超级电容组充电解决大电容充电方案
超级电容（Supercapacitor[SC]或ultracapacitor）亦称双电层电容（electric double-layer capacitor），目前越来越广泛地用于各种电源管理系统。在汽车应用（如具有再生制动功能的起停系统）中，超级电容能够提供使起动器啮合所需的能量，以重启燃烧发动机，并接收在制动期间回收的动能。超级电容的优势在于其充放电次数显着多于传统铅酸电池，同时能够更迅速地吸收能量而不减少其预期寿命。这些特点还使超级电容对工业后备电源系统、快速充电无绳电动工具和远程传感器具有吸引力，因为对这些应用来说，频繁更换电池是不切实际的。
本文讨论了有关为这些大电容充电的挑战，并向电源系统设计工程师介绍了如何评估和选择适合后备能量存储应用的最佳系统配置。文中介绍了一种超级电容充电器解决方案范例，并提供了波形和详细解释。
系统详述
许多系统配置都使用超级电容组作为后备能量存储组件。一开始，设计工程师需要确定其能量存储配置目标，然后决定可用多大电压来存储能量。解决方案选择取决于负载的功率和电压要求，以及超级电容的能量和电压能力。在确定了最佳解决方案后，还必须对整体性能与成本进行平衡。
图1显示了一种高效率解决方案的框图，其中的负载是需要稳定输入电压（3.3V、5V、12V等）的器件。48V 主电源为正常工作的开关稳压器2（SW2）供电，同时通过开关稳压器1（SW1）为超级电容组充电，使其电压达到25V。当主电源断开时，超级电容组向SW2供电，以维持负载的连续运行。
图1.一种使用超级电容组的电池后备系统的框图
选定超级电容后，系统工程师还必须选择为超级电容充电的目标电压，其根据是超级电容的定额曲线。大多数超级电容单元的额定电压范围为室温下2.5V-3.3V,此额定值在更高温度时下降，随之带来更长的预期寿命。通常，充电目标电压设置值应低于最大额定电压，以延长超级电容的工作寿命。
接下来需要选择超级电容组的预期电压和SW2拓扑。超级电容组配置可为并联、串联或者并联的串联电容串组合。因为单元电容电压额定值通常低于3.3V,且负载常常需要相等或更高的供电电压，所以针对电容单元配置和SW2的选项是，使用一个电容单元与一个升压转换器，或串联的多个电容单元与一个降压或降压-升压稳压器。若使用升压配置，我们必须确保在超级电容放电时，电压不会下降至低于SW2的最小工作输入电压。该电压下降可能多达超级电容充电电压的一半之多，为此，我们举一个由串联超级电容组合和一个简单降压稳压器（SW1）组成的超级电容组的例子。然后，如果能量要求需要的话，将并联多个串联电容串。
如果选择超级电容的串联组合，则必须根据电容串顶端的最大预期电压来选择所用电容单元的数目。更多的串联电容意味着超级电容串的电容值更小而电压更高。例如，假设选择使用两串由四个2.7V10F电容组成的电容串
和由八个相同电容（串联）组成的一个电容串。虽然两种配置可存储总电荷和能量是相同的，但电容串的可用电压范围使单个串联串具有优势。例如，如果有一个需要5V偏压的负载，则SW2需要的电压为6V左右（考虑到其最大占空比和其他压差因素）。
●电容中的能量W=CV2/2,可用能量W=C/2（Vcharge2-Vdicharge2）
●对于每串4个电容的两个电容串，可用能量W=2*[（10F/4）/2*（（2.7V*4）2-6V2）]=201.6J
●对于包含8个电容（串联）的单个电容串，可用能量W=1*[（10F/8）/2*（（2.7V*8）2-6V2）]=269.1J
因为两个电容组可存储相同的总能量，所以电压较低的电容串的充电浪费/不可用百分比更大。在本例中，优先选择更高的电容串电压，以充分利用超级电容。
第三个系统挑战来自如何为超级电容组充电。一开始，当超级电容电压为0时，由于高电容值，SW1需要在类似输出短路的条件下工作相当长时间。常规SW1可能陷于打嗝模式而无法为超级电容充电。为了保护超级电容和SW1,在充电阶段开始时需要附加的电流限制功能。一种令人满意的解决方案是让SW1在几乎无输出电压的条件下提供加长时间的连续充电电流。
为超级电容充电有许多方法。恒定电流/恒定电压（CICV）是常用的首选方法，如图2（CIVE曲线）所示。在充电周期开始时，充电器件（SW1）在恒定电流模式下工作，向超级电容提供恒定电流，使得其电压呈线性增加。在超级电容充电至目标电压时，恒定电压回路激活并准确地控制超级电容充电电平，使之保持恒定，以避免过度充电。同样，该优先解决方案也提出了对电源管理功能的要求，需要在设计中加以考虑。
图2.CICV超级电容充电控制
再以图1为例，在48V主电源、25V超级电容组电压以及3.3V、5V、12V等负载电压的情况下，为SW1和SW2选择同步降压功能是合适的。由于主要挑战与超级电容充电有关，所以针对SW1的选择非常重要。针对SW1的理想解决方案对电源管理功能的要求是能够在高输入（48V）和输出（25V）电压下工作，同时提供CICV调制功能。
超级电容充电器解决方案范例
为说明超级电容充电行为，我们以同步降压稳压器为例。说明其关键问题和解决技术，并使用实验波形来帮助理解。
图3.实现CICV超级电容充电控制的同步降压稳压器简化原理图
图3显示了用Intersil的ISL78268控制的实现CICV模式的同步降压稳压器的简化原理图。为了在CICV控制下将超级电容组充电到25V,在选择控制器时考虑了以下功能：
1.能在VIN>=48V和VOUT>=25V条件下工作的同步降压控制器。
2.恒定电流和恒定电压调节能力，可自动切换调节模式。
3.在系统供电电压范围实现准确的电流感测输入以实现CI模式。参考图3,控制器可感测电感器的连续电流，即充电电流。控制器的电流感测放大器必须能够承受共模电压，在本例中为25V。
图4显示了ISL78268同步降压控制器的一小部分功能框图。如图所示，有两个独立的误差放大器，分别标记为Gm1和Gm2,用于实现恒定电压（Gm1）和恒定电流（Gm2）。
误差放大器Gm1用于CV闭环控制。它比较FB的反馈电压与内部1.6V参考电压，并在COMP引脚产生误差电压。FB引脚从输出电压连接至一个电阻分压器，并设置为当输出电压为预期电压水平时FB电压为1.6V。于是COMP电压即代表预期输出电压与实际输出电压之差。然后比较COMP与电感电流相比较，以生成PWM信号，来控制输出电压，使之保持恒定。
误差放大器Gm2用于CI闭环控制。它比较IMON/DE引脚电压与内部1.6V参考电压，并在COMP引脚产生误差电压。IMON/DE引脚电压是内部产生的，代表平均输出电感电流负载值。因此，COMP电压在Gm2回路激活时（Gm1和Gm2的输出之间的二极管有效地选择哪个回路是激活的）代表预期输出电流与实际输出电流之差。然后COMP与电感电流相比较，以生成PWM信号，来控制输出电压，使之保持恒定。
