一种可降低内压的超级电容器系统及其制备方法与流程

1.本发明涉及超级电容器技术领域，尤其涉及一种可降低内压的超级电容器系统及其制备方法。


背景技术：

2.双电层电容是超级电容器的一种，是一种新型储能装置，双电层电容介于电池和电容之间，其极大的容量完全可以作为电池使用，双电层电容相比采用电化学原理的电池，其充放电过程完全没有涉及到物质的变化，所以其具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，双电层电容其双电层的间距极小，致使耐压能力很弱，一般不会超过20v，所以其通常用作低电压直流或者是低频场合下的储能原件，可提供超大电流的电力；用作车辆启动电源，启动效率和可靠性都比传统的蓄电池高，可以全部或部分替代传统的蓄电池；用作车辆的牵引能源可以生产电动汽车、替代传统的内燃机、改造现有的无轨电车；用在军事上可保证坦克车、装甲车等战车的顺利启动、作为激光武器的脉冲能源。此外还可用于其他机电设备的储能能源。
3.超级电容器的额定电压很低，在应用中需要大量的串联，由于应用中常需要大电流充放电，因此串联中的各个单体电容器上电压是否一致是至关重要的，如果不采取必要的均压措施，会引起各个单体电容器上电压较大，采取更多的串联数来解决问题是不可取的，所以需要进行基本的降压工作，用以平衡超级电容器的电压，因此我们提出了一种可降低内压的超级电容器系统及其制备方法，用以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种可降低内压的超级电容器系统及其制备方法，解决了现有技术中不采取必要的均压措施，会引起各个单体电容器上电压较大，采取更多的串联数来解决问题是不可取的，会引起超级电容器电压不平衡的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种可降低内压的超级电容器系统及其制备方法，包括两个以上电容器串联可以采用并联电阻均压方式，通常应用于较高电压的整流滤波，由于电容器工作时有电源供电，电容的作用为滤波，故均压电阻的电流与功耗可以接受，用于储能的超级电容器，仅漏电流的差异，但与均衡高幅值充放电电流，则需非常小的阻值的均压电阻，分压电流将由超级电容器提供，使超级电容器储能变低，在多只大容量超级电容器串联时不实用，用稳压二极管箝位或适当数量普通整流二极管串联后并于超级电容，会因稳压二极管的稳压值及二级管导通电压随温度变化，而且其伏安特性相对较软。
7.优选的，超级电容器电压均衡电路仅限制超级电容器端电压在额定电压值或以下，且不在额定电压值以下有较大的漏电流，实现可使用的超级电容器电压均衡电路的基本要求为：
8.端电压达到设定值后，端电压的微小变化将导致很大的端电流变化，即稳压二极
管的反向击穿特性，能承受较大的电流，稳压值应是稳定的，不随时间温度及其他因素变化。
9.优选的，并联稳压管均衡电压法中，稳压管与单体电容器的额定电压一致，在超级电容器充电过程中，各单体端电压逐渐升高，达到其额定电压时击穿稳压管，可实现断电，在各电容器充电完毕后，最终均达到均衡状态，具有结构及控制系统简单、造价低的优势，存在较大的能量消耗：达到其额定电压后，充电电流经由稳压管进行耗散，且电压均衡时间较长。
10.优选的，降低均压系统能耗、提升效率的角度提出改进的超级电容器电压均衡技术，基于电压倍增器的均衡技术中，其电路拓扑结构包括输入电池及电压倍增器两部分，其中输入部分可产生变幅值方波，可通过boost等各类变换器实现；而在倍增器电路中，可通过多个等电压输出完成对超级电容器的充电，达到电压均衡的目的。此外，输入电池亦可选用升压斩波电路，结合了充电机均衡电路，可省略单体电压检测系统，在简化电路结构的同时，可实现较高的均压精度，偏差约为5mv。
11.优选的，超级电容器模块中各单体电容器电容量的差异将导致端电压变化率的差异，并进一步导致各单体储存能量的差异，由于电容器制作工艺复杂，各单体间电容量参数很难保证一致，一般偏差在
