文档介绍：超级电容器串联应用中的均压问题及解决方案
摘要:本文详尽的分析了超级电容器串联应用中影响各单体电容器上电压的一致性的原因,对不同的电压均衡的方法及存在的问题,提出使用的电压均衡电路单元,最后给出了实验结果。
关键词:超级电容器电压均衡温度系数
Abstract: In this papper the reason has been analysed that si the ultra capacitor in series infkuence the consistency of the voltage of each unit capacitor in detailed .For different methods of the voltage balance and the questions existing,the voltage balance citcuit unit and the test result has been provided .
Keywords: Ultra Capacitor  Voltage Balance  Temperature Coeffcient
1. 问题的提出
超级电容器的额定电压很低(不到3V),在应用中需要大量的串联。由于应用中常需要大电流充放电,因此串联中的各个单体电容器上电压是否一致是至关重要的。如果不采取必要的均压措施,会引起各个单体电容器上电压较大,采取更多的串联数来解决问题是不可取的。影响均压的因素主要有:
容量的偏差对电容器组的影响
通常超级电容器容量偏差为-10%--+30%,。当电容器组中出现容量偏差较大时,在充电时容量最小的电容器首先到达额定电压而电容量偏差最大的仅充到69%的额定电压,%。如式(1)
(1)
其中Cmin为最大负偏差电容量。电容器组的平均储能为:
(2)
比全部由下偏容量超级电容器构成的电容器组还小,为标称值电容器的76%,即
,为标称电容量。由(1),(2)可得
(3)
在批量生产电容器组时精选电容量在很小的偏差内对提高电容器组的储能是有意义的,但将提高生产成本。
漏电流对超级电容器组的影响
超级电容器多为储能用。充有电荷后静置状态下的电荷(或电压)保持能力取决于漏电流,经过相对长的静置时间后,漏电流大的超级电容器保持的电荷(或电压)明显低于漏电流小的。因此放电时,漏电流大的首先达到放电终了,而漏电流小的仍保持较多的电荷,充电时漏电流小的首先达到充电终了。因此,这时超级电容器组的各单体的充放电能量为:
(4)
其中ΔU为充放电前漏电流最小和漏电流最大的超级电容器电压差值。
ESR的影响
由于超级电容器的ESR相对较大,而且反复充电后ESR逐渐变大,ESR大的将越来越大,在充放电时ESR大的将先于ESR小的先到达充放电终了电压,使其他ESR相对小的充放电不充分。
综上所述,超级电容器串联应用中必须考虑并解决均压问题。
2. 解决方案
无源元件解决方案
图1  超级电容器的阻容均压
通常两个以上电容器串联可以采用并联电阻均压方式,通常应用于较高电压的整流滤波,电路如图1,图中C1=C2、R