锂电池和超级电容充放电特性

锂电池和超级电容充放电特性
锂电池和超级电容充放电特性

锂电池笑效率模型:

目前提出的各种锂电池等效模型可以分为:内阻模型、阻容模型和基于运行时间的电路模型,较为常用的电池模型为Thevenin电路模型,它用电压源表示电源的电动势,电阻表示电池的直接内阻,用RC 电路模拟电池的极化内阻和极化电容

电池的充电限制电压是指电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值,对一般的锂离子电池,其值为 4.2V,若电池到达限制电压后仍采用恒流充电,电池内部会持续升温,活化过程中所产生的气体膨胀,使电池内压增大,压力达到一定程序,会有外壳破裂。

电池的终止电压是指电池放电时电压下降到不适宜再继续放时的最低工作电压。电池在使用过程中,如果电池的端电压已经到达终止电压,继续放电能得到的容量很少,但是对电池的使用寿命会带来极大的破坏。所以在放电过程中,必须在终止电压时停止放电。终止电压与电池的放电电流、温度等因素有关,不同的工作环境下电池的终止电压将有所不同。我国国家标准规定,单体电池的终止电压为 2.75V,即电池的负载电压达到 2.75V 时,应立刻停止放电。

电池的内阻包括欧姆内阻和极化内阻,欧姆内阻包括电池电极本身的电阻、电解液的电阻、离子透过隔膜时所受到的阻力、正负极与隔离层的接触电阻。欧姆内阻与电池的类型、正负极材料、电解质有关,也受电池的大小、结构、装配等因素影响。极化内阻指在电池的正极与负极进行电化学反应时极化所引起的电阻,包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。极化内阻并不服从欧姆定律,其阻抗一般呈容性。

R2为电池的欧姆电阻,R 1为电池的极化电阻,C1 为电池的极化电容,通常R2比较稳定,在电池工作过程中变化较小,R1和C1 是动态的,在电池充放电过程中会改变。

电池的内阻很小,基本在200 毫欧以内。在小电流放电时,由于外部电阻较大,电池内部压降相对于外电压可以忽略不计。但电池进行大电流放电时,电池极化严重,电阻增大,会产生大量的热量使电池温度升高,电池端电压降低,放电时间缩短,对电池性能和寿命造成严重影响

电池的实际容量是指在一定的放电条件下电池实际放出的电量,理论上等于电池放电电流与放电时间的积分。其值通常要少于理论容量和额定容量。

在研究电池充放电电流时,通常用C为单位,C为电池额定容量,对于1500mAh的电池,1C的放电倍率就是1500mA。锂离子电池典型的充电方式为恒流恒压充电方式,充电开始时先采用恒流充电,使用快速充电时充电倍率一般为0.5C-1C,随着恒流充电的进行,电池电动势逐渐升高,为了维持电池的恒定充电电流,充电器两端电压也必须慢慢升高。当电池端电压达到充电限制电压(通常为4.2V)时,充电过程进入恒压阶段,充电器两端输出恒定电压,在此阶段充电电流持续下降,当电流少于某一设定值,则认为电池已经充满。锂离子最大充电电流通常为1C-1.5C。

图2-6 是锂离子电池在固定充放倍率下的电压曲线,可见充电曲线和放电曲线不会重合,充电曲线的电压高于放电时的电压,这种现象叫做电池的迟滞效应(hysteresis effect)

[22]。在电池充电时,由于电池内部的化学反应要落后于电池的充电电压,而在电池放电时,需要先延迟一段时间电流才能达到要求的值。与磁滞一样,电池在充电和放电过程中也会有能量的损失。

超级电容经典模型

超级电容的充放电实验曲线测试(含答案)

