试析大功率超级电容智能充电机的设计 曹伯文

超级电容充电装置的研究与设计超级电容充电装置的研究与设计引言超级电容器，又称超级电容（supercapacitor），是一种能量存储装置，其具有高功率密度、储能效率高和长寿命等优点。

在现代科技的发展中，超级电容器正逐渐成为替代传统电池的重要能量存储元件。

为了使超级电容器在实际使用中具有更好的性能，研究与设计超级电容充电装置变得尤为重要。

一、超级电容器的特点超级电容器是一种特殊的电容器，具有以下几个显著特点： 1. 高功率密度：超级电容器的特殊结构和电化学体系使其能够在短时间内释放出大量的电能，具有很高的功率密度。

2. 长寿命：与传统电池相比，超级电容器具有更长的循环寿命。

这是因为超级电容器的储能原理是通过离子在电解质中的迁移，而非传统电池的化学反应。

3. 快速充放电：超级电容器的充放电速度非常快，通常只需要几秒钟到几分钟就能完成，能够应对短时间大功率需求。

二、超级电容充电装置的研究1. 充电电路超级电容充电装置的核心是充电电路，其设计必须满足充电过程中的电流和电压要求。

通常，充电电路采用开关电源与直流稳压电源相结合的方式，以确保超级电容器在充电过程中能够保持稳定。

2. 充电模式常见的超级电容充电模式有恒压充电和恒流充电。

恒压充电是通过将电容器连接到一个固定电压源来实现充电，而恒流充电则是通过控制充电电流来实现的。

不同的充电模式对超级电容的充电速度和充电效果有影响，因此选择适合的充电模式非常重要。

三、超级电容充电装置的设计1. 充电电压选择超级电容器的电压范围通常在2.5V到5.5V之间，因此在设计充电装置时，需要选择一个适宜的充电电压。

充电电压过高，可能会导致电容器电解质的损坏；充电电压过低，则会增加充电时间。

2. 充电电流控制为了保护超级电容器和延长其使用寿命，控制充电电流非常重要。

通常，充电电流控制在超级电容器额定电流的80%左右，以防止电流过大对超级电容器的损害。

3. 充电时间超级电容器的充电时间与充电电流和电容器的电容量有关。

智能电池充电器设计参考绪言通常来说，简易充电器是不能够为不同工艺所制造的电池或者是相同工艺但是容量，电压不同的电池充电的。

用简单的充电器为上述不同电池充电，轻则造成电池充电不当，重则会酿成一系列的安全事故。

用微控制器则可以解决上述问题。

将微控制器用于电池充电的场合，除了智能控制的的优势之外，还具有成本低、结构简单等特点。

使用微控制器能够在很短的周期内开发出可应用于各种场合，功能完善的智能充电器。

另外微控制器也能够轻松实现串行通信、实时数据记录和监测。

简易电池充电器用模拟电路来实现它的功能，而用微控制器则能够使充电器智能化微控制器的优点* 轻松解决各种工艺、电压、容量电池的充电问题*可产生可变电压*为多种电池组充放电*高分辨率A/D采集PICREF-2总览Microchip Technology公司的“PICREF-2智能充电器设计参考”提供一个现成的智能充电器解决方案。