在超级电容电压达到目标电压之前的充电阶段，由Gm2的输出来驱动COMP引脚，产生PWM输出，以实现CI控制。当超级电容电压达到目标值时，充电电流减小，引起IMON/DE引脚电压降低和CI回路断开（当IMON/DE<1.6V 时），于是CV回路自然地接管对COMP的控制，从而保持输出电压恒定。
ISL78268降压控制器既有峰值电流模式的PWM控制器（可靠的逐周期峰值电流调制器），也有非常适用于超级电容充电的外部恒定平均电流回路。
图4.ISL78268CICV回路简化框图
现在，我们可以重点介绍已实现的超级电容充电实现方案。图5、6和7显示了由ISL78268控制，来为超级电容组（12节50F/2.7V串联电容）充电的同步降压控制器的实验波形。超级电容将通过主电源充电至25V。
图5.超级电容充电的实验波形
图5显示超级电容充电有多个阶段。开始时，在第1阶段，Vo几乎为0.ISL78268的IMON/DE引脚上的平均电流信号还未达到1.6V（期望充电电流的参考值），所以CI回路还未接通（engage）。在此阶段，电感器的峰值电流被逐周期限制于固定的OC阈值。在VOUT处于低水平（FB<0.4V）的充电阶段开始时，开关频率最大值被限制在50kHz,以预防所提到的因为低VOUT时的峰值电流限制而引起的电感器失控问题。
图6显示了第1阶段的波形的放大图。第2阶段从IMON/DE引脚电压（黄色迹线）达到1.6V时开始。在此阶段，CI回路接通并拉低COMP信号（青色迹线），从而开始稳定输出电流并使IMON/DE引脚电压保持恒定。IMON/DE 引脚电压代表所感测的平均输出电流信号。IL波形（绿色迹线）显示平均电流在第2阶段被控制为恒定水平。输出电压波形（粉色迹线）显示超级电容被恒定充电电流以线性方式充电。
图6.超级电容充电第1阶段的实验波形放大
第3阶段从FB引脚检测到0.4V电压开始（图7）。该触发之后恒定电流稳定回路将完全接通，所以开关频率可自动调节至预编程的300kHz.在更高的开关频率下，电感电流纹波（绿色迹线）显着减小。输出电压（粉色迹线）继续呈线性增加，表示超级电容被线性充电。
图7.超级电容充电的实验波形
回到图5,第3阶段一直到Vo达到25V的目标电压时结束。此时，CV回路接通并稳定输出电压。平均电流回路断开。图5显示输出电压（粉色迹线）趋平且电感电流降低。代表平均充电电流的IMON/DE引脚电流也下降，表示恒定电流稳定过程结束。
结束语
超级电容由于其固有物理特征对比传统电池具有的优势在汽车、工业和消费产品中被用作能量存储解决方案。为使超级电容组的可存储能量最大化，最佳方案常常是串联多个超级电容单元来实现高电容组电压。充电时，最好使用CICV方法来限制由于超级电容充电到恒定电压期间的低ESR而产生的高电流。恒定电流还可以使充电损耗可控制，这可以减少所生成的热量并延长超级电容的寿命。因此，让充电电路容忍高电压并提供CICV控制功能是有益的。
超级电容器的充放电实验曲线测试 一、实验目的 了解超级电容器结构组成以及工作原理，理解超级电容器等效电路模型，学会绘制超级电容器充放电曲线。 二、超级电容器结构以及工作原理 超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔膜四个部件。超级电容器电极由多孔材料在金属薄膜（常用铝）上沉积而成，而活性炭则是常用的多孔材料。充电时，电荷存储于多孔材料和电解质之间的界面上。电解质的选择往往是电容器单体电压和离子导电性之间妥协的结果，追求离子导电性的最大化可能会导致所选择的电解质分解电压低至1V 。隔膜通常是纸，起绝缘作用，可以防止电极之间任何的导电接触。必须能够浸泡在电解质中，并且不影响电解质的离子导电性。 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V 以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，
为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。 三、实验线路图 四、实验步骤 1、充电实验 按照实验线路图连接电路，将开关接到K端，使电源接入电路中，实现超级电容的充电过程，通过串口命令记录电流和电压。 2、放电实验 在超级电容器充电完成后，将开关接到另一端，将电源断开，实现超级电容的放电过程，通过串口命令记录电流和电压。 五、注意事项 1、超级电容器具有固定的极性。在使用前，应确认极性。 2、超级电容器应在标称电压下使用。当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。 3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。 4、外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。 5、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引线松动，导致性能劣化。
超级电容的充电方式 Hessen was revised in January 2021
随着动力电池的发展和应用，动力电池的充电技术也应运而生，目前所采用的比较传统的充电方式有恒流充电和恒压充电。 恒流充电是在充电过程中，全程采用恒定不变的电流进行充电，一般适用于在电流不大的情况下，进行长时间充电； 恒压充电则是采用动力电池可接受的恒定的电压进行充电； 之后又出现了上述两种充电方式的组合模式，如 恒流限压充电(充电到限定电压后，通过减小充电电流限制电压上升)、 恒压限流充电(充电电压恒定，充电电流始终小于限定的电流值) 先恒流后恒压充电(先恒定电流充电，当充电到指定电压时转为恒定电压充电)等， 因为这些方式没有比较准确的控制而且模式比较单一，在充电时间、充电效率等方面并不十分理想；但由于所需控制量少、实现简单，这些方式在很多场合下仍被采用[31]。 由于动力电池存在固有的可接受充电电流曲线，随着充电时间的增加，可接受充电电流随之减少，因此采用恒压或恒流的充电方式，充电过程始终小于或大于电池可接受的充电电流的状态下进行，从而降低了充电效率，延长了充电时间。 因此根据动力电池的自身充电规律，可以把充电过程细分为若干阶段，各个阶段采用不同的充电模式，或者根据电池的不同状态，采用相应的充电模式，使整个充电过程更符合动力电池的充电特性。