車用超級電容的建模與仿真

　　摘要超級電容器是近年發(fā)展起來的一種新型儲(chǔ)能單元，廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)。在分析超級電容結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)超級電容的本身特性并結(jié)合超級電容試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了超級電容的數(shù)學(xué)模型，最后根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立了超級電容的Matlab/simulink模型，并對其進(jìn)行了仿真研究。

金朝勇1，張炳力2，徐小東1，徐德勝2，談健2

　　(1.安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥230001；2.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥230009)

　　引言

　　超級電容[1，2]在汽車行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，不僅適合用作汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等子系統(tǒng)的輔助能源，而且還可以與電池、燃料電池等結(jié)合用作電動(dòng)汽車的輔助能源，從而達(dá)到提高電池壽命、彌補(bǔ)燃料電池比功率不足、最大限度地回收制動(dòng)能量等效果。隨著超級電容技術(shù)的迅速發(fā)展，其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。在介紹超級電容的結(jié)構(gòu)，并在研究超級電容充放電、內(nèi)阻等特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了超級電容的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)超級電容的數(shù)學(xué)模型建立了超級電容的Matlab/simulink模型，并進(jìn)行了仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，為超級電容以后在汽車中的應(yīng)用提供參考。

　　1超級電容的結(jié)構(gòu)

　　常用的碳電極的雙電層電容器結(jié)構(gòu)[3]如圖1所示，雙電層超級電容是懸在電解質(zhì)中的兩個(gè)非活性多孔板，電壓加載到兩個(gè)板上。加在正極板上的電勢吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，從而在兩電極的表面形成了一個(gè)雙電層電容器。雙電層電容的大小與電極電位和比表面積的大小有關(guān)，常常使用高比表面積的活性碳作為雙電層電容器的電極材料來增加電容量。

　　2超級電容的建模

　　2.1超級電容的等效電路

　　如圖2所示，超級電容可以等效為一個(gè)理想電容器C和較小阻值的電阻Res(等效串聯(lián)阻抗)串聯(lián)，同時(shí)與一個(gè)較大阻值的電阻Rep(等效并聯(lián)阻抗)并聯(lián)。

　　通電狀態(tài)下，通過并聯(lián)內(nèi)阻Rep的放電電流Is稱為漏電流，它影響超級電容的長期儲(chǔ)能性能，并聯(lián)內(nèi)阻Rep通常很大，有幾10kΩ。采用大電流充電時(shí)，由于超級電容串聯(lián)等效電阻Res的存在，會(huì)使超級電容的充電效率一定程度的降低，因此需要考慮充電電流對超級電容的工作效率的影響，Res通常很小，一般只有幾10kΩ。

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