改进的超级电容建模方法及应用_盖晓东

2010年2月　

第36卷第2期北京航空航天大学学报

JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary　2010Vol.36　No12

改进的超级电容建模方法及应用

盖晓东　　杨世彦　　雷　磊　　席玲玲

(哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院,哈尔滨150001)

　　摘　　　要:提出了一种改进的基于物理2端行为特性的超级电容建模方法,模型包含3

部分分支电路,在即时分支电路里,采用了一个电压受即时电路端电压控制的电压源和一时间常数恒定的电容串联来模拟超级电容器的即时特性,同时给出了等效电路的参数确定方法.仿真结果表明,该模型可以精确描述超级电容充放电过程的非线性及充放电之后的电压自恢复特性,具有很好的静态特性和动态特性.该模型简单实用,已成功应用于均衡电路参数优化设计中,并在其它采用超级电容作为能量源的电力电子装置中有很好的应用前景.

关　键　词:超级电容器;等效电路;建模方法;非线性中图分类号:TM9106文献标识码:A　　　　文章编号:100125965(2010)20172Advancedultraordandapplications

Shiyan　LeiLei　XiLingling

mentEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)

Abstract:Ancapacitor(UC)modelingmethodbasedadvancedphysicalterminalbehaviorwaspro2posed.Thismodelwithperfectstableanddynamiccharacteristicsaccordingtotheactualphysicalpropertieswasconsistedwiththreepartsofthebranchcircuits,avoltagecontrolledvoltagesourceserriedbyaconstantcapacitancewasusedinreal2timebranchcircuittosimulatereal2timecharacteristicsofsuper2capacitors.Themethodtodeterminemodelparameterswasalsoproposed.Simulationsresultsshowthatthismodelcanwellre2flectthenonlinearchargeanddischargebehavioranddemonstrateselfvoltagerecoverybehaviorafterchargeanddischarge.ThismodelhasbeensuccessfullyappliedtotheoptimumdesignofequalizationcircuitanditissimpleenoughtobeeasilyappliedforsimulationofpowerelectronicsapplicationsinvolvingUCpractically.

Keywords:ultra2capacitor;equivalentcircuit;modelingmethod;nonlinear

　　超级电容器作为电压源型电能存储元件,具有功率密度高、充电时间短、可靠性高等优点,由超级电容构成的串联储能电源组广泛应用于电动车辆、不间断电源、分布式发电等相关领域.作为串联储能电源组的关键技术之一

[1]

型,传输线模型、多阶梯形模型是其中代表.

这类模型的优点是参数具有特定的物理意义,但用其描述充放电特性仍有局限性.

[2-6]

,储能单体间

1　超级电容器建模

选取10组电容器进行充放电实验,如图1所示,由充放电特性曲线可以看到:

1)超级电容在充放电开始瞬间分别有电压陡升和陡降现象,表明超级电容器件内有一定内阻.

2)超级电容器在充放电结束后,电压有自恢

的能量均衡电路必须具备动态特性好、效率高和均衡速度快的特点,设计一只参数可靠、性能优良的能量均衡电路往往要通过反复的电路仿真和参数优化过程来实现,关键的一环是要有精确的超级电容器等效电路模型.

人们提出了多种基于物理特性的超级电容模

　收稿日期:2009202223　基金项目:台达环境与教育基金资助项目　作者简介:盖晓东(1978-),男,山东莱阳人,博士生,forrestgxd@163.com.

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