±
20％，计算得出串联段电容变化比值为1.5左右，单体充电量的差异约为5：3。
12.优选的，超级电容器存在内阻，可等效为并联及串联内阻，在多次充放电后其内阻与传统电容器间的差异逐渐增大，因此在充放电过程中，等效串联内阻值的大小直接影响电容端的电压分布情况。
13.本发明至少具备以下有益效果：
14.本发明一种可降低内压的超级电容器系统及其制备方法，从降低均压系统能耗、提升效率的角度提出改进的超级电容器电压均衡技术。基于电压倍增器的均衡技术中，其电路拓扑结构包括输入电池及电压倍增器两部分，其中输入部分可产生变幅值方波，可通过boost等各类变换器实现；而在倍增器电路中，可通过多个等电压输出完成对超级电容器的充电，达到电压均衡的目的，此外，输入电池亦可选用升压斩波电路，结合了充电机均衡电路，可省略单体电压检测系统，在简化电路结构的同时，可实现较高的均压精度，偏差约为5mv，基于软开关技术提出的由串联谐振逆变器与电压增倍器组成的超级电，超级电容器在新能源汽车、分布式能源系统、工业节能等领域应用较广，但单体电压较低常出现工作电压不均衡的问题，影响系统可靠性，因此探索超级电容器电压均衡技术是十分必要的。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
16.实施例一
17.包括两个以上电容器串联可以采用并联电阻均压方式，通常应用于较高电压的整流滤波，由于电容器工作时有电源供电，电容的作用为滤波，故均压电阻的电流与功耗可以接受，用于储能的超级电容器，仅漏电流的差异，但与均衡高幅值充放电电流，则需非常小
的阻值的均压电阻，分压电流将由超级电容器提供，使超级电容器储能变低，在多只大容量超级电容器串联时不实用，用稳压二极管箝位或适当数量普通整流二极管串联后并于超级电容，会因稳压二极管的稳压值及二级管导通电压随温度变化，而且其伏安特性相对较软。
18.实施例二
19.超级电容器电压均衡电路仅限制超级电容器端电压在额定电压值或以下，且不在额定电压值以下有较大的漏电流，实现可使用的超级电容器电压均衡电路的基本要求为：
20.端电压达到设定值后，端电压的微小变化将导致很大的端电流变化，即稳压二极管的反向击穿特性，能承受较大的电流，稳压值应是稳定的，不随时间温度及其他因素变化。
21.实施例三
22.并联稳压管均衡电压法中，稳压管与单体电容器的额定电压一致，在超级电容器充电过程中，各单体端电压逐渐升高，达到其额定电压时击穿稳压管，可实现断电，在各电容器充电完毕后，最终均达到均衡状态，具有结构及控制系统简单、造价低的优势，存在较大的能量消耗：达到其额定电压后，充电电流经由稳压管进行耗散，且电压均衡时间较长。
23.实施例四
24.降低均压系统能耗、提升效率的角度提出改进的超级电容器电压均衡技术，基于电压倍增器的均衡技术中，其电路拓扑结构包括输入电池及电压倍增器两部分，其中输入部分可产生变幅值方波，可通过boost等各类变换器实现；而在倍增器电路中，可通过多个等电压输出完成对超级电容器的充电，达到电压均衡的目的。此外，输入电池亦可选用升压斩波电路，结合了充电机均衡电路，可省略单体电压检测系统，在简化电路结构的同时，可实现较高的均压精度，偏差约为5mv。
25.实施例五
26.超级电容器模块中各单体电容器电容量的差异将导致端电压变化率的差异，并进一步导致各单体储存能量的差异，由于电容器制作工艺复杂，各单体间电容量参数很难保证一致，一般偏差在
±
20％，计算得出串联段电容变化比值为1.5左右，单体充电量的差异约为5：3。
27.实施例六
28.超级电容器存在内阻，可等效为并联及串联内阻，在多次充放电后其内阻与传统电容器间的差异逐渐增大，因此在充放电过程中，等效串联内阻值的大小直接影响电容端的电压分布情况。
29.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