研究表明这种方式可以有效地减小充电时间、提高充电电量，但该方式控制方式比较复杂，通用性不强[32]。 脉冲充电方式也是常用的充电模式之一。脉动式充电是指充电电流或电压以脉冲的形式加在蓄电池两端进行充电，可以缩短充电时间，增大充放电容量，减少电池发热，提高充电效率。有实验表明[33][34]如果可以提供正、负相间的电流脉冲，就能增加动力电池的循环使用次数，延长使用寿命。但现有的脉冲充电器的充电脉冲宽度和间歇时间大多是固定的，无法根据充电状态进行相应的改变（可否考虑PWM），因此充电效果受到了影响。 超级电容器的原理不同于蓄电池，其充放电过程的容量状态有其自身的特点。超级电容器受充放电电流、温度、充放电循环次数等因素影响，其中充放电流是最主要的影响因素。由于超级电容器一般采用恒流限压充电的方法，本文主要分析恒流充电条件下的超级电容器特性。恒流限压充电的方法为控制最高电压为Umax，恒流充电结束后转入恒压浮充，直到超级电容器充满。采用这种充电方法的优点是：第一阶段采用较大电流以节省充电时间，后期采用恒压充电可在充电结束前达到小电流充电，既保证充满，又可避免超级电容器内部高温而影响超级电容器的容量特性。 超级电容器具有非常高的功率密度，为电池的10—100倍，适用于短时间高功率输出；充电速度快且模式简单，可以采用大电流充电，能在几十秒到数分钟内完成充电过程，是真正意义上的快速充电；无需检测是否充满，过充无危险；
第５期（总第１７４期） ２０１２年１０月机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５ Ｏｃｔ． 文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０５－０１７０－０ ２超级电容充电策略研究 汪亚霖，文 方 （贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 ５５０００１ ）摘要：超级电容是一种绿色环保的电化学电容器，其充电过程受内阻和有效电容等诸多因素的影响，对其充电方法进行研究，在以后的工程应用中具有重要的意义。采用二阶段充电模式对其充电，控制电路以ＴＭＳ３２芯片为核心，通过检测超级电容的端电压，送入ＤＳＰ进行分析和处理，得到相对应的ＰＷＭ控制信号来控制主回路开关管（ＩＧＢＴ）的开通和关断，从而改变充电电流的大小，实现超级电容的智能充电。关键词：超级电容；充电电路；ＴＭＳ３２中图分类号：ＴＭ５３ 文献标识码：Ｂ 收稿日期：２０１２－０６－０６；修回日期：２０１２－０６－２ １作者简介：汪亚霖（１９８８－） ，女，贵州水城人，在读硕士研究生，主要研究方向：计算机控制技术。０ 引言 超级电容器又叫双电层电容器，是一种新型储能装置，是２０世纪７０年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，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。因此，超级电容是一种高效、环保、实用的能量存储装置， 在绿色环保、混合动力、清洁能源、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和潜力，目前发展十分迅速。 超级电容器的充电过程是非常复杂的电化学过程，其内阻和有效电容受诸多因素的影响，具有很强的时变性和非线性，因此，对其建立精确的数学模型比较困难。使超级电容快速有效的充电，对于超级电容在实际工程中的应用具有指导意义。１ 常规充电法１．１ 恒定电压充电法 在充电过程中，充电电压始终保持不变的方法叫做恒定电压充电法，其优点是可避免充电后期由于充电电流过大造成的极板活性物质脱落及电能的损失，其缺点是由于充电初期充电电流过大，容易使电池极板弯曲， 造成电池报废。１．２ 恒定电流充电法 在充电过程中，充电电流始终保持不变的方法叫做恒定电流充电法， 此方法使电池充电时间缩短。在允许的最大充电电流范围内，充电电流越大，充电时间越短。但若在充电后期仍保持充电电流大小不变， 将导致电解液析出气泡过多而呈现出沸腾状态，这不但浪费了电能，而且容易使电池温升过高，造成电池存储 容量下降而提前报废。因此， 此充电方法很少采用［１］ 。２ 快速充电技术— ——脉冲式充电法脉冲充电法首先采用脉冲电流对电池充电一段时间后让其停充一段时间，如此循环。此充电方法可使蓄电池的充电接收率得到提高。脉冲充电法在其停充阶段使电池经化学反应产生的氧气和氢气能重新反应而被吸收掉，从而使欧姆极化和浓差极化自然而然地被消除， 减轻了蓄电池的内压。脉冲充电法减少了电池的析气量，使其有较充分的反应时间，大大提高了电 池的充电效率［ ２］ 。图１为脉冲式充电曲线。图１ 脉冲式充电曲线 ３ 超级电容器模组充电电路设计 结合上述各种方法的优缺点，本文设计采用两阶段充电模式，即首先采用脉冲快速充电方法，以使其消除电池极化，避免了超级电容在充电过程中的温升过高；再采用浮充补足充电法对其进行充电，可使超级电容恢复至完全充电状态，使其达到额定容量。 快速充电部分由Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ电路构成，它产生所需要的正负脉冲， 形成双向能量流动电路。电路中包
电双层型超级电容的原理及充电方法 早晨起床，给手机充电只要一分钟，便可将电充满。这不是做梦!以电双层为代表的大容量电容器，以超级电容的名字已经有了20年以上的商品化历程．近年来。更是在大容量、高耐压方面有了惊人的进步。成为蓄电池辅助蓄电装置，甚至取代蓄电池。大容量电容器中。除电双层型以外。尚有混合型(锂系电容器)和氧化还原型两种。电双层型的耐压为2～3.3V，而混合型(锂系)耐 压为3.6～4.2V。由于大容量电容器的蓄电能力是以耐压值的平方数增加 (U=CV2/2)，所以提高耐压值可使蓄电能力快速提高。电双层型大容量电容器 f以下称超级电容)的容量可做到100F(法拉)以上，内阻仅1mΩ，而锂系已经有单体达10000F的大容量电容器，将成为下一代蓄电装置。 一、电双层型电容器的原理及特性 如图1所示，因在充电时电解液中的正离子被电子吸引、而负离子被空穴吸引,于是分别在正、负电极和电解液的接触面形成两个绝缘层并产生了电位差。充电完成后，其形态犹如两个串联的电容器，被称为电双层电容器。在放电时，电子和空穴并不结合，而是释放正、负离子到电解液中。显然。电极和电解液接触面积大的，其容量也大。与充电电池相比，超级电容没有化学反应，具有不发热、无劣化、高效率、长寿命的优点。 二、充电监控电路 1．多个电容的均一充电 在将多个超级电容串联起来组成更大容量组件的场合，各个超级电容的容量、初始电压、内阻都不会相同，因而即使用相同的电流充电。充满电的时间也是不同的。因此有必要设置防止过充电的监控电路，即并联监控电路。图2是一种简单的监控电路，每个电容并联一个稳压二极管，起分流作用。由于稳压二
