超級電容器的阻抗特性及其復空間建模

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1、超級電容器的阻抗特性及其復空間建模鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/94687.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com超級電容器的阻抗特性及其復空間建模李忠學，陳杰（上海交通大學機械與動力工程學院，上海200030）摘要：以阻抗平面圖分析法研究超級電容器的阻抗特性，揭示了該特性的典型區(qū)域：45°斜率的Warburg阻抗線和接近于垂直斜率的低頻阻抗線，以此建立了四參數(shù)（Rs，R，C，p）表示的超級電容器復空間模型。試驗結(jié)果表明，該模型預測的充電過程端電壓變化歷程與試驗數(shù)據(jù)有著良好的一致性

2、和適應(yīng)性。超級電容器是一種通過高比表面面積的多孔電極材料和新型電極體系設(shè)計,來增大電能貯量的新型功能器件，它在輸運電荷和存貯電荷的形式上類似于充電電池，但其電荷存貯機制大不一樣，本質(zhì)上它是一種電容器，能以高度可逆的方式將能量存貯在“電極/溶液”界面的雙電層中，具有很高的脈動功率和充放電循環(huán)壽命，因此，超級電容器被廣泛應(yīng)用于電動或混合電動車輛，提供車輛加速時的峰值動力，回收車輛制動時的慣性能量，以此降低發(fā)動機或燃料電池系[1～3]統(tǒng)的儲備功率，改善整車系統(tǒng)的能量利用效率；它還應(yīng)用于電力通訊系統(tǒng)，提供系統(tǒng)需要的短時高[4]功率脈沖等[5]。

3、但超級電容器的有效輸出功率會受到自身阻抗的制約，在實際的工程應(yīng)用中需要權(quán)衡各因素相互制約的綜合效應(yīng)。筆者采用阻抗平面圖分析法研究超級電容器的阻抗特性，分析超級電容器等效電容和電阻的確定方法，建立超級電容器的等效電路模型，進一步運用復分析方法探討超級電容器的電性能，最后用超級電容器試驗進行了驗證。1超級電容器的阻抗特性及其等效電路超級電容器的基本功能單元由一對多孔材料電極、集電板、電解質(zhì)和隔離膜構(gòu)成，其宏觀性能模擬可由基于De[6]Levie傳輸線模型的等效電路描述，如圖1，該模型反映了沿多孔材料微孔深度方向分布的電容Ci和電阻Ri的串并

4、聯(lián)特征?，F(xiàn)假設(shè)傳輸線上的分布式電[7]阻和電容是均衡的，則整個電路的等效阻抗可由電網(wǎng)絡(luò)理論推導得出：頁面1/7超級電容器的阻抗特性及其復空間建模鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/94687.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com頁面2/7超級電容器的阻抗特性及其復空間建模鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/94687.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com2超級電容器電性能的復空間建模頁面3/7超級電容器的阻抗特性及其復空間建模鏈接：w

5、ww.china-nengyuan.com/tech/94687.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com頁面4/7超級電容器的阻抗特性及其復空間建模鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/94687.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com3試驗結(jié)果與仿真計算頁面5/7超級電容器的阻抗特性及其復空間建模鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/94687.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com頁面6/7超級電容器的阻抗特性及其

6、復空間建模鏈接：www.china-nengyuan.com/tech/94687.html來源：中國新能源網(wǎng)china-nengyuan.com4結(jié)論超級電容器是一種新型的能源器件，其多孔電極的分布式電阻和電容網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)揭示了超級電容器阻抗特性的典型區(qū)域：45°斜率的Warburg阻抗線和接近于垂直斜率的低頻阻抗線。非垂直斜率的低頻阻抗線常用常相位元件的方程表示，其中的常相位元件指數(shù)10

7、抗相串聯(lián)，共同主導超級電容器的動態(tài)阻抗性能。基于超級電容器的阻抗特性，由（Rs，R，C，p）四參數(shù)表示的超級電容器復空間模型可用于超級電容器的恒功率充電和恒電流充電控制，以便精確控制充電時間，調(diào)整充電過程中各個時刻的端電壓增量和整個充電過程的電壓-時間歷程。恒流充電試驗和仿真計算結(jié)果表明，以四參數(shù)（Rs，R，C，p）表示的超級電容器復空間模型在預測充電過程的端電壓變化時有著良好的適應(yīng)性。參考文獻：[1]SasakiM,ArakiS,MiyataT,etal.Developmentofcapacitorhybridsystemforurb

8、anbuses[J].JSAEReview,2002,(23):451－457.[2]MierloJV,BosschePV,MaggettoG.ModelsofenergysourcesforEVandHE