超级电容器的充放电实验曲线测试 一、实验目的 了解超级电容器结构组成以及工作原理,理解超级电容器等效电路模型,学会绘制超级电容器充放电曲线。 二、超级电容器结构以及工作原理 超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔膜四个部件。超级电容器电极由多孔材料在金属薄膜(常用铝)上沉积而成,而活性炭则是常用的多孔材料。充电时,电荷存储于多孔材料和电解质之间的界面上。电解质的选择往往是电容器单体电压和离子导电性之间妥协的结果,追求离子导电性的最大化可能会导致所选择的电解质分解电压低至1V 。隔膜通常是纸,起绝缘作用,可以防止电极之间任何的导电接触。必须能够浸泡在电解质中,并且不影响电解质的离子导电性。 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时,与普通电容器一样,极板的正电极存储正电荷,负极板存储负电荷,在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下,在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷,以平衡电解液的内电场,这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上,以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上,这个电荷分布层叫做双电层,因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时,电解液界面上电荷不会脱离电解液,超级电容器为正常工作状态(通常为3V 以下),如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时,电解液将分解,

为非正常状态。由于随着超级电容器放电,正、负极板上的电荷被外电路泄放,电解液的界面上的电荷相应减少。 三、实验线路图 四、实验步骤 1、充电实验 按照实验线路图连接电路,将开关接到K端,使电源接入电路中,实现超级电容的充电过程,通过串口命令记录电流和电压。 2、放电实验 在超级电容器充电完成后,将开关接到另一端,将电源断开,实现超级电容的放电过程,通过串口命令记录电流和电压。 五、注意事项 1、超级电容器具有固定的极性。在使用前,应确认极性。 2、超级电容器应在标称电压下使用。当电容器电压超过标称电压时,将会导致电解液分解,同时电容器会发热,容量下降,而且内阻增加,寿命缩短,在某些情况下,可导致电容器性能崩溃。 3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中,高频率的快速充放电会导致电容器内部发热,容量衰减,内阻增加,在某些情况下会导致电容器性能崩溃。 4、外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。 5、安装超级电容器后,不可强行倾斜或扭动电容器,这样会导致电容器引线松动,导致性能劣化。

用示波器观测电容的充放电特性2

用示波器观测电容的充放电特性 ● 实验目的 1.观察电容器的充与放电现象 2.通过放电的电压曲线,研究放电时间与哪些因素有关,测定电容器的电容量; 3.进一步熟悉示波器的使用. ● 仪器和用具 双踪示波器一台, 函数发生器一台,标准电阻箱一个,电容器一个 ● 实验原理

电容器能储存电量,如图8-1所示,将电键S与a 接通,电容器充电;将电键S与b相连接,电容器放电。可以用示波器CH1通道并联在电容器两端观察电容器充放电时电压与时间的变化曲线,实际测量中使用信号发生器输出标准方波来代替电键。根据串联电阻电容充电公式: 电容放电公式: 当电容充电(或放电)时间t=τ(τ=RC)时电容

器两端的电压等于电源E的63.2%(或36.8%),可见电容器两端电压跟串联电阻R的大小和电容C的大小有关。当电容器两端电压: τ=RC C=τ/R C=T/2R0.693 如果已知标准电阻R, 只要测得半衰期时间T/2就可以求得待测电容C的值. ● 实验步骤 1,按图连接线路, 2,调节信号发生器输出方波, 参考幅度:2Vpp---4Vpp。

参考频率:50HZ---200HZ 参考电阻: 10000Ω 参考电容: 0.100UF 3,用示波器CH1通道观测电容器的充放电特性;也可以用CH2通道观测信号发生器的输出波形,用 以作为对比; 4,改变R,C,和信号发生器的方波周期,观测充放电特性曲线; 5,调节最佳半衰期图形,用示波器标尺读出T1/2值, 设计表格记下各项参数; 6, 用坐标纸画出一个完整的充放电波形图. ● 实验数据处理

1,计算测量电容值 因为电容充放电为: τ=RC C=τ/R C=T1/2R0.693 2,计算相对误差: E=ΔC/C参考X100% ● 实验结论与误差分析1, 2, 3,

电容充放电计算公式

标 签:电容充放电公式 电容充电放电时间计算公式设,V0 为电容上的初始电压值; V1 为电容最终可充到或放到的电压值; Vt 为t时刻电容上的电压值。 则, Vt="V0"+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)] 或, t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 例如,电压为E的电池通过R向初值为0的电容C充电 V0=0,V1=E,故充到t时刻电容上的电压为: Vt="E"*[1-exp(-t/RC)]

