3.2超级电容器的均压问题
单体超级
电容器因为材质不均匀、有制造误差、
电容器内阻不同和自放电率不同等因素的影响,各个单体超级
电容器的电压会出现“不一致”性,相互之间的容量偏差量可达到-10%~+30%,上下偏差±1. 44。在大量使用串联超级
电容器组时,应使用电容量基本一致的超级
电容器,但实际上比较困难,且会提高超级
电容器的成本。
(1)引起超级
电容器组“不一致”的原因
①超级
电容器的电容量的“不一致”当多个电容量不一致的超级
电容器串联使用时,电容量最小的超级
电容器最先达到额定电压,而电容量最大的超级
电容器仅达到69%左右的电压,它的储能量只有额定储能量的0. 69左右。这直接影响了超级
电容器组的充放电的电容量,并且降低超级
电容器组的寿命。
②超级
电容器的等效内阻R ESR的“不一致”当多个等效内阻不一致的超级
电容器串联使用时,在充放电过程中,
电容器等效内阻R ESR大的单体
电容器最先达到充放电的终点,而且单体
电容器等效内阻RE、小的则充放电不充分。一般等效内阻R ESR相对较大,随着反复充放电的次数增加,超级
电容器的性能也逐渐衰减,等效内阻RE、由于超级
电容器性能的衰减,不一致性也越来越大。
③超级
电容器的漏电流的“不一致”超级
电容器组各个单体
电容器保持电荷的能力有所不同,在较长静置时间时,保持电荷能力较差的
电容器的电荷会发生泄漏。充电时,漏电流小的
电容器最先达到充电终点,而漏电流大的
电容器依旧需要继续充电。放电时,漏电流大的
电容器最先将电荷放完,达到放电终点,而漏电流小的
电容器仍旧保持剩余的电荷。
(2)超级
电容器的动态均压电路
电动汽车行驶过程是始终处于动态运行状态,对超级
电容器的充放电的电能变化,通常采用动态均压电路,以达到
电动汽车动态运行状态的要求。在超级
电容器的整个充放电的过程中,均压电路始终保持每个单体超级
电容器的电压均压。动态均压电路具有自动调节时问短、电压分配均匀、寄生功率小等特点。
①动态均压电路通用动态均压电路如图42所示,其中用晶体管Q1、Q2与电阻R5组成“全互补射极跟随器”,超级
电容器的电压通过电阻R3. R4,反馈到“全互补射极跟随器”输入端处,影响“全互补射极跟随器”的电压输入。
当两个超级
电容器C1和C2的电压出现微小的偏差时,运算放大器A迅速做出反应,受R3、R4构成的反馈电阻所产生的反馈电压作用,当运算放大器输出电压达到迫使“全互补射极跟随器”导通时,将运算放大器产生的开环增益,强加到电阻R5上,迫使超级
电容器C1和C2之间产生均压电压。
特点是反馈电阻R3、R4连接到“全互补射极跟随器”输人端处,将通过计算放大器A运算数据输人到“全互补射极跟随器”,超级
电容器C1和C2之间出现微小的差异并可能同时出现外电路干扰时,均压电路随时都可以立即做出反应,保持均压电路始终处于动态控制状态,但增加了在均压电路上不必要的损耗。
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