超级电容器的阻抗特性及其复杂空间建模

李忠学，陈杰

（上海交通大学机械与动力工程学院，上海200030）

总结: 使用阻抗平面分析方法研究了超级电容器的阻抗特性，揭示了该特性的典型区域: 具有45°斜率的Warburg阻抗线和接近垂直斜率的低频阻抗线以建立四个参数（Rs，R，C，p）代表超级电容器的复杂空间模型. 测试结果表明超级电容器等效电路，该模型预测的充电过程电压变化过程与测试数据具有较好的一致性和适应性.

超级电容器是一种新型的功能性设备，它通过高比表面积的多孔电极材料和新的电极系统设计来提高电能的存储容量. 它以电荷的运输和存储形式类似于可充电电池，但其电荷存储机制却大不相同. 从本质上讲，它是一种电容器，可以以高可逆的方式以高脉动功率和充电方式在“电极/溶液”界面的双电层中存储能量. 因此，放电循环寿命被广泛用于电动或混合动力电动汽车中，以在车辆加速期间提供峰值功率，并在制动期间恢复车辆的惯性能量，从而减少发动机或燃料电池系统的备用功率，提高车辆系统的能源利用效率[1〜3]；它也用于电力通信系统中，以提供系统所需的短时大功率脉冲[4]. 但是，超级电容器的有效输出功率将受到其自身阻抗的限制[5]. 在实际工程应用中，有必要权衡各种因素相互制约的综合作用.

作者使用阻抗计划分析方法研究了超级电容器的阻抗特性，分析了超级电容器等效电容和电阻的确定方法，建立了超级电容器的等效电路模型，并进一步使用复杂的分析方法来讨论超级电容器的电性能. 超级电容器. 通过超级电容器测试验证.

1超级电容器及其等效电路的阻抗特性

超级电容器的基本功能单元由一对多孔材料电极，集电板，电解质和隔板组成. 其宏观性能仿真可以通过基于De Levie传输线模型[6]的等效电路来描述，如图1所示. 该模型反映了沿深度方向分布的电容Ci和电阻Ri的串联和并联特性多孔材料的孔隙. 现在假设传输线上的分布电阻和电容是平衡的，则整个电路的等效阻抗可以从电网理论中得出[7]:

2超级电容器电性能的复杂空间建模

3个测试结果和模拟计算

4个结论

超级电容器是一种新型的能源设备. 其多孔电极的分布电阻和电容网络结构揭示了超级电容器阻抗特性的典型区域: 具有45°斜率的Warburg阻抗线和接近垂直斜率的低频阻抗线. 低频阻抗线的非垂直斜率通常由恒相元件的方程式表示. Warburg阻抗线的10

基于超级电容器的阻抗特性，由（Rs，R，C，p）表示的超级电容器复空间模型可用于超级电容器的恒定功率充电和恒定电流充电控制的四个参数，以便精确控制充电时间并调整充电过程中每个时刻的端子电压增量以及整个充电过程的电压时间历史. 恒流充电测试和仿真计算结果表明，由四个参数（Rs，R，C，p）表示的超级电容器复空间模型在预测充电过程中端电压的变化方有良好的适应性.

参考文献:

[1] Sasaki M，Araki S，Miyata T等. 城市公交车电容混合动力系统的发展[J]. 日本学术经济评论，2002，（23）: 451－457.

[2] Mierlo合资企业，Bossche PV，Maggetto G. EV和HEV的能源模型: 燃料电池，电池，超级电容器，飞轮和发动机发电机[J]. J Power Sources，2004，128（1－ 2）: 76－89.

[3]KötzR，Carlen M.电化学电容器的原理和应用[J]. 电chi学报，2000，（45）: 2483-2498.

[4] Burke A.超级电容器: 技术为何，如何以及在何处[J]. J Power Sources，2000，91（1-2）: 37-50.

[5] Gualous H，Bouquain D，Berthon A等. 超级电容器串联电阻和电容随温度变化的实验研究[J]. J Power Sources，2003，123（1）: 86-93.

[6] Karden E，Buller S，Donkker RD. 一种电化学电源动力学建模的频域方法[J]. 物理化学学报，2011,25（11）: 1175-1178电chi学报，2002，（47）: 1-10.

[7]张世彦. 网络理论-模拟网络及其应用[M]. 成都: 西南交通大学出版社，1993. 289－297.

[8] Mahon PJ，Paul GL，Keshishian SM等. 碳基超级电容器大功率性能的测量与建模[J]. J Power Sources超级电容器等效电路，2000，91（1）: 68－76.

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