淺談一種超級(jí)電容檢測(cè)電路的應(yīng)用

朱亞娜 曾榮宇

摘要：超級(jí)電容，又叫雙電層電容器，是20世紀(jì)七，八十年代發(fā)展起來的一種新型儲(chǔ)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(jí)電容檢測(cè)電路是一種檢測(cè)超級(jí)電容電壓，快速判斷超級(jí)電容模組中單體是否損壞的電路，通過該電路的檢測(cè)，可以為維護(hù)人員提供準(zhǔn)確的判斷，從而提高以超級(jí)電容為部件的設(shè)備的整體利用率，帶來經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：超級(jí)電容；檢測(cè)電路；電壓檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TM206 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來越關(guān)注，超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能器件，因?yàn)槠錈o(wú)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(shí)間長(zhǎng)，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(jì)中，已開始采用超級(jí)電容器來取代傳統(tǒng)的電池。超級(jí)電容作為一種儲(chǔ)能介質(zhì)，對(duì)比原有的電池技術(shù)，它具有以下的優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)存電容量大；充放電能力強(qiáng)；使用壽命長(zhǎng)；工作溫度范圍寬；成本低等特點(diǎn)，因此得到大范圍的應(yīng)用。本文中介紹的超級(jí)電容檢測(cè)電路，提供了一種檢測(cè)超級(jí)電容模組的方法，能夠快速判斷大量超級(jí)電容模組中，單體超級(jí)電容的質(zhì)量，準(zhǔn)確定位損壞超級(jí)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(shí)縮短操作時(shí)間，提高設(shè)備的穩(wěn)定性，保障利用率。

一、超級(jí)電容簡(jiǎn)介

常見的超級(jí)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(jí)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(jí)電容器儲(chǔ)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(duì)環(huán)境無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、安全性高等特點(diǎn)。隨著人們對(duì)于綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來越關(guān)注，超級(jí)電容由于它本身的特點(diǎn)，已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)前沿，目前超級(jí)電容應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，小到時(shí)鐘芯片、靜態(tài)隨機(jī)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(dòng)電源，小型充電產(chǎn)品中代替充電電池等。大到電動(dòng)汽車的快速啟動(dòng)，電動(dòng)汽車的電源，電力系統(tǒng)設(shè)備中風(fēng)力發(fā)電的變槳后備電源，光伏能源的儲(chǔ)能元件等等。

二、超級(jí)電容電壓檢測(cè)電路

參見附圖：兩套可控分壓電路分別測(cè)量整套超級(jí)電容的電壓，以及超級(jí)電容下半部分的電壓，其中測(cè)量整套電容的電阻R1一端連接超級(jí)電容C1的正極，另一端連接滑動(dòng)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(jí)電容模組的負(fù)極，三極管T1的基級(jí)是控制端，電阻R3和R4的連接處是測(cè)量點(diǎn)Q1，連同接地端一起接到智能電表上，用于測(cè)量整組超級(jí)電容電壓。四個(gè)電阻起到分壓的作用，每個(gè)電阻分配相應(yīng)的模組電壓，電阻值可以根據(jù)需要自行設(shè)定。當(dāng)三極管基極上有邏輯“1”信號(hào)時(shí)，并且該信號(hào)電壓可以導(dǎo)通三極管，這時(shí)開關(guān)管T1導(dǎo)通，由于T1的導(dǎo)通內(nèi)阻遠(yuǎn)小于電阻R1、R2、R3、R4，在忽略三極管導(dǎo)通時(shí)的電壓下，可以認(rèn)為測(cè)量端Q1的電壓信號(hào)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(jí)電容的電壓。如果該邏輯“1”信號(hào)的實(shí)際電壓不能導(dǎo)通三極管，電阻R3和R4分壓該實(shí)際邏輯1的電壓，測(cè)量點(diǎn)Q1和Q3的電壓信號(hào)不會(huì)過大，便于保護(hù)后級(jí)的電壓測(cè)量電路。當(dāng)基極上有邏輯“0”信號(hào)時(shí)，即0V電壓信號(hào)，三極管T1關(guān)閉，沒有電流流過T1，可以節(jié)省超級(jí)電容器的電量。

另一部分用于測(cè)量下半部分電容的可控分壓電路。電阻R5一端連接超級(jí)電容C4的正極，另一端連接滑動(dòng)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(jí)電容模組的負(fù)極，三極管T2的基級(jí)是控制端，電阻R7和R8的連接處是測(cè)量點(diǎn)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(cè)量下半部分超級(jí)電容電壓。該部分的測(cè)量原理同上部分是相同。

三、檢測(cè)電路智能化

上述中，我們?cè)斒隽顺?jí)電容以及超級(jí)電容檢測(cè)電路的原理及應(yīng)用，其中關(guān)于超級(jí)電容檢測(cè)電路部分，我們可以根據(jù)市場(chǎng)的需求對(duì)其進(jìn)行外部設(shè)備的改進(jìn)。首先可以根據(jù)測(cè)量電路中超級(jí)電容模塊的個(gè)數(shù)，進(jìn)行測(cè)量電阻數(shù)值的等量等比例增加，理論上可以測(cè)量任意數(shù)量單體串聯(lián)組成的超級(jí)電容模組。其次，根據(jù)待測(cè)設(shè)備的測(cè)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(bào)警，自動(dòng)顯示損壞模組序列號(hào)等智能化功能，同時(shí)提供在線實(shí)時(shí)檢測(cè)等服務(wù)。

四、結(jié)論

隨著超級(jí)電容應(yīng)用市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，對(duì)于超級(jí)電容模組電壓檢測(cè)的要求也越來越高，只有準(zhǔn)確及時(shí)的掌握超級(jí)電容模組的電壓情況，實(shí)時(shí)監(jiān)控電容的運(yùn)行情況，才能推廣電容的使用，同時(shí)延長(zhǎng)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(jí)電容為大容量電能儲(chǔ)能介質(zhì)時(shí)，也必須要對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。因此，超級(jí)電容檢測(cè)電路的市場(chǎng)，必然伴隨超級(jí)電容的使用得到巨大的推廣。

附圖

參考文獻(xiàn)：

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