1、工学硕士学位论文超级电容的实际电参数模型与特性研究工学硕士学位论文超级电容的实际电参数模型与特性研究工学硕士学位论文IClassified Index: TM151.3U.D.C: 621.3Dissertation for the Master Degree of EngineeringRESEARCH ON MODEL AND CHARACTERISTICS OF SUPERCAPACITOR工学硕士学位论文II摘 要卫星、坦克等军用设备和电动车、公交车等民用交通工具的辅助电源主要是但由于超级电容是一种新的储能元件，国内外的研究还存在很多空白和未知的领域，从而限制了超级电容的广泛应用。本课
2、题研究的目的在于为提供理论依据，为考察提供参考依据。本文通过实验测量了，仿真分析了，并了解了超级电容的基本特性，在对超级电容的充放电做进一步研究的基础上，给出实际系统中超级电容的计算方法。本文的研究内容主要包括以下几个方面：(1) 采用的方法，分析，建立，并研究。(2) 研究，采用方法设计，提高，满足了的需求。(3) 通过设计，解决问题。(4) 根据特性，分析，给出计算方法。本文中由实验和仿真得到的结论反映了超级电容的实际电参数模型和应用特性，为超级电容在复杂系统中的进一步应用提供了理论基础；超级电容与蓄电池并联组合的计算方法对降低电源成本、延长蓄电池的寿命、优化系统设计具有一定的参考价值。关
3、键词 超级电容；等效模型；谐振；蓄电池 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文IIIAbstractThe assistant or back-up energy supply systems of most military equipments (sucn as satellites and tanks) and civil vehicles (such as electric vehicles and buses) are mainly provided by storage batteries. When starting up the cars, a big current is requi
4、red quickly from storage batteries, and if this situation repeats for many times, capacitance of the batteries will decrease seriously. So they must be maintained or replaced periodically and an extra cost is needed. In the cold areas and winter time, temperature has such a heavy influence on storag
5、e batteries that they cant work normally. On the contrary, supercapacitors have such a better performance than traditional storage batteries of fast charging and discharging, high efficiency and reliability, free maintainance that they are suitable to spaceflights, aviation aircrafts and vehicles wo
6、rking in a terrible environment. Howerver, supercapacitors are new enery storage devices that their characteristics are not very clear, so they cant be used widely.This thesis aims at establishing a practical electrical parameter model for the supercapacitor through experiments and simulations, anal
7、yzing the possibility and conditions of supercapacitor resonance, and providing some theoretical proof for designing satellites and superhigh power pulse sources of new arms based on a thorough analysis of the effect that supercapacitors parameters have on the power sources. At the same time, a calc
8、ulative method for batteries- supercapacitor combinatorial system is given to estimate the performance and reliability of the cars.In this thesis, the main electrical parameters of supercapacitors are measured and tested, for further applications, the charging and discharging processes of the superc
9、apcitors are discussed in details. Totally speaking, the thesis includes the following parts:(1) A real electrical parameter model of the supercapacitor is established and the probability and conditions of supercapacitor resonance are analyzed by means of simulations and experiments. (2) To meeting
10、the application cases, charging methods and efficiency of supercapacitors are discussed in the thesis. The charging speed and safety problems 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文IVare solved by designing a high current constant-current power supply device.(3) A simple, low-cost and reliable module is designed for the su