这份设计参考的目标是一台应用于摄像机、便携音频设备、移动电话、便携电动工具等设备充电场合的充电器。

参考“PICREF-2”，用户可以通过以下步骤轻松完成智能充电器系统的设计。

1、从模块化源代码的到智能充电器所需要的功能2、对应于具体应用，得到精确的电池组参数，修改全局常量充电器提供相应的硬件电路来支持充放电算法、充电终止判断。

还有RS-232通信模块。

模块化的程序源代码是用C程序编写的，包括“充电算法以及充电终止判断算法”模块，“放电算法”模块，“芯片间通信以及RS-232通信”模块PC上位机的软件提供一种显示电池状态信息的方式PICREF-2主要功能*兼容各种工艺的电池充电*低成本*友好的开发环境*高充电速率*大电流充电*大电流放电调节*实时纠错*数据记录*用户可选择的充电终止算法目录系统总览-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 硬件总览-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 软件总览----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10 Ni-Cd电池测试结果--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------24 Ni-Mh电池测试结果-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------25 PICREF-2与PC接口软件总览------------------------------------------------------------------------------------------------------------26 设计背景----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------32 设计修正----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------35 附录A:系统规范------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------37 附录B:最小系统电路原理图---------------------------------------------------------------------------------------------------------------38 附录C:标准系统电路原理图---------------------------------------------------------------------------------------------------------------39 附录D:软件列表------------------------------------*-----------------------------------------------------------------------------------------42 附录E: PICREF-2与PC接口协议--------------------------------------------------------------------------------------------------------43 附录F:PCB电路板图-------------------------------*----------------------------------------------------------------------------------------55 附录G:材料清单------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------56 附录H:充电器演示系统---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------59声明工程总工程师: Robert Schreiber, Microchip公司.参考设计文档工作: Beth McLoughlin, Microchip公司系统以及代码开发: 商标Duracell 是Duracell公司商标Windows 是微软公司的商标Microsoft 是微软公司的注册商标Yuasa 是Yuasa公司商标I2C 是菲利普公司的注册商标开发模式PICREF-2提供一个开发模式用来开发软件。

大功率超级电容快速充电装置技术方案探讨作者：邢甲第来源：《中国新技术新产品》2015年第18期摘要：对有轨电车超级电容组大功率快速充电装置技术方案进行分析研究，以确定充电装置的主电路拓扑方案。

关键词：大功率；超级电容；充电中图分类号：TP273 文献标识码：A1 充电装置主要参数根据外电源要求，超级电容快速充电装置输入电压：10kVac。

充电对象是由344个单体电容容量7000F、最高工作电压2.7V电容串联，再两串并联的超级电容组，计算最高工作电压928.8，据此确定输出充电最高电压：950V，输出电压可在0～950V可调。

根据充电时间要求，充电额定功率：800kVA ，最大充电电流：1800A。

2 工频变压器拓扑超级电容充电装置实际上是由变压器、无源元件和电力电子器件组成的连接电网和超级电容组的系统（也可称为能量转换系统 Power Conversion System， PCS），是超级电容储能系统的重要组成部分，它承担着超级电容组从交流电网快速吸收能量的任务，如图1所示。

在电容侧，PCS需要满足电容能量管理及充电指标的要求，在电网侧，包括谐波、功率因数和电压偏差等运行与响应特性也都需要由 PCS实现。

由于超级电容的电压源特性，PCS的结构以电压源变流器（Voltage Sourced Converter， VSC）为主。

大容量 PCS交流侧要接入电压等级较高的电网，而超级电容组的端电压却难以达到相应的电压等级。

PCS装置必须通过适当的降压措施接入。

采用变压器降压接入是解决 VSC直流侧与交流侧电压不匹配的最常用方法，目前国际上各种电池储能工程多是在此基础上设计的。

传统大容量 PCS的结构如图2所示，储能元件作为稳定的电压源，直接与 VSC的直流侧相连。

由于 VSC输出电压的峰值受储能元件端电压限制，故其交流侧多为较低的电压等级，再经由升压变压器接入中压配电网。

根据 VSC的运行原理，流过直流侧的电流为变化剧烈的脉冲电流，为防止储能元件频繁充放电，需加入直流滤波元件；同样，交流侧也需要设置滤波器来抑制输出电流谐波含量与调节装置响应速率。

超级电容充放电控制器的设计作者：钱浩赵博文陈子栋刘青松熊远生来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2014年第08期摘要：本文基于超级电容在电动自行车上的应用，根据超级电容的特性设计了充、放电控制电路，给出了设计方案，并推导出元件参数，设计的控制器在电动自行车上试验，取得了良好的效果。

