超级电容充电策略
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。
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第5期(总第174期)
2012年10月机械工程与自动化
MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONNo.5
Oct.
文章编号:1672-6413(2012)05-0170-0
2超级电容充电策略研究
汪亚霖,文 方
(贵州大学电气工程学院,贵州 贵阳 550001
)摘要:超级电容是一种绿色环保的电化学电容器,其充电过程受内阻和有效电容等诸多因素的影响,对其充电方法进行研究,在以后的工程应用中具有重要的意义。
采用二阶段充电模式对其充电,控制电路以TMS32芯片为核心,通过检测超级电容的端电压,送入DSP进行分析和处理,得到相对应的PWM控制信号来控制主回路开关管(IGBT)的开通和关断,从而改变充电电流的大小,实现超级电容的智能充电。
关键词:超级电容;充电电路;TMS32中图分类号:TM53 文献标识码:B
收稿日期:2012-06-06;修回日期:2012-06-2
1作者简介:汪亚霖(1988-)
,女,贵州水城人,在读硕士研究生,主要研究方向:计算机控制技术。
0 引言
超级电容器又叫双电层电容器,是一种新型储能装置,是20世纪70年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件,具有充电时间短、使用寿命长、
温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
因此,超级电容是一种高效、环保、实用的能量存储装置,
在绿色环保、混合动力、清洁能源、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和潜力,目前发展十分迅速。
超级电容器的充电过程是非常复杂的电化学过程,其内阻和有效电容受诸多因素的影响,具有很强的时变性和非线性,因此,对其建立精确的数学模型比较困难。
使超级电容快速有效的充电,对于超级电容在实际工程中的应用具有指导意义。
1 常规充电法1.1 恒定电压充电法
在充电过程中,充电电压始终保持不变的方法叫做恒定电压充电法,其优点是可避免充电后期由于充电电流过大造成的极板活性物质脱落及电能的损失,其缺点是由于充电初期充电电流过大,容易使电池极板弯曲,
造成电池报废。
1.2 恒定电流充电法
在充电过程中,充电电流始终保持不变的方法叫做恒定电流充电法,
此方法使电池充电时间缩短。
在允许的最大充电电流范围内,充电电流越大,充电时间越短。
但若在充电后期仍保持充电电流大小不变,
将导致电解液析出气泡过多而呈现出沸腾状态,这不但浪费了电能,而且容易使电池温升过高,造成电池存储
容量下降而提前报废。
因此,
此充电方法很少采用[1]。
2 快速充电技术—
——脉冲式充电法脉冲充电法首先采用脉冲电流对电池充电一段时间后让其停充一段时间,如此循环。
此充电方法可使蓄电池的充电接收率得到提高。
脉冲充电法在其停充阶段使电池经化学反应产生的氧气和氢气能重新反应而被吸收掉,从而使欧姆极化和浓差极化自然而然地被消除,
减轻了蓄电池的内压。
脉冲充电法减少了电池的析气量,使其有较充分的反应时间,大大提高了电
池的充电效率[
2]。
图1为脉冲式充电曲线。
图1 脉冲式充电曲线
3 超级电容器模组充电电路设计
结合上述各种方法的优缺点,本文设计采用两阶段充电模式,即首先采用脉冲快速充电方法,以使其消除电池极化,避免了超级电容在充电过程中的温升过高;再采用浮充补足充电法对其进行充电,可使超级电容恢复至完全充电状态,使其达到额定容量。
快速充电部分由Buck/Boost电路构成,它产生所需要的正负脉冲,
形成双向能量流动电路。
电路中包
括一个输入大电容C、两个IGBT(D1和D2)、一个滤波电感L以及待充电的超级电容。
在D1和D2相互的开通周期和关断周期之间设置死区时间,以避免IGBT同时导通,
引起充电回路短路。
本文提出的快速充电系统可实现电源和超级电容模组之间的双向能量传输,
当电源向模组充电时,系统以降压电路工作,模组保持正向充电状态;当模组向电源反馈电量时,系统以升压电路工作,
模组保持反向充电状态。
充电电流的大小通过反馈电压和指令电压比较后,产生基波和调制信号三角波,
两者相比较后产生驱动脉冲来调节开关管的占空比,以改变充电电流的大小。
快速充电系统的开关周期由超级电容、模组正向充电阶段和反向放电阶段组成。
3.1 开关管的选择
主功率开关管可以选择绝缘栅型场效应管(MOSFET)或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