11、percapacitor to avoid over-voltage and assure a higher energy storage efficiency when multiple supercapacitors are connected in series.(4) According to the characteristics of supercapacitors and requirements of the application systems, an assigning and combining method is provided in this thesis so
12、that supercapacitors can be used with storage batteries or as a standby power supply system.The conclusions in this thesis drawn from experiments and simulations indicate the characteristics and rules of the supercapacitors which are important theoretical basis for their applications and the storage
13、 battery-supercapacitor system optimum method is of valuable worth for power supply system design.Keywords supercapacitor, equivalent model, resonance, storage battery哈尔滨工业大学工学硕士学位论文V目 录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 本课题研究的目的及意义 .11.3 国内外相关技术发展现状 .21.3.1 国外超级电容的生产及发展状况 .21.3.2 国内超级电容的研究现
14、状 .41.3.3 超级电容的应用研究现状 .51.3.4 超级电容在应用中需要解决的问题 .81.4 本文主要研究内容 .9第 2 章 超级电容实际电参数模型的建立 .102.1 引言 .102.2 电容器的性能指标和特点 .102.2.1 普通电容器的性能指标 .102.2.2 普通电容的类型及各自的特点 .112.2.3 超级电容的主要性能参数 .122.2.4 超级电容的分类 .142.3 超级电容等效串联内阻（ESR）的测量 .152.3.1 超级电容的等效模型 .152.3.2 测量超级电容 ESR 的方法 .152.4 超级电容放电实验和漏电流的估算 .202.4.1 实验过程及
15、结果分析 .212.4.2 影响超级电容放电速度的因素 .242.4.3 建立电参数模型 .262.5 本章小结 .26第 3 章 超级电容谐振与充电特性研究 .283.1 引言 .283.2 RLC 谐振电路的特点 .28哈尔滨工业大学工学硕士学位论文VI3.2.1 RLC 谐振电路的特点 .283.2.2 谐振电路振荡频率和品质因数定义 .293.3 超级电容串联谐振可能性与谐振条件研究 .293.3.1 串联谐振仿真实验方法 .303.3.2 串联谐振仿真实验结果 .313.4 超级电容并联谐振可能性与谐振条件研究 .323.4.1 并联谐振仿真实验方法 .323.4.2 并联谐振仿真实
16、验结果 .343.5 超级电容串联均压与保护电路设计 .343.5.1 超级电容串联均压的必要性分析 .343.5.2 超级电容串联均压的途径 .363.5.3 超级电容串联保护电路设计 .373.6 本章小结 .38第 4 章 超级电容充电器设计 .404.1 引言 .404.2 电容器的充电方法的选择 .404.3 超级电容充电器硬件系统设计 .414.3.1 PWM 控制器芯片 UC3842.414.3.2 IR2117 驱动芯片 .424.4 超级电容充电器软件系统设计 .464.4.1 MC68HC908GP32 单片机的资源 .464.4.2 上位机和下位机之间的通信协议 .464
17、.4.3 上位机用户程序的功能 .484.5 本章小结 .49第 5 章 超级电容在应用中的计算方法 .505.1 引言 .505.2 超级电容计算方法的原理分析 .505.2.1 超级电容的放电过程分析 .505.2.2 超级电容应用系统中的主要性能参数 .535.3 超级电容用作后备电源的计算方法实例分析 .535.3.1 超级电容型号已知的解决方案 .545.3.2 超级电容型号未知的解决方案 .555.4 超级电容和蓄电池的并联组合的计算方法 .56哈尔滨工业大学工学硕士学位论文VII5.4.1 蓄电池的等效模型简介 .565.4.2 影响蓄电池的容量的因素 .575.4.3 蓄电池和
18、超级电容并联组合的计算方法 .585.5 本章小结 .60结 论 .61参考文献 .63攻读硕士期间发表的论文 .67哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 .68哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 .68致 谢 .69哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景本课题来源于，项目名称是。1.2 本课题研究的目的及意义本课题研究的目的和意义在于，从而.，达到的目的。1.3 国内外相关技术发展现状1.3.1 国外超级电容的生产及发展状况目前,在超级电容产业化方面，美国、日本、俄罗斯处于领先地位，几乎占据了整个超级电容市场。这些国家的超级电容产品在功率、容量、价格等方面各有自己的特点与优势 3。1.3.2 国内超级电容的研究现状1.3.3 超级电容的应用研究现状1.3.3.1 超级电容做混合型电动机车的启动或加速用辅助电源 目前，大部分内燃机车.1.3.3.2 超级电容是方便可靠的储能设备 超级电容放电速度快、体积小、重量轻，可以为众多电子产品和存储器提供电源或后备电源，同时又可以提供大功率的脉冲电流，可以满足通讯设备对电源的要求。1.3.3.3 超级电容在电力系统中的应用 超级电容在电力系统中的应用主要有以下两个方面：(1)提高供电质量 在电力变配电所系统中，变配电设备主要是由直流电源