超级电容组充电解决大电容充电方案 超级电容（Supercapacitor[SC]或ultracapacitor）亦称双电层电容（electric double-layer capacitor），目前越来越广泛地用于各种电源管理系统。在汽车应用（如具有再生制动功能的起停系统）中，超级电容能够提供使起动器啮合所需的能量，以重启燃烧发动机，并接收在制动期间回收的动能。超级电容的优势在于其充放电次数显着多于传统铅酸电池，同时能够更迅速地吸收能量而不减少其预期寿命。这些特点还使超级电容对工业后备电源系统、快速充电无绳电动工具和远程传感器具有吸引力，因为对这些应用来说，频繁更换电池是不切实际的。 本文讨论了有关为这些大电容充电的挑战，并向电源系统设计工程师介绍了如何评估和选择适合后备能量存储应用的最佳系统配置。文中介绍了一种超级电容充电器解决方案范例，并提供了波形和详细解释。 系统详述 许多系统配置都使用超级电容组作为后备能量存储组件。一开始，设计工程师需要确定其能量存储配置目标，然后决定可用多大电压来存储能量。解决方案选择取决于负载的功率和电压要求，以及超级电容的能量和电压能力。在确定了最佳解决方案后，还必须对整体性能与成本进行平衡。 图1显示了一种高效率解决方案的框图，其中的负载是需要稳定输入电压（3.3V、5V、12V等）的器件。48V 主电源为正常工作的开关稳压器2（SW2）供电，同时通过开关稳压器1（SW1）为超级电容组充电，使其电压达到25V。当主电源断开时，超级电容组向SW2供电，以维持负载的连续运行。 图1.一种使用超级电容组的电池后备系统的框图 选定超级电容后，系统工程师还必须选择为超级电容充电的目标电压，其根据是超级电容的定额曲线。大多数超级电容单元的额定电压范围为室温下2.5V-3.3V,此额定值在更高温度时下降，随之带来更长的预期寿命。通常，充电目标电压设置值应低于最大额定电压，以延长超级电容的工作寿命。 接下来需要选择超级电容组的预期电压和SW2拓扑。超级电容组配置可为并联、串联或者并联的串联电容串组合。因为单元电容电压额定值通常低于3.3V,且负载常常需要相等或更高的供电电压，所以针对电容单元配置和SW2的选项是，使用一个电容单元与一个升压转换器，或串联的多个电容单元与一个降压或降压-升压稳压器。若使用升压配置，我们必须确保在超级电容放电时，电压不会下降至低于SW2的最小工作输入电压。该电压下降可能多达超级电容充电电压的一半之多，为此，我们举一个由串联超级电容组合和一个简单降压稳压器（SW1）组成的超级电容组的例子。然后，如果能量要求需要的话，将并联多个串联电容串。 如果选择超级电容的串联组合，则必须根据电容串顶端的最大预期电压来选择所用电容单元的数目。更多的串联电容意味着超级电容串的电容值更小而电压更高。例如，假设选择使用两串由四个2.7V10F电容组成的电容串
超级电容常识 超级电容基本知识 寿命 超级电容具有比电池更长的使用寿命，但是寿命也不是无限延长的。寿命终止失效模式为等效串联内阻的增加（ESR）升高和容量降低。超级电容实际的寿命失效取决于应用要求，比如长期置于 高温下，高电压和超电流将会导致ESR升高和容量降低。这些参数降低将会延长超级电容的寿命。 电压 超级电容具有推荐的额定工作电压，电压值是根据超级电容在最高的额定温度下最长寿命来设定的。如果使用电压超出额定电压，将会导致寿命缩短，若过压时间较长则内部电解液将会分解为气体，当气体的压力逐渐增强时，超级电容内部将会漏液或防爆阀破裂。 极性 超级电容采用对称的电极设计，正负极具有类似的结构，当电容首次装配时，任一电极都可以被当成正极或者负极，一旦超级电容被第一次充满电时，超级电容将会形成极性化。所以我们在生产过程中将会100%的充放电将极性定型，同时在每一个电容的外壳上面都有一个负极标志。提醒一点：虽然超级电容可以被放电使电压降低到零电压,但是电极还是保留非常少的电荷，此时变换极 性是不可以的。超级电容按照一个方向被充电的时间越长，他们的极性就变得越强。若此时更改极性将会使电容的寿命缩短或损坏。 环境温度 能量型超级电容的正常工作温度是-25℃--70℃，功率型超级电容的正常工作温度是-40℃--60℃，温度及电压对超级电容寿命有影响。一般来说，超级电容的环境温度每升高10℃，超级电容的寿 命就会缩短一半。也就是说在可能的情况下尽可能在最低温度下使用超级电容，那么就可以降低电容的衰减与ESR的升高。若低于正常室温环境下，那么可以降低电压以抵消高温对电容的负面 影响。相反在低温下提高超级电容的工作电压，可以有效的抵消超级电容在低温下内阻的升高。在高温情况下，电容内阻升高。在低温下，电容的内阻升高时暂时的，因为在低温下电解液的稠性升高，降低了电离子的远动速度。 放电特性 超级电容放电时，是按照一条斜率曲线放电，当确定应用时超级电容的容量与内阻要求时，最重要的就是要了解电阻及容量对放电特性的影响。在高脉冲电流应用时，ESR是重要的因素。而在低电流应用时，容量是最重要的因素。计算公式如下： Vd=I(R+T/C) Vd是起始工作电压与截止电压之差，I是放电电流，R是超级电容的（ESR），T是放电时间，C是电容的容量。在脉冲应用中，由于瞬间放电流很大，为减少电压的降幅，选用低内阻（ESR） 的超级电容，而在低电流应用中则需要选用高容量的超级电容。 充电方法 超级电容可用各种方法进行充电，如：恒定电流、恒定功率、恒定电压或与能量储存器，或者电源并联（如电池、DC变换器等）。如果超级电容与电池并联，加一个低阻值串联电阻将降低超级 电容的充电电流，并提高电池的使用寿命。但是如果使用串联电阻，必须要保证电容的电压输出端是直接与应用器连接而不是通过电阻与应用器连接，否则超级电容的低内阻特性将是无效的。在高脉冲电流放电时，许多电池系统寿命均会缩短。 超级电容最大充电电流I计算公式如下： I=V/5R I是推荐的充电电流，V是充电电压，R是超级电容的ESR。超级电容持续大电流或者高压充电，超级电容将会过度发热，过度发热将会导致ESR增加，电解液分解气化，缩短寿命、漏液、防爆 阀爆裂。如果要使用高于额定值的电流或电压充电请与生产厂商联系。 自放电与漏电流 以不同方法进行测量时自放电与漏电流在本质上是相同的，针对超级电容的结构，从正极到负极具备高的耐电流特性。也就是说保留电容电荷，需要少量的额外电流，这个电流就是漏电流。而当移除充电电压时，电容不在负荷时，额外的电流会促使超级电容放电，称为自放电流。 