再如,初始电压为E的电容C通过R放电 V0=E,V1=0,故放到t时刻电容上的电压为: Vt="E"*exp(-t/RC) 又如,初值为1/3Vcc的电容C通过R充电,充电终值为 Vcc,问充到2/3Vcc需要的时间是多少? V0=Vcc/3,V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3,故 t="RC"*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2 = 注:以上exp()表示以e为底的指数函数;Ln()是e为底的对数函 解读电感和电容在交流电路中的作用 山东司友毓 一、电感 1.电感对交变电流的阻碍作用 交变电流通过电感线圈时,由于电流时刻都在变化,因此在线圈中就会产生自感电动势,而自感电动势总是阻碍原电流的变化,故电感线圈对交变电流会起阻碍作用,前面我们已经学习过,自感电动势的大小与线圈的自感系数及电流变化的快慢有关,自感系数越大,交变电流的频率越高,产生的自感电动势就越大,对交变电流的阻碍作用就越大,电感对交流的阻碍作用大小的物理量叫做感抗,用X L表示,且X L=2πfL。感抗的大小由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定。 2.电感线圈在电路中的作用 (1)通直流、阻交流,这是对两种不同类型的电流而言的,因为恒定电流的电流不变化,不能引起自感现象,所以对恒定电流没有阻碍作用,交流电的电流时刻改变,必有自感

超级电容器原理及电特性

超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要:叙述了超级电容器的基本结构和工作原理,比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性,分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因,提出一些注意事项。 关键词:超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件,随着它的问世,如何应用好超级电容器,提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型,超级电容器中,多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维,电解液采用有机电解质,如丙烯碳酸脂(propylene carbonate)或高氯酸四乙氨(tetraetry lanmmonium perchlorate)。工作时,在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定: 其中ε是电解质的介电常数,δ是由电极界面到离子中心的距离,s是电极界 面的表面面积。 由图中可见,其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷,因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量,超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间,尽管这能量密度是5%或是更 少,但是这能量的储存方式,也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器,原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时,与普通电容器一样,极板的正电极存储正电荷,负极板存储负电荷,在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下,在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷,以平衡电解液的内电场,这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上,以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上,这个电荷分布层叫做双电层,因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时,电解液界面上电荷不会脱离电解液,超级电容器为正常工作状态(通常为3V以下),如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时,电解液将分解,为非正常状态。由于随着超级电容器放电,正、负极板上的电荷被外电路泄放,电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出:超级电容器的充放电过程始终是物理过程,没有化学反应。因此性能是稳定的,与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点:

锂电池的充放电系统

本科毕业论文(设计、创作) 题目:锂电池的充放电系统 学生姓名:学号:1002149 所在院系:专业:电气工程及其自动化入学时间:2010 年9 月导师姓名:职称/学位:副教授/硕士导师所在单位: 完成时间:2014 年 5 月安徽三联学院教务处制

锂电池的充放电系统 摘要:随着时代的发展,便携化设备应用的越来越广泛,而锂电池则成为便携化设备的主要的电源支持。锂电池与其他二次电池不同的是更需更安全高效的充电控制要求,因为这些特点让锂电池在实际的使用中有很多不便。因此,基于特征的锂离子电池的充电和放电特性,锂离子电池充电的充电过程和控制单元的的发展趋势,本文设计出了一款智能充放电系统。本文设计的控制单元大部分是由基于MAX1898的充电电路和AT89C51的控制单元构造而成。以LM7805 为MAX1898与AT89C51提供电源支持。本文还提供了用于锂离子电池的充电和放电控制系统的程序框图和功能。 锂离子充电电池和锂离子电池,微控制器,发电,转换和电压隔离光耦部分,放电特性充电芯片,锂离子电池充电电路设计,锂离子电池的程序设计充电作为主要内容本文。 关键词:单片机、MAX1898、AT89C51

