淺談一種超級電容檢測電路的應用

朱亞娜 曾榮宇

摘要：超級電容，又叫雙電層電容器，是20世紀七，八十年代發(fā)展起來的一種新型儲能裝置，結(jié)構(gòu)上同普通電解電容非常相似，屬于雙電層電容器。但由于采用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成了雙電層結(jié)構(gòu)，加上極小的電極間隙，可以獲得超大的容量。超級電容檢測電路是一種檢測超級電容電壓，快速判斷超級電容模組中單體是否損壞的電路，通過該電路的檢測，可以為維護人員提供準確的判斷，從而提高以超級電容為部件的設(shè)備的整體利用率，帶來經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：超級電容；檢測電路；電壓檢測

中圖分類號：TM206 文獻標識碼：A 文章編號：

引言：

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來越關(guān)注，超級電容器作為一種新型的儲能器件，因為其無可替代的優(yōu)越性，越來越受到人們的重視。傳統(tǒng)電池由于充電時間長，充放電次數(shù)低等原因，逐漸顯示出不能滿足技術(shù)發(fā)展要求。在一些需要高功率、高效率解決方案的設(shè)計中，已開始采用超級電容器來取代傳統(tǒng)的電池。超級電容作為一種儲能介質(zhì)，對比原有的電池技術(shù)，它具有以下的優(yōu)點：儲存電容量大；充放電能力強；使用壽命長；工作溫度范圍寬；成本低等特點，因此得到大范圍的應用。本文中介紹的超級電容檢測電路，提供了一種檢測超級電容模組的方法，能夠快速判斷大量超級電容模組中，單體超級電容的質(zhì)量，準確定位損壞超級電容單體，為設(shè)備的檢修和備件的更換提供技術(shù)保障，同時縮短操作時間，提高設(shè)備的穩(wěn)定性，保障利用率。

一、超級電容簡介

常見的超級電容器大多是雙電層結(jié)構(gòu)，同電解電容器相比，這種超級電容器能量密度和功率密度都非常高。同傳統(tǒng)的電容器和二次電池相比，超級電容器儲存電荷的能力比普通電容器高，并具有充放電速度快、效率高、對環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點。隨著人們對于綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來越關(guān)注，超級電容由于它本身的特點，已經(jīng)進入市場前沿，目前超級電容應用領(lǐng)域相當廣泛，小到時鐘芯片、靜態(tài)隨機存貯器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等微小電流供電的后備電源，智能電表的電磁閥的啟動電源，小型充電產(chǎn)品中代替充電電池等。大到電動汽車的快速啟動，電動汽車的電源，電力系統(tǒng)設(shè)備中風力發(fā)電的變槳后備電源，光伏能源的儲能元件等等。

二、超級電容電壓檢測電路

參見附圖：兩套可控分壓電路分別測量整套超級電容的電壓，以及超級電容下半部分的電壓，其中測量整套電容的電阻R1一端連接超級電容C1的正極，另一端連接滑動電阻R2，電阻R2的另一端連接三極管T1的集電極，三極管T1的發(fā)射極連接電阻R3，電阻R3的另一端連接電阻R4，電阻R4的另一端連接超級電容模組的負極，三極管T1的基級是控制端，電阻R3和R4的連接處是測量點Q1，連同接地端一起接到智能電表上，用于測量整組超級電容電壓。四個電阻起到分壓的作用，每個電阻分配相應的模組電壓，電阻值可以根據(jù)需要自行設(shè)定。當三極管基極上有邏輯“1”信號時，并且該信號電壓可以導通三極管，這時開關(guān)管T1導通，由于T1的導通內(nèi)阻遠小于電阻R1、R2、R3、R4，在忽略三極管導通時的電壓下，可以認為測量端Q1的電壓信號由電阻R1、R2、R3、R4分壓得到，我們通過R4分得的電壓，以及R1，R2，R3，R4之間的比例關(guān)系，可以反向推斷出整體超級電容的電壓。如果該邏輯“1”信號的實際電壓不能導通三極管，電阻R3和R4分壓該實際邏輯1的電壓，測量點Q1和Q3的電壓信號不會過大，便于保護后級的電壓測量電路。當基極上有邏輯“0”信號時，即0V電壓信號，三極管T1關(guān)閉，沒有電流流過T1，可以節(jié)省超級電容器的電量。

另一部分用于測量下半部分電容的可控分壓電路。電阻R5一端連接超級電容C4的正極，另一端連接滑動電阻R6，電阻R6的另一端連接三極管T2的集電極，三極管T2的發(fā)射極連接電阻R7，電阻R7的另一端連接電阻R8，電阻R8的另一端連接超級電容模組的負極，三極管T2的基級是控制端，電阻R7和R8的連接處是測量點Q2和Q4，電阻R7以及電阻R8的連同接地端一起接到智能電表上，用于測量下半部分超級電容電壓。該部分的測量原理同上部分是相同。

三、檢測電路智能化

上述中，我們詳述了超級電容以及超級電容檢測電路的原理及應用，其中關(guān)于超級電容檢測電路部分，我們可以根據(jù)市場的需求對其進行外部設(shè)備的改進。首先可以根據(jù)測量電路中超級電容模塊的個數(shù)，進行測量電阻數(shù)值的等量等比例增加，理論上可以測量任意數(shù)量單體串聯(lián)組成的超級電容模組。其次，根據(jù)待測設(shè)備的測量要求，可以外加智能電表，多通道數(shù)據(jù)采集記錄模塊，閥值監(jiān)控報警，自動顯示損壞模組序列號等智能化功能，同時提供在線實時檢測等服務。

四、結(jié)論

隨著超級電容應用市場的快速增長，對于超級電容模組電壓檢測的要求也越來越高，只有準確及時的掌握超級電容模組的電壓情況，實時監(jiān)控電容的運行情況，才能推廣電容的使用，同時延長其使用壽命，為需要的供電設(shè)備提供穩(wěn)定的電源支撐。同理，在以超級電容為大容量電能儲能介質(zhì)時，也必須要對設(shè)備的狀態(tài)進行測量。因此，超級電容檢測電路的市場，必然伴隨超級電容的使用得到巨大的推廣。

附圖

參考文獻：

[1]張治安，鄧梅根，胡永達等.電化學電容器的特點及應用[J].電子元件與材料，2003，22（11）

[2]朱磊，吳伯榮，陳暉.超級電容器研究及其應用.稀有金屬.2003，27（3）.