电容串联 单体超级电容的电压一般为2.5V或2.7V，而在许多应用领域要求高电压，超级电容可以设置串联的方法来提高工作电压。确保单一的超级电容电压不超过其最大的额定工作电压是很重要的，否 则会导致电解液分解产生气体，ESR升高，寿命减短。 在放电或者充电时，在稳定状态下因容量和漏电流的差异，都将会导致串联的超级电容电压不平衡现象。在充电时，串联的超级电容将起到电压分配作用，因此低容量单体超级电容将承受更大的电压。例如: 2.5V1F的超级电容串联，两个容量分别为+20%与-20%，则电压分配如下： V1=V供*（C1/(C1+C2)） V供是供给给串联两端的充电电压。 假设V1是+20%容量偏差的电容，若供应充电电压是5V,则： V1=5*(1.2/(1.2+0.8))=3V 所以，为避免超出3V的超级电容浪涌电压范围，串联超级电容的容量必须在同一个趋势范围内。在选择上可以用主动电压平衡电路来降低因容量不平衡而产生的电压不平衡。注意大多数的电压 平衡方法都是取决于具体的应用。 主动电压平衡 主动电压平衡电路能使串联的超级电容上的电压与额定电压驱同而不管有多少电压不平衡产生。同时在确保精确的电压平衡时，主动平衡电路在稳定的状态下只有非常低的电流，只有当电压超出平衡范围时才会产生比较大的电流，这些特性使得主动电压平衡电路是超级电容频繁充放电及如电池等能量组件使用的最理想电路。 被动电压平衡 被动电压平衡电路是忽略超级电容的低内阻直接用高电阻来做平衡电路的一种方式，采用与电容并联电阻进行分压，这就允许电流从高电压的超级电容上流至低电压的超级电容上实现电压的平衡。最重要的是选择平衡电阻值来提供超级电容更高电流的流动而不增加超级电容的漏电流。同时要注意：“漏电流在温度升高的时候会上升的”。 被动平衡电路使用在不频繁对超级电容进行充放电的应用，同时要能够承受平衡电阻的额外电流负载时推荐使用。使用平衡电阻时，建议使用平衡电阻的应能提供最差超级电容漏电流50倍以上 的额外电流，根据最高使用温度选择在3.3KΩ-22KΩ。尽管更大阻值的平衡电阻在大多数情况下也能工作，但其不可能在不匹配的超级电容串联时起到保护作用。 逆向电压防护 当串联使用的超级电容被快速放电时，低容量超级电容的电压将潜在地变为负电压。这是不允许的，同时会降低超级电容的使用寿命。一个简单的防护逆向电压的方法是在超级电容上的两端增加一个二极管。使用适当的额定的限流二极管替代标准的二极管，还可以保护超级电容出现过电压现象。在选择二极管时，“二极管必须能够承受电源的峰值电流”。 脉动电流 超级电容虽然有比较低的内阻，但是相对电解电容而言，其内阻还是比较大的，若应用在脉冲电流的环境中容易引起内部发热，从而导致电解液分解、ESR增加，从而引起超级电容寿命缩短。为了保证超级电容的使用寿命，在应用在脉冲环境中时，最好要保证超级电容表面的温度上升不超过3℃。 比能量： 是指电容器在单位重量或单位体积下所给出的能量。（通常也叫：重量比能量、体积比能量、能量密度）单位：WH/KG、WH/L 超级电容器的能量与本身的容量与电压有关。其计算方式： E=CV2/2 (单位焦耳J)
摘要： 超级电容是一种新型的储能元器件，它相比其它储能元器件有很多优势，比如比功率高、充电速度快、放电电流大、使用寿命长、不污染环境等。其具有很大的发展前景，但由于超级电容个体电压不高，在实际应用过程中就需要将多个超级电容器串并联起来使用。超级电容在充放电过程中，由于其参数存在离散型，即使是同一型号同一规格的超级电容器在其电压内阻、容量等参数上都存在一定的差异。这样容易导致某些超级电容器过充或者过放，影响超级电容的使用寿命和系统的稳定性。同时，超级电容器在充放电过程中，超级电容器电池组两端的电压会逐渐下降，尤其经过长时间大电流放电，电压下降明显，会直接影响负载的工作稳定性。因此研究超级电容充放电控制电路对提高超级电容的使用寿命和系统稳定性十分重要。本文主要对超级电容器电池组采取电压均衡和放电稳压就行设计研究。超级电容器的充放电控制电路有恒压、恒流等。放电稳压有稳压管稳压、三极管反馈稳压、集成芯片稳压等等方式。联系到将超级电容用作后备电源，针对实际应用列出了详细的设计步骤和研究方案。 关键词: 超级电容电压均衡放电稳压 1 绪论 1.1 课题研究背景及意义 1.1.1 课题研究背景 当今社会由于石油、煤炭等传统能源日益枯竭，并且这些燃料燃烧对生态环境已经造成了严重的污染。目前人们研究的层次还是局限于油、气混合动力燃料电池、化学电池的研究。虽然其研究成果取得了一定的成就但是他们的缺点也日益暴露出来比如：使用寿命短、温度特性差、充放电速度慢、放电电流小、对环境仍有一定的污染等。所以人们迫切希望能够找到一种绿色环保的储能装置代替传统的储能装置。而超级电容器是上个世纪80年代初出现的新产品，是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能器件。它有其功率高、充电速度快、储存能量大、放电电流大、使用寿命长、免维护等优点。随着便携式电气设备的普及，超级电容在电动汽车的研发、UPS电源、数码产品电源的发展获得了极大的
超级电容充放电时间计 算方法 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
超级电容充放电时间计算方法 1法拉=1000000微法 1微法=1000000皮法 12V，10法拉的电容，对12V，的用电器放电应该在400秒时间内放完 电容没有功率，在电路中只要电压不超过耐压值27v就可以。 普通蓄电池如12V14安时的放电量=14×3600∕12=4200(F) 电流的大小和负载相关，电容放电，电压会降低的，具体可以参考电容的放电曲线。如果想有稳定的电压和电流可以在电容后增加DC-DC的稳压电路 一般应用在太阳能指示灯上时, LED 都釆用之闪烁妁发光, 例如釆用一颗 LED 且控制每秒闪烁放电持续时间为秒, 对超级电容充电电流 100mA 下面以 / 50F在太阳能交通指示灯为例, 超级电容充电时间如下: C X dv = I X t C: 电容器额定容量; V: 电容器工作电压 I: 电容器充电 t: 电容器充电时间 R: 电容器内阻 dv: 工作电压差 故 / 50F 超级电容充电时间为: t = ( C X V) / I = (50 X / = 1250S 超级电容放电时间为: C X dv - I X C X R = I X t 故 / 50F 超级电容从放到放电时间为: t = C X (dv / I - R) = 50 X [ ( - ] / - ] = 5332S 应用在 LED 工作时间为 5332 / = 106640S = hr C: 电容器额定容量 (F) R: 电容器内阻 (Ohm) V work: 正常工作电压 (V) V min : 停止工作电压 (V) t : 在电路中要求持续工作时间 (s) I : 负载电流 (A) 超级电容量的计算方式: )-VminC = (Vwork + Vmin)It / (Vwork 例: 如单片机应用系统中, 应用超级电容作为後备电源,在断电後需要用
