超级电容器充放电测验来观测电路中的电压电流改变进行相关参数核算，特别根本测验原理得出体系电路模型如图1所示。体系模型首要分为电源、放电仪、示波器和超级电容器四部分组成，经过电源和放电仪对超级电容器充放电的一起调查示波器所显现的电压改变状况核算得到超级电容器的内阻、漏电流、容量等参数。
2.2 放电仪电路模型
为完成超级电容器可操控放电条件，运用BCT系列放电仪对超级电容器进行放电，放电仪电路模型如图2所示。其根本原理是将超级电容器接入BCT放电仪放电输入端口，对超级电容器放电进程的电压电流进行实时检测，并将检测值发送给驱动电流对放电进程进行施行操控，其放电产生能量由放电电阻耗费。
3 测验计划规划与测验成果
3.1 直流内阻法测内阻
因为超级电容器有内阻的存在，而电流经过阻性元件时会产生必定的能量耗费。运用一固定巨细的电流给超级电容器充电和放电，超级电容器因为内阻的存在会使得电压产生动摇，终究到达安稳状况，可以经过这个动摇的电压值来检测超级电容器的内阻巨细，其充放电电压动摇模型如图3。
详细测验办法如下：
1)将示波器接入超级电容器两头，并调试好示波器相应参数便于调查电压改变状况;
2)超级电容器以恒定电流I1=3
A充电至某一电压，断开充电电源，并记载中止瞬间的电压值
，调查示波器波形改变，记载在中止充电后的电压改变至安稳状况的电压值
;
3)重复进程2)操作5次，在表一中记载相应的数据，剖析并核算出超级电容器的充电状况下的内阻;
4)将超级电容器以初始电流为I=3
A放电至某一电压，然后敏捷中止放电，记载此刻电流I2和电压中止瞬间值，调查示波器波形改变，记载在中止放电后的电压改变至安稳状况的电压值;
5)重复进程(4)操作5次并在表二中记载相应的数据，剖析并核算出超级电容器的放电状况下的内阻;
6)核算超级电容器充电中止瞬间到相对安稳状况的电压改变巨细Δμ1，和放电中止瞬间到相对安稳状况的电压改变巨细Δμ2。因为这两段时刻内电流从I变为0，故近似以为电压产生改变时刻内的电流的均匀巨细为I/2，由此可核算出：
依据已有的试验条件，可以测出超级电容器48V/165F模块内阻在0.2~0.4 Ω之间，其可供给的最大输出电流在120~240
A。由此充分展现出超级电容器可供给大电流输出的特性，在平抑短时尖峰负荷上具有较好的作用。
3.2 漏电流测验
1)将超级电容器正极接上空气开关，引出导线，便于其它仪器的衔接;
2)将BCT放电仪的放电电流设定为5 A，截止电压设定为3
V，然后将放电仪接上超级电容器，翻开空气开关，超级电容器开端放电，直至BCT放电仪提示放电到截止电压，封闭空气开关，断开BCT放电仪，再运用粗导线将超级电容器两头直接短路，使之彻底放电;
3)调试电源：先将电流粗谐和电流细条旋钮顺时针调至最大，再调理电压粗调旋钮和电压细调旋钮将电压值设定为48
V，然后将电源接入超级电容器，翻开空气开关，给超级电容器充电，因为电源的最大电流只要5.06 A，故前期处于恒流充电状况，直至48
V，然后电源主动转变为恒压浮充，在恒压浮充阶段，电流处于一个下降趋势改变，终究电流值趋于安稳，此刻电源上显现的电流巨细即为超级电容器在48
V电压状况下的漏电流巨细。
4)从超级电容器充电至48 V转为恒压浮充后，每隔10 min记载一次对应时刻的漏电流巨细。
5)在测出一号和二号超级电容器漏电流数据后制作出其漏电流改变曲线如图4所示。
因为现在国内缺少超级电容器检测点评规范，但依据国家电容漏电流规范K=0.03比较，超级电容器具有极小的漏电流。
3.3 直流充电测容量
(1)超级电容器放电：运用BCT放电仪将超级电容器电压释放到3 V之后，运用放电导线进即将超级电容器彻底放电。
(2)调试直流电源：先将电流粗谐和电流细调旋钮顺时针调至最大，再调理电压粗调旋钮和电压细调旋钮将电压值设定为48.0 V。
(3)超级电容器充电：将调试好的直流电源接入超级电容器充放电端口，发动开关，超级电容器充电。
(4)数据记载：每隔一分钟经过电源显现器调查一次此刻的电流巨细，记载相应数据并制作超级电容器充电电流改变曲线如图5所示。
由丈量出的数据依据公式
可核算出该超级电容器的容量为8584.2 C.即一个ma超级电容器48 V模块若以额外作业电流(100 A)的状况下充电仅需86
s即可充溢，而以1A的电流则可以接连放电约2.4 h，这充分展现出了超级电容器在敏捷充电方面极具优越性。
4 定论
经过对超级电容器的内阻、漏电流和容量的测验成果来看，超级电容器具有极小的内阻，即便单个的超级电容器就能供给100
A以上的大电流，足以应对储能体系短时大功率充电，且超级电容器可以在极短时刻内升至额外电压。经过超级电容器的漏电与传统电容器漏电流检测规范比较，超级电容器具有极小的漏电流，使得超级电容器的运用寿命更为持久。而经过超级电容器的容量测验，显现出超级电容器与同体积的蓄电池比较，其功率密度更高。
超级电容器支撑大电流充电特性，可将其运用于城市公交等可短距离行进的交通运输车辆上，可完成超短时刻充电并供给短时内充分与继续的续航才能。超级电容器支撑超大电流放电，能量转化效率高，进程丢失小可支撑大型电气设备发动时所需的尖峰电流。使用其大电流充放电的归纳特性可运用于电网重负荷运转时段，可下降电网电压动摇，进步电能质量。
参阅文献：
[1]李军求, 孙逢春, 张承宁,等. 纯电动大客车超级电容器参数匹配与试验[J]. 电源技能, 2004, 28(8):483-486.
[2]唐刚. 最小二乘法在超级电容器参数辨识中的运用[J]. 电子元件与资料, 2015(7):95-97.
[3]施济杰. 依据嵌入式的超级电容器参数丈量体系的研讨[D]. 天津大学, 2011.
[4]时洪雷. 超级电容器参数老化趋势猜测[D]. 大连理工大学, 2017.
[5]郭瑞, 刘敬力, 李宝华. RLS算法在碳基超级电容器参数辨识中的运用[J]. 辽宁工程技能大学学报(自然科学版),
2014(12):1660-1664.
[6]赵洋, 韦莉, 张逸成,等. 依据粒子群优化的超级电容器模型结构与参数辨识[J]. 我国电机工程学报, 2012,
32(15):155-161.
[7]赵洋, 张逸成, 孙家南,等. 混合型水系超级电容器建模及其参数辨识[J]. 电工技能学报, 2012, 27(5):186-191.
[8]Fuertes A B, Lota G, Centeno T A, et al. Templated mesoporous carbons
for supercapacitor application[J]. Electrochimica Acta, 2005,
50(14):2799-2805.
[9]Yao Y Y, Zhang D L, Xu D G. A Study of Supercapacitor Parameters and
Characteri stics[C]// International Conference on Power System Technology, 2006.
Powercon. IEEE, 2006:1-4.
本文来源于《电子产品世界》2018年第12期第45页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