技术特征：
1.一种可降低内压的超级电容器系统，包括两个以上电容器串联可以采用并联电阻均压方式，通常应用于较高电压的整流滤波，由于电容器工作时有电源供电，电容的作用为滤波，故均压电阻的电流与功耗可以接受，用于储能的超级电容器，仅漏电流的差异，但与均衡高幅值充放电电流，则需非常小的阻值的均压电阻，分压电流将由超级电容器提供，使超级电容器储能变低，在多只大容量超级电容器串联时不实用，用稳压二极管箝位或适当数量普通整流二极管串联后并于超级电容，会因稳压二极管的稳压值及二级管导通电压随温度变化，而且其伏安特性相对较软。2.根据权利要求1所述的一种可降低内压的超级电容器系统，其特征在于，所述超级电容器电压均衡电路仅限制超级电容器端电压在额定电压值或以下，且不在额定电压值以下有较大的漏电流，实现可使用的超级电容器电压均衡电路的基本要求为：端电压达到设定值后，端电压的微小变化将导致很大的端电流变化，即稳压二极管的反向击穿特性，能承受较大的电流，稳压值应是稳定的，不随时间温度及其他因素变化。3.一种可降低内压的超级电容器制备方法，其特征在于，所述并联稳压管均衡电压法中，稳压管与单体电容器的额定电压一致，在超级电容器充电过程中，各单体端电压逐渐升高，达到其额定电压时击穿稳压管，可实现断电，在各电容器充电完毕后，最终均达到均衡状态，具有结构及控制系统简单、造价低的优势，存在较大的能量消耗：达到其额定电压后，充电电流经由稳压管进行耗散，且电压均衡时间较长。4.根据权利要求3所述的一种可降低内压的超级电容器制备方法，其特征在于，所述降低均压系统能耗、提升效率的角度提出改进的超级电容器电压均衡技术，基于电压倍增器的均衡技术中，其电路拓扑结构包括输入电池及电压倍增器两部分，其中输入部分可产生变幅值方波，可通过boost等各类变换器实现；而在倍增器电路中，可通过多个等电压输出完成对超级电容器的充电，达到电压均衡的目的。此外，输入电池亦可选用升压斩波电路，结合了充电机均衡电路，可省略单体电压检测系统，在简化电路结构的同时，可实现较高的均压精度，偏差约为5mv。5.根据权利要求3所述的一种可降低内压的超级电容器制备方法，其特征在于，所述超级电容器模块中各单体电容器电容量的差异将导致端电压变化率的差异，并进一步导致各单体储存能量的差异，由于电容器制作工艺复杂，各单体间电容量参数很难保证一致，一般偏差在
±
20％，计算得出串联段电容变化比值为1.5左右，单体充电量的差异约为5：3。6.根据权利要求3所述的一种可降低内压的超级电容器制备方法，其特征在于，所述超级电容器存在内阻，可等效为并联及串联内阻，在多次充放电后其内阻与传统电容器间的差异逐渐增大，因此在充放电过程中，等效串联内阻值的大小直接影响电容端的电压分布情况。

技术总结
本发明涉及超级电容器技术领域，尤其涉及一种可降低内压的超级电容器系统及其制备方法，解决了现有技术中不采取必要的均压措施，会引起各个单体电容器上电压较大，采取更多的串联数来解决问题是不可取的，会引起超级电容器电压不平衡的问题。一种可降低内压的超级电容器系统及其制备方法，包括两个以上电容器串联可以采用并联电阻均压方式，通常应用于较高电压的整流滤波，由于电容器工作时有电源供电，电容的作用为滤波器。本发明可实现较高的均压精度，偏差约为5mV，基于软开关技术提出的由串联谐振逆变器与电压增倍器组成的超级电，但单体电压较低常出现工作电压不均衡的问题，影响系统可靠性，因此探索超级电容器电压均衡技术是十分必要的。技术是十分必要的。


技术研发人员：张志兵
受保护的技术使用者：江苏柏林大通电子科技有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/23