超级电容充放电时间计算方法 1法拉=1000000微法 1微法=1000000皮法 12V，10法拉的电容，对12V，1.5A的用电器放电应该在400秒时间内放完 电容没有功率，在电路中只要电压不超过耐压值2?7v就可以。 普通蓄电池如12V14安时的放电量=14×3600∕12=4200(F) 电流的大小和负载相关，电容放电，电压会降低的，具体可以参考电容的放电曲线。如果想有稳定的电压和电流可以在电容后增加DC-DC的稳压电路 一般应用在太阳能指示灯上时, LED 都釆用之闪烁妁发光, 例如釆用一颗LED 且控制每秒闪烁放电持续时间为0.05 秒, 对超级电容充电电流100mA (0.1A) 下面以2.5V / 50F在太阳能交通指示灯为例, 超级电容充电时间如下: C X dv = I X t C: 电容器额定容量; V: 电容器工作电压 I: 电容器充电 t: 电容器充电时间 R: 电容器内阻 dv: 工作电压差 故2.5V / 50F 超级电容充电时间为: t = ( C X V) / I = (50 X 2.5) / 0.1 = 1250S 超级电容放电时间为: C X dv - I X C X R = I X t 故2.5V / 50F 超级电容从2.5V 放到0.9V 放电时间为: t = C X (dv / I - R) = 50 X [ ( 2.5 - 0.9) ] / 0.015 - 0.02 ] = 5332S 应用在LED 工作时间为5332 / 0.05 = 106640S = 29.62 hr C: 电容器额定容量(F) R: 电容器内阻(Ohm) V work: 正常工作电压(V) V min : 停止工作电压(V) t : 在电路中要求持续工作时间(s) I : 负载电流(A) 超级电容量的计算方式: )-Vmin C = (Vwork + Vmin)It / (Vwork 例: 如单片机应用系统中, 应用超级电容作为後备电源,在断电後需要用
毕业设计（论文） 开题报告 题目超级电容的充电电路研究 专业 班级 学生 指导教师 2015 年
一、毕业设计(论文)课题来源、类型 1、课题来源：超级电容充电技术的科学研究 2、课题类型：实验仿真 二、选题的目的及意义 目的： 通过本课题的设计，了解超级电容充电的基本工作原理，特点及发展概况，掌握对超级电容充电的分析方法，手段。利用所学的专业知识分析掌握超级电容充电的基本工作原理和实际电路的组成部分，根据要实现的电动汽车的实际需求，设计电路的原理图和最初的电路图，并对所设计的电路的正确性和可行性进行仿真验证，结合验证结果对电路中的各项参数进行优化，以获得比较理想的实际工作电路。同时，培养学生独立发现问题、分析问题和解决问题的能力。 意义： 特斯拉掀起了电动汽车的高潮，不少人向往清洁时髦的新能源汽车要进入寻常百姓家，而混合动力电动汽车被认为是本世纪解决汽车面临的石油能源危机和环境污染问题的有效方案之一【1】。超级电容非常适合用于制动过程中能量回收，而且成本较低【2】。通过与传统蓄电池组成复合电源，在启动、加速等高功率下采用超级电容供电，可以延长蓄电池寿命【3】。另外电动车除了价格的可接受外，解决随时随地的充电问题是才是棘手。而建设电动车充电网络是一项庞大的事业，谁又能将充电变得像加油一样便捷？众所周知，电动车的能量源泉是蓄电池，电动车从蓄电池中吸取的平均功率较低，峰值功率却反而很大，又因为电动车的启动和停车相对汽车比较频繁，使得蓄电池的放电过程变化很大。与电池相比，超级电容可以弥补燃料电池的比
功率不足，提高电池的寿命，最大限度的回收制动能量等效果。因此超级电容的充电技术得到了人们的更广泛研究。 三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 目前, 世界各国争相研究、并越来越多地将其应用到电动车上. 超级电容已经成为电动车电源发展的新趋势【4-9】，而超级电容的充电技术是被认为解决电动车动力问题的最佳途径。 日本是将超级电容应用于混合动力电动汽车的先驱, 超级电容是近年来日本电动车动力系统开发中的重要领域之一. 本田的 FCX燃料电池-超级电容混 合动力车是世界上最早实现商品化的燃料电池轿车, 该车已于 2002 年在日本和美国的加州上市。日产公司于 2002 年 6 月 24 日生产了安装有柴油机、电动机和超级电容的并联混合动力卡车, 此外还推出了天然气-超级电容混合动客车, 该车的经济性是原来传统天然气汽车的 2.4倍. 目前, 装备超级电容的混合动力电动公交车已经成为日本的国家攻关项目。 瑞士的 PSI 研究所给一辆48 kW的燃料电池车安装了储能 360 Wh 的超级电容组, 超级电容承担了驱动系统在减速和起动时的全部瞬态功率, 以50kW的15s额定脉冲功率来协助燃料电池工作, 牵引电机额定连续功率为45kW,峰值功率为 75 kW, 采用 360 V 的直流电源。大众Bora 实验车进行的燃油消耗测试结果表明其油耗少于7L/100 km, 而相同质量的 BMW7 系列油耗则为10.7 L/100 km。1996 年俄罗斯的Eltran 公司研制出以超级电容作电源的电动汽车,采用300个电容串联,充电一次可行驶12 km, 时速为25 km/h。美国在超级电容混合动力汽车方面的研究也取得了一定进展, Maxwell 公司所开发的超级电容器在各种类型电动汽车上都得到了良好的应用。美国NASALewis 研究中心研制的混合动力客车采用超级电容作为主要的能量存储系统【10】。 目前, 国内对以超级电容作为惟一能源的电动汽车的研究取得了一定的进展,2004年7月我国首部电容蓄能变频驱动式无轨车在上海张江投入试运行, 该