关键词：超级电容电动自行车控制器超级电容是近年发展快速的一种大容量储能器件，具有功率密度高、充放电时间短、效率高、使用寿命长、清洁环保等特点。

超级电容具有90%以上的充放电效率，充放电电流可达数安培至数百安培，充放电寿命可达10万次以上。

超级电容器的应用领域很广，在通讯、电子、铁路、航空以及军事等领域起的作用越来越大。

当今环境问题越来越受到重视，超级电容器在电动汽车和混合式动力车上的前景广阔，其可作为电池的辅助电源或取代电池作为动力源。

本文将超级电容应用于电动自行车上，其可作为电池的辅助电源或取代电池作为动力源，以满足电动自行车在启动、加速、爬坡或加载时的高功率要求。

1 超级电容充电器的设计超级电容器在使用中，应该要注意以下问题：①超级电容器有固定的极性，在使用前注意确认其极性。

②超级电容器需要在标称电压下使用：当工作电压超过标称电压的时侯会导致其电解液的分解，电容器发热，容量也随着下降，内阻增加，寿命将缩短。

③超级电容器不能在高频充放电电路中使用，在高频率的充放电电路下，会导致电容器内部发热更多，容量衰减，内阻增加，甚至会导致电容器的性能崩溃。

④当多个超级电容器串联使用时，存在单体间的电压均衡问题。

单纯的串联使用会导致某些单体电容器过压，整体性能会受到影响，甚至会损坏这些电容器。

根据以上对超级电容特性的分析，超级电容不能过电压充电，但是可以承受大电流充电，所以本次设计采用了大电流恒压充电。

主要过程为由220V/50Hz的交流市电经过变压器变压、桥式整流，电容滤波，然后用L4970大功率稳压芯片稳定输出30V电压，给超级电容进行充电。

“电动车”智能充电器设计
李卫兵;张之超;曹伟
【期刊名称】《制造业自动化》
【年(卷),期】2012(034)003
【摘要】本文从延长蓄电池使用寿命的设计理念出发,针对充电过程中的种种问题,分析现有各种充电方法存在的问题,提出了一种自动断电的充电器设计方案.采用AT89S52单片机为控制核心,并以UC3842驱动场效应管的单管开关电源配合LM324运放电路为充电模块,具有电池充满自动断电以及手动充电定时功能.还具有正确充电保护功能,确保充电器与电池连接后,再将充电器与市电连接才能对电池充电,顺序错误将导致不能对电池进行充电.
【总页数】4页(P138-141)
【作者】李卫兵;张之超;曹伟
【作者单位】滨州学院,滨州256603;滨州学院,滨州256603;滨州学院,滨州256603
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
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专利名称：220V大功率充电机专利类型：发明专利
发明人：周光远
申请号：CN201710866459.3申请日：20170922
公开号：CN107453451A
公开日：
20171208
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种220V大功率充电机，充电机壳体，设置在所述充电机壳体内、整流模块、N个充电检测模块，充电机壳体上一侧设置有200V电源模块，另一侧设置有N个输出充电口；200V电源模块连接整流模块，整流模块分别与N个充电检测模块，N个充电检测模块并联连接；充电检测模块与输出充电口连接；主控、显示、通信单元分别与整流模块、N个充电检测模块、200V电源模块连接。

本发明中充电检测模块能够检测输出充电口电车的电池电压、功率；另外整流模块可以根据充电检测模块检测的电车电压、功率状态，将充电状态调整到最适合电车充电的状态，该充电状态的功率为适合电车电池的最大功率，能实现快速充电要求，解决客户对充电时间的要求。