MOSFET与IGBT都是电压控制器件,其中MOSFET具有输入阻抗高、
功率损耗低等特点,在大规模集成电路中得到广泛应用。
而IGBT不但具有MOSFET的快响应、高输入阻抗的特点,同时还具有双极性大功率晶体管(BJT)的低通态压降和高电流密度,而且IGBT的电流、电压容量比MOSFET高得多。
在电流和电压定额的情况下,IGBT比大功率晶体管(GTR)和MOSFET具有耐脉冲电流冲击的能力,因此,本设计选用IGBT作为主功率开关管。
3.2 滤波电感的设计
输入380V的三相交流电,经整流滤波后进入本电路的输入端,即:
Uin=
1.2×380V≈450V。
设计输出电压Uout的范围为450V~300V,设计输出电流最大Iload=10A,选取开关管开关频率Fsw=15kHz,则输出电压为300V时,
占空比D为:D=Uout/Uin=
300/450=2/3≈0.666 7。
纹波电流一般按负载电流的30%定义,
即:Iripp
le=ΔI=0.3×Iload=3A。
对于电感L有:
U=L·ΔI/ton。
其中:ΔI为纹波电流;ton为脉冲波高电位的时间。
整理后得:
L=(Uin-Uout)·(D/Fsw)/Iripp
le。
当Uout=
300V时:L=(450-300)·(0.666 7/15)/3=2.222mH。
由于负载为超级电容模组,其内阻约为0.3Ω,因此电感值至少应为2.222mH,在此选择3.9mH/15A的滤波电感。
3.3 前端电容的选择
快速充电电路的前端电容在充电过程中主要起到稳定电压的作用;
在超级电容模组反向放电过程中令吸收一部分的反馈能量,所以电容越大越好,在这里选用PWM整流器的电容取值。
3.4 控制电路
控制电路以TMS32芯片为核心,
通过检测超级电容模组的端电压,送入DSP进行分析和处理,得到相对应的PWM控制信号来控制主回路开关管
(IGBT)的开通和关断,从而改变充电电流的大小,实现超级电容的智能充电。
4 结束语
超级电容是一种绿色环保的电化学电容器,基于其特殊的优点,超级电容的应用前景十分广阔,研究其充电方法对其工程应用具有非常重要的意义。
随着对超级电容器研究的不断深入,超级电容器的性能将不断提高,应用领域将不断拓宽,市场前景将更加光明。
参考文献:
[1] 吕耀文.
蓄电池充电方法的研究[J].内蒙古科技与经济,2009(2):96-
98.[2] 邓仙玉.
基于MPPT技术的光伏充电控制器研究[D].北京:北京交通大学,2011:26-
27.Charging Strategy
Research of Super CapacitorWANG Ya-lin,WEN Fang
(College of Electrical Engineering,Guizhou University,Guiyang
550001,China)Abstract:The super capacitor is a kind of green environmental protection electrochemical capacitor,the charging process is affectedby inner resistance and the effective capacitance and other factors,researching the charging
method has significance in its subsequentengineering application.In this paper,the intelligent charging of a super capacitor was realized by two stage charging mode.Thecontrol circuit took a TMS32chip
as the core,which detected the super capacitor voltage and put the voltage signals into the DSP toanalyze and process,the processed PWM control signal was used to control the main circuit switch(IGBT)turning on or off,thereby changing the size of the charging current to achieve the intelligent charging of the super capacitor.Key
words:super capacitor;charging circuit;TMS32·
171· 2
012年第5期 汪亚霖,等:超级电容充电策略研究。