超级电容充放电时间计算方法 一般应用在太阳能指示灯上时, LED 都釆用之闪烁妁发光, 例如釆用一颗LED 且控制每秒闪烁放电持续时间为0.05 秒, 对超级电容充电电流100mA (0.1A) 下面以2.5V / 50F在太阳能交通指示灯为例, 超级电容充电时间如下: C X dv = I X t C: 电容器额定容量; V: 电容器工作电压 I: 电容器充电 t: 电容器充电时间 R: 电容器内阻 dv: 工作电压差 故2.5V / 50F 超级电容充电时间为: t = ( C X V) / I = (50 X 2.5) / 0.1 = 1250S 超级电容放电时间为: C X dv - I X C X R = I X t 故2.5V / 50F 超级电容从2.5V 放到0.9V 放电时间为: t = C X (dv / I - R) = 50 X [ ( 2.5 - 0.9) ] / 0.015 - 0.02 ] = 5332S 应用在LED 工作时间为5332 / 0.05 = 106640S = 29.62 hr C: 电容器额定容量(F) R: 电容器内阻(Ohm) V work: 正常工作电压(V) V min : 停止工作电压(V) t : 在电路中要求持续工作时间(s) I : 负载电流(A) 超级电容量的计算方式: C = (Vwork + Vmin)It / (Vwork -Vmin ) 例: 如单片机应用系统中, 应用超级电容作为後备电源,在断电後需要用 超级电容维持100mA 电流,持续时间为10S, 单片机停止工作电压为 4.2V, 那麼需要多大容量的超级电容才能保证系统正常工作? 工作起始电压Vwork = 5V 停止工作电压Vmin = 4.2V 工作时间t = 10S 工作电源I = 0.1A
精心整理 超级电容充放电时间计算方法 1法拉=1000000微法 1微法=1000000皮法 12V ，10法拉的电容，对12V ，1.5A 的用电器放电应该在400秒时间内放完 电容没有功率，在电路中只要电压不超过耐压值2?7v 就可以。 普通蓄电池如12V14安时的放电量=14×3600∕12=4200(F) 电流的大小和负载相关，电容放电，电压会降低的，具体可以参考电容的放电曲线。如果想有稳定的电压和电流可以在电容后增加DC-DC 的稳压电路 一般应用在太阳能指示灯上时,LED 都釆用之闪烁妁发光,例如釆用一颗LED 下面以C:V:I:t:R:dv:故=1250S 故=5332S 应用在C:R:Vwork:Vmin:t:I:负载电流(A) 超级电容量的计算方式: )?-Vmin?C=(Vwork+Vmin)It/(Vwork 例: 如单片机应用系统中,应用超级电容作为後备电源,在断电後需要用 超级电容维持100mA 电流,持续时间为10S,单片机停止工作电压为4.2V , 那麽需要多大容量的超级电容才能保证系统正常工作? 工作起始电压Vwork=5V 停止工作电压Vmin=4.2V 工作时间t=10S
精心整理 工作电源I=0.1A 那麽需要的电容容量为: )?-Vmin?C=(Vwork+Vmin)It/(Vwork )?X4.2?=(5+4.2)X0.1X10/(5 =1.25F 根据计算结果,可以选择5.5V ,1.5F 电容就可以满足需要了 超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”。 超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 （1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上； （2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”； （3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程5~10倍； （6）度范围宽。 法拉（farad 1库仑是 [编辑本段 超级50万次，是用可达68密封。
恒功率超级电容器快速充电机设计 文章出处：mangopoon 发布时间：2010/11/26 | 3130 次阅读 每天新产品时刻新体验一站式电子数码采购中心专业PCB打样工厂，24小时加急出货服务器和存储系统的超新互连解决方案 多样化的电子和电气元件 摘要：研究了超级电容快速充电方法，分析了恒功率快速充电的原理，并通过比较恒电流和恒功率两种方法，证明了恒功率充电更有利于实现快速充电。根据恒功率充电原理，制作了快速充电样机。实验表明该样机电路稳定，能够实现快速充电要求，具有良好的实用前景。 传统蓄电池电源系统的电池记忆效应差、容量下降及充电时间过长是长久以来一直存在的问题，而这些问题可使用超级电容来解决。超级电容是一种极大程度上模拟了电容的电压特性曲线且具有非常高的容值的新型能源器件，目前已有万法拉级的超级电容单体。超级电容无充放电记忆效应，允许上百万次充放电而不会有任何容量上的损失。此外，超级电容具有极低的等效串联电阻（ESR），这一特性使得超级电容可以大电流充放电，其额度远超过当前最好的电池。低ESR和几乎没有电流限制的特性使得超级电容对充电系统表现出“假短路”，这给系统集成带来了挑战。为了解决这个问题，需要针对超级电容的特性寻找新的充电方式。与电池不同，超级电容可以同样的额度充电和放电，对能量回收系统(如传动系统的动态刹车)非常有用。 1 系统设计理论分析 由于RC时间常数太大，线性稳压器对超级电容充电效率极低。由于超级电容具有较低的等效串联电感，使得开关模式充电电路的运行稳定。由于超级电容可以承受大电流的特性，恒流充电或者恒功率充电是较好的充电方式。 1.1 超级电容充电模型 参考文献[1]比较了不同应用场合下的不同的超级电容模型。由于本系统是设计超级电容充电机，因此需要采用超级电容的充电模型。它由阻性部分等效电阻ESR和容性部分电容C串联而成，表征了超级电容的充放电特性。 超级电容的电压时间特性曲线由容性和阻性两部分组成。容性部分代表了超级电容能量改变导致的电压改变；阻性部分代表了超级电容ESR导致的电压改变。 容性部分由下列方程式决定：