申请人：河北福轮达新能源科技有限公司
地址：061000 河北省沧州市青县马厂镇韩商工业园区内
国籍：CN
代理机构：北京联瑞联丰知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：钱红雪
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大功率超级电容智能充电机的设计
邓莹;王林凤;蒋猛
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2016(42)12
【摘要】针对大功率超级电容充电特点和要求,利用高频开关电源技术,设计了一种三相交流输入的大功率智能充电机.采用全桥变换器作为主电路的主要拓扑结构,由IGBT专用驱动芯片驱动,利用软开关技术控制前后桥臂,同时设计欠压、过流、过热、短路、过压、缺相等保护电路和CAN通信接口,具有充电系统故障自诊断功能,充
电过程与电池状态参数的存储、上传显示、历史数据查询等功能,实现智能充电和
自动化管理;实验测试了充电机不同工作模式下的充电稳定精度和不同输出功率下
的充电效率,结果表明充电机工作稳定可靠,充电效率高,满足超级电容对充电设备的要求.
【总页数】4页(P126-129)
【作者】邓莹;王林凤;蒋猛
【作者单位】西南大学工程技术学院,重庆400716;西南大学工程技术学院,重庆400716;西南大学工程技术学院,重庆400716
【正文语种】中文
【中图分类】TN60
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超级电容的原理及应用
曹广华;高佶;高洁;郝泽翰
【期刊名称】《自动化技术与应用》
【年(卷),期】2016(035)005
【摘要】本论文分析研究了超级电容的结构及其工作原理,结合超级电容的充电特性得出超级电容的基本充电方法有恒流充电、浮充充电、脉冲充电和组合充电.通过翻阅大量文献,使用对比的方法分析了超级电容的优缺点,得出了超级电容具有功率密度大、循环寿命长、工作温度相对宽限、绿色无污染等特点.鉴于超级电容的以上特点,它正在越来越广泛的应用在生产和生活之中.
【总页数】5页(P131-135)
【作者】曹广华;高佶;高洁;郝泽翰
【作者单位】东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆163318;大庆油田测试技术服务分公司,黑龙江大庆163414;东北石油大学地球科学学院,黑龙江大庆163318
【正文语种】中文
【中图分类】TM53
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矿用蓄电池电机车智能充电机的设计耿宇翔;徐美华;郑昌陆【期刊名称】《工业控制计算机》【年(卷),期】2015(000)007【摘要】为满足矿用电机车对蓄电池的快速充电要求，设计了一种大功率蓄电池智能充电机，以全桥变换电路为核心设计蓄电池充电机的功率变换电路，可以提高充电机的功率因数和效率；采用高性能的DSP用于实现蓄电池充电过程的控制与监测，可以实现充电的智能化；设计了变电流间歇快速充电法，延长蓄电池的使用寿命。

现场使用结果表明，该智能充电机运行平稳可靠，适合在煤矿中应用。

%In order to meet the quick charging requirement of the battery for mine eIectric Iocomotive,an inteI igent high-power battery charger is designed,fuI bridge converter circuit is designed as the core of power converter circuit of battery charger,it can improve the power factor and efficiency of the charger.The high performance DSP is adopted to achieve the controI and monitoring of battery charging process,it can reaIize the inteI igent charging.The variabIe current intermittent charge method is proposed,the service Iife of battery is proIonged in this paper.【总页数】3页(P152-154)【作者】耿宇翔;徐美华;郑昌陆【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院，上海 200072;上海大学机电工程与自动化学院，上海 200072;上海申传电气股份有限公司，上海 200072【正文语种】中文【相关文献】1.煤矿蓄电池电机车用高频智能充电机 [J], 樊永杰;侯德文2.矿用蓄电池智能充电机的设计与实现 [J], 徐美华;耿宇翔;郑昌陆3.新型矿用蓄电池智能充电机的设计 [J], 钱会发;张全柱;邓永红4.蓄电池电机车充电机半桥式LLC变换器设计 [J], 陈辉; 王光辉; 曹启申; 周奇勋; 张玉峰5.矿用电机车蓄电池智能充电机的研制 [J], 张小群;高艳霞;苗盈瀛;余威因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。