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超级电容器储能特性研究(4)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2011/3/1 17:49:02   

 关键词:  储能 超级电容 恒流充电

由于超级电容器静电容量非常大,因此规定在该电容器上施加工作电压30min后所测得的电流为该电容器的漏电流[15]。测试实验如图9所示,温度为(25±5)℃;施加电压为电容器的工作电压,且在测试过程中电源电压波动不超过±0.01V;充电时间为60min;取样电阻10Ω。由漏电流测试图(见图9)得计算公式为:

超级电容器的漏电流和循环次数的关系如图10所示,开始循环时漏电流较大,漏电电流随测试的进行快速降低。主要因为在前几次循环过程中,充电时虽然有大量电荷积累在电极表面形成双电层,由于电解液在电极内部传递电荷的速度较慢,使得活性炭内腔中很多孔未得到充分利用,靠静电吸引在“电极/溶液”界面上积累部分电荷在放电瞬间释放,导致了比较大的漏电流。随着恒压时间的延长,漏电流逐渐减小,30min后基本趋于平稳。循环1000次后,电容器的漏电流保持在4mA以下的较小范围内,5000次减小到2mA,表明电容器性能在循环后趋于稳定,具有较长的循环寿命。

超级电容器一般采用恒流稳压充电的方法,理论分析及测试结果表明:

(1)从阻抗角度分析,采用RC等效电路能够较好地描述超级电容器的基本特性;

(2)恒流充电始末阶段有明显电压波动,电压波动幅度主要受充电电流和等效串联电阻的影响,从而影响超级电容器的有效储能量;

(3)超级电容器的容量随充电电流的增加而下降,相应拟合函数为f(x)=0.2x3-143.x2+2749.5;

(4)由Laplace变换和卷积运算获取等效电路的阻抗综合函数Z(t)=R+t/C,可以得到超级电容器在充电情况的电压值V(t)=d/dt[I(t)* Z(t)];

(5)超级电容器储能量与充电电流的拟合函数为f(x)=0.01x2-1.82x+9404.42。中、小程度恒流充电,获得的电能储量值比较稳定,大电流充电在实现充电时间缩短的同时,超级电容器的储能量受到了较大的限制;

(6)当充电电流较小时,充电效率相对较小,中等程度的充电电流对应着较高的充电效率,当充电电流增大到一定水平点,充电效率下降;

(7)在选择超级电容器充电电流时,应该综合考虑超级电容器的充电时间、储能量和充电效率等因素,以期满足用户实际需求并实现超级电容器的最佳配置;

(8)经过3000次循环,混合电容器的电容和能量密度几乎无衰减,说明电容器具有稳定的充放电性能,循环寿命长;

(9)开始循环时超级电容器漏电流较大,30min后基本趋于平稳,表明电容器性能在循环后趋于稳定,具有较长的循环寿命。

信息来源:《电源世界》

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