替代蓄電池的超級電容儲能模塊設計

三、相關電路的設計

電路的總體構圖如圖3所示，它包括充電電路、超級電容儲能模塊和工作放電電路等部分組成，其設計流程圖如圖2所示。

圖2 電路設計流程

3.1 充電電路

把超級電容等效為一個理想電容器C;與一個較小阻值的電阻(等效串聯(lián)阻抗，)相串聯(lián)，同時與一個較大阻值的電阻(等效并聯(lián)阻抗，)相并聯(lián)的結構。如圖3所示[7]。

超級電容可以進行大電流充電，但是由于串聯(lián)等效電阻的存在，采用過大電流充電時，超級電容的充電效率會有一定程度的降低，因此需要考慮充電電流對超級電容的工作效率的影響。

采用恒流充電時，如圖3所示，Is為恒流充電電流值，則

(5)

u(t)表示超級電容器端電壓，表示超級電容器內(nèi)儲存電荷所決定的電容電壓

(6)

其中=0V，為超級電容的初電壓，表示在等效串聯(lián)電阻Res上的壓降。

充電過程中消耗的總電能為

(7)

超級電容器存儲的能量為

(8)

由能量守恒公式，等式成立，理想情況下，超級電容器的恒流充電效率表示為:

(9)

采用matlab對超級電容的充電電流和工作效率進行模擬，并采用origin軟件對結果進行處理，結果如下：

圖4 充電電流與充電效率η的關系