Li-ion battery charge and discharge system Abstract:With the progress of the times, portable device applications more widely, and lithium battery becomes more portable equipment's main power supply support. Lithium secondary batteries with other difference is safer and more efficient charging needs control requirements , because these features make lithium batteries have a lot of inconvenience in actual use . Therefore, The body on the characteristics of lithium ion rechargeable electric discharge pool,the development trend of lithium-ion battery charging process and control unit , the paper designed an intelligent charging and discharging system . This design of the control unit is constructed from long MAX1898 -based charging circuit and a control unit from AT89C51 . Provide power supply support for LM7805 MAX1898 with AT89C51. This article also provides a block diagram and function for lithium-ion battery charge and discharge control system. Lithium- ion battery characteristics , charge and discharge characteristics of lithium -ion batteries , the introduction of lithium-ion battery charging circuit design, rechargeable lithium-ion battery is designed to generate part of the program the microcontroller parts, power supply , voltage conversion and opto-isolated part of the charging chip , etc. as the main content of the paper . Key words: SCM,STC89c51, MAX1898

锂离子电池性能测试

华南师范大学实验报告 学生姓名:蓝中舜学号:20120010027 专业:新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级:12新能源 课程名称:化学电源实验 实验项目:锂离子电池性能测试 实验类型:验证设计综合实验时间:2014年5月5日-17日 实验指导老师:马国正组员:黄日权郭金海 一、实验目的 1.熟悉、掌握锂离子电池的结构及充放电原理。 2.熟悉、掌握锂离子正极材料的制备过程及工艺。 3.熟悉、掌握锂离子电池的封装工艺及模拟电池测试方法。 二、实验原理 锂离子电池是指正负极为Li+嵌入化合物的二次电池。正极通常采用锂过渡金属氧化物 Li x CoO2,Li x NiO2或Li x Mn2O4,负极采用锂-碳层间化合物Li x C6。电解质为溶有锂盐LiPF6,LiAsF6,LiClO4等的有机溶液。溶剂主要有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)和氯碳酸酯(CIMC)等。在充放电过程中,Li+在两极间往返嵌入和脱出,被形象的称之为“摇椅电池”。 锂离子电池充放电原理和结构示意图如下。 锂离子电池的化学表达式为: -)Cn|LiPF6-EC+DMC|LiM x O y(+ 其电池反应为: LiM x O y+nC Li1-x M x O y+Li x C n 本实验以高温固相法制备的尖晶石型LiMn2O4为正极材料,纯锂片为负极,制备扣式锂离子模拟电池,并对制备的扣式半电池进行充放电测试。 三、仪器与试剂 电化学工作站,蓝点测试系统、手套箱、电子天平、真空干燥箱、切片机、对辊机、鼓风干燥机 LiMn2O4、乙炔黑、PVDF、无水乙醇、电解液(1M LiPF6溶与体积比EC:DEC:EMC=1:1:1

锂电池组保护板均衡充电基本工作原理

成组锂电池串联充电时,应保证每节电池均衡充电,否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。常用的均衡充电技术有恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能;多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU,通过和保护芯片的串行通讯(如I2C总线)来实现,加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。 本文针对动力锂电池成组使用,各节锂电池均要求充电过电压、放电欠电压、过流、短路的保护,充电过程中要实现整组电池均衡充电的问题,设计了采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充电功能的电池组保护板。仿真结果和工业生产应用证明,该保护板保护功能完善,工作稳定,性价比高,均衡充电误差小于50mV。 锂电池组保护板均衡充电基本工作原理 采用单节锂电池保护芯片设计的具备均衡充电能力的锂电池组保护板示意图如图1所示。其中:1为单节锂离子电池;2为充电过电压分流放电支路电阻;3为分流放电支路控制用开关器件;4为过流检测保护电阻;5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分;6为单节锂电池保护芯片(一般包括充电控制引脚CO,放电控制引脚DO,放电过电流及短路检测引脚VM,电池正端VDD,电池负端VSS等);7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极;8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极;9为充电控制开关器件;10为放电控制开关器件;11为控制电路;12为主电路;13为分流放电支路。单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定,串联使用,分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。该系统在充电保护的同时,通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电,该方案有别于传统的在充电器端实现均衡充电的做法,降低了锂电池组充电器设计应用的成本。