电子报/2009年/8月/2日/第016版 电子文摘 超级电容充电IC——LTC3225及应用 青化编译 超级电容又被称为电气双层电容(EDLC)，其电容量从1F～1000F，是新型的短期蓄电设备。 对于电车或电梯在制动时产生的电力，可用大容量的超级电容来蓄电，达到能源的再生；而对于小功率的太阳能电池，则可用小容量的超级电容来蓄电。 对超级电容的充电，要求具有过充电保护的功能。因为超级电容的额定电压一般为2.5V左右，也有2.75V和3.0V的产品；但额定电压为5.0V的产品。其内部则是由两只2.5V电容串联构成的。最近也有了锂离子超级电容(LIC)，其额定电压可达 3.8V～4.0V。但它被规定有使用下限电压。超级电容耐压越高。所蓄能量也越大。能量U=1/2C×V2。 另外，由于超级电容的内阻比电池内阻低得多，故初始电流很大。所以要用恒压恒流电源给超级电容充电。 LTC3225是专为两只串联的2.5V超级电容充电而设计的集成电路，输出电压4.8V～5.3V。它根据分别对两只电容端电压的监测来工作，电压低时自动开始充电，充满自停。故不适用于无中心抽头的串联型超级电容充电；也不适用于有下限电压限制的锂离子超级电容。 LTC3225利用内部的电荷泵来充电，即使两只串联的超级电容的容量有误差，电荷泵也可保证对其平衡充电。如图1所示，在LTC3225外部接有快速电容，电荷泵首先对快速电容充电，一旦充满，快速电容上的电荷就向超级电容转移。充电过程是以一定间隔在充电和电荷转移间进行，且是按串联超级电容的顺序逐一转移的。所以，可以得到比输入电压高的充电电压，即使输入电压仅2.8V，也可对串联后达5.5V的超级电容充电。 如果用普通的恒压恒流电源给串联的超级电容充电，必须给每只超级电容并联电压平衡电路(图2)，但LTC3225利用电荷泵来平衡两个串联超级电容的电压，就不必再加平衡电路。 PGOOD端子用于监视充电状况，当未充满电时，该端子为“L”电平。SHDN端子为“L”电平时，芯片停止工作。充电停止；Cout、Cx端子呈高阻抗，超级电容上的电荷不会经上述端子泄漏。在未充电的场合。上述端子仅有不到1μA的泄漏电流。 LTC3225为双列10脚贴片封装。充电电流150mA，几乎没有外围元件即可构成微小体积的充电电路，适用于电子设备中对付瞬时低电压的后备电源。 瞬时补偿:当正在工作的电子设备突遇电源电压瞬时跌落时，超级电容即时放电，保证设备正常工作。此时在电源部分应加入肖特基快恢复二极管作隔离，如图3。 关机后的散热:在关闭电子设备的电源后。超级电容放电，维持散热风扇继续工作一段时间，散去余热。
先恒流后恒压充电（先恒定电流充电，当充电到指定电压时转为恒定电压充电 ）等， 因为这些方式没有比较准确的控制而且模式比较单一， 在充电时间、充电效率等方面并 不十分理想；但由于所需控制量少、实现简单，这些方式在很多场合下仍被采用 [31]。 由于动力电池存在固有的 可接受充电电流曲线，随着充电时间的增加， 可接受充电电流 随之 减少，因此采用恒压或恒流的充电方式， 充电过程始终小于或大于电池可接受的充电电 流的状态下进行，从而降低了充电效率，延长了充电时间。 因此根据动力电池的自身充电规律， 可以把充电过程细分为若干阶段， 同的充电模式，或者根据电池的不同状态， 采用相应的充电模式， 力电池的充电特性。 研究表明这种方式可以有效地减小充电时间、 控制 方式比较复杂，通用性不强 [32]。 脉冲充电方式 也是常用的充电模式之一。 脉动式充电是指充电电流或电压以脉冲的形式 加在蓄电池两端进行充电，可以缩短充电时间，增大充放电容量， 减少电池发热，提高充电 效率。有实验表明[33][34]如果可以提供正、负相间的电流脉冲，就能增加动力电池的循环 使用次 数，延长使用寿命。 但现有的脉冲充电器的充电脉冲宽度和间歇时间大多是固定的， 无法根据充电状态进行相应的改变 （可否考虑PWM ）,因此充电效果受到了影响。 超级电容器受充放电电流、 温度、充放电循环次数等因素影响， 响因素。由于超级电容器一般采用恒流限压充电的方法， 级电容器特性。恒流限压充电的方法为控制最高电压为 充，直到超级电容器充满。采用这种充电方法的优点是： 时间，后期采用恒压充电可在充电结束前达到小电流充电， 器内部高温而影响超级电容器的容量特性 。 超级电容器具有非常高的功率密度，为电池的 10-100倍，适用于短时间高功率输出； 充电速度快且模式简单， 可以采用大电流充电， 能在几十秒到数分钟内完成充电过程， 是真 正意义上的快速充电；无需检测是否充满，过充无危险； 充电过程完成后，如果再继续充电，就称为 过充，（对于蓄电池，过充将导致电解质中 的水电离）。 浮充是蓄电池在使用过程中一重要概念， 其性能是控制电路设计的关键。 对蓄电池进行浮 随着动力电池的发展和应用， 动力电池的充电技术也应运而生， 的充电方式有恒流充电和恒压充电。 恒流充电是在充电过程中，全程采用恒定不变的电流进行充电， 的情况下，进行长时间充电； 恒压充电则是采用动力电池可接受的恒定的电压进行充电； 之后又出现了上述两种充电方式的组合模式，如 恒流限压充电（充电到限定电压后，通过减小充电电流限制电压上升 恒压限流充电（充电电压恒定，充电电流始终小于限定的电流值 目前所采用的比较传统 般适用于在电流不大 )、 ) 各个阶段采用不 使整个充电过程更符合动 提高充电 电量，但该方式 超级电容器的 储能原理不同于蓄电池，其充放电过程的容量状态有其自身的特点。 其中充放电流是最主要的影 本文主要分析恒流充电条件下的超 Umax ，恒流充电结束后转入恒压浮 第一阶段采用较大电流以节省充电 既保证充满，又 可避免超级电容
新超级电容充电时间不到一毫秒 据美国物理学家组织网近日报道，美国科研人员制成了一种新型超级电容(DLC)，只需不到1毫秒的时间即可完成充电，并在交流电路的测试中获得了成功。相关论文发表在近期出版的《科学》杂志上。 超级电容也称双电层电容器，是一种新型储能装置，能在几秒钟内完成充电，此外还具有容量大、功率高、使用寿命长、经济环保等特点，在数码相机、掌上电脑、新能源汽车等领域都有着广泛的应用价值。 超级电容主要通过导体的表面来存储电荷，因此用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集，其电容量越大。目前超级电容大多采用多孔化活性炭结构来扩大储能面积，这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离，使其与普通电容相比储能容量更大，与电池相比能量传递速度更快。但就某些设备而言，这区区几秒的充电时间仍然显得有些长。 由美国JME公司（位于俄亥俄州谢克海茨市的一家电容公司）总裁约翰·米勒所带领的一个研究团队，对超级电容的结构和电极进行了新的设计，使其充电的时间缩短到了200微秒(人类每次眨眼的时间约为0.2秒—0.4秒，即20万微秒—40万微秒)。新的电极由美国维吉尼亚州威廉玛丽学院的罗恩·奥特洛设计。整体由一组与底座垂直的石墨烯基片构成：石墨烯基片只有一个原子厚，由等离子体化学沉积而成；其基座由10纳米厚的石墨制成。米勒形象地称其为“一组600纳米高的土豆片并排站在一起”。实验显示，与原先的多孔化活性炭结构制成的超级电容相比，新电容效率更高，能在更短的时间内完成充电。 据米勒的研究小组称，这种新型超级电容不但能够取代比其大6倍的传统电容以腾出更多的空间，还能更好地平抑电路中的电压波动。此外，该电容还在一个交流整流滤波电路的测试中获得了成功，而先前由于多孔化活性炭电阻率明显大于金属，超级电容曾一度被认为不能用于交流电路。