超级电容常识

超级电容常识 超级电容基本知识 寿命 超级电容具有比电池更长的使用寿命,但是寿命也不是无限延长的。寿命终止失效模式为等效串联内阻的增加(ESR)升高和容量降低。超级电容实际的寿命失效取决于应用要求,比如长期置于 高温下,高电压和超电流将会导致ESR升高和容量降低。这些参数降低将会延长超级电容的寿命。 电压 超级电容具有推荐的额定工作电压,电压值是根据超级电容在最高的额定温度下最长寿命来设定的。如果使用电压超出额定电压,将会导致寿命缩短,若过压时间较长则内部电解液将会分解为气体,当气体的压力逐渐增强时,超级电容内部将会漏液或防爆阀破裂。 极性 超级电容采用对称的电极设计,正负极具有类似的结构,当电容首次装配时,任一电极都可以被当成正极或者负极,一旦超级电容被第一次充满电时,超级电容将会形成极性化。所以我们在生产过程中将会100%的充放电将极性定型,同时在每一个电容的外壳上面都有一个负极标志。提醒一点:虽然超级电容可以被放电使电压降低到零电压,但是电极还是保留非常少的电荷,此时变换极 性是不可以的。超级电容按照一个方向被充电的时间越长,他们的极性就变得越强。若此时更改极性将会使电容的寿命缩短或损坏。 环境温度 能量型超级电容的正常工作温度是-25℃--70℃,功率型超级电容的正常工作温度是-40℃--60℃,温度及电压对超级电容寿命有影响。一般来说,超级电容的环境温度每升高10℃,超级电容的寿 命就会缩短一半。也就是说在可能的情况下尽可能在最低温度下使用超级电容,那么就可以降低电容的衰减与ESR的升高。若低于正常室温环境下,那么可以降低电压以抵消高温对电容的负面 影响。相反在低温下提高超级电容的工作电压,可以有效的抵消超级电容在低温下内阻的升高。在高温情况下,电容内阻升高。在低温下,电容的内阻升高时暂时的,因为在低温下电解液的稠性升高,降低了电离子的远动速度。 放电特性 超级电容放电时,是按照一条斜率曲线放电,当确定应用时超级电容的容量与内阻要求时,最重要的就是要了解电阻及容量对放电特性的影响。在高脉冲电流应用时,ESR是重要的因素。而在低电流应用时,容量是最重要的因素。计算公式如下: Vd=I(R+T/C) Vd是起始工作电压与截止电压之差,I是放电电流,R是超级电容的(ESR),T是放电时间,C是电容的容量。在脉冲应用中,由于瞬间放电流很大,为减少电压的降幅,选用低内阻(ESR) 的超级电容,而在低电流应用中则需要选用高容量的超级电容。 充电方法 超级电容可用各种方法进行充电,如:恒定电流、恒定功率、恒定电压或与能量储存器,或者电源并联(如电池、DC变换器等)。如果超级电容与电池并联,加一个低阻值串联电阻将降低超级 电容的充电电流,并提高电池的使用寿命。但是如果使用串联电阻,必须要保证电容的电压输出端是直接与应用器连接而不是通过电阻与应用器连接,否则超级电容的低内阻特性将是无效的。在高脉冲电流放电时,许多电池系统寿命均会缩短。 超级电容最大充电电流I计算公式如下: I=V/5R I是推荐的充电电流,V是充电电压,R是超级电容的ESR。超级电容持续大电流或者高压充电,超级电容将会过度发热,过度发热将会导致ESR增加,电解液分解气化,缩短寿命、漏液、防爆 阀爆裂。如果要使用高于额定值的电流或电压充电请与生产厂商联系。 自放电与漏电流 以不同方法进行测量时自放电与漏电流在本质上是相同的,针对超级电容的结构,从正极到负极具备高的耐电流特性。也就是说保留电容电荷,需要少量的额外电流,这个电流就是漏电流。而当移除充电电压时,电容不在负荷时,额外的电流会促使超级电容放电,称为自放电流。 电容串联 单体超级电容的电压一般为2.5V或2.7V,而在许多应用领域要求高电压,超级电容可以设置串联的方法来提高工作电压。确保单一的超级电容电压不超过其最大的额定工作电压是很重要的,否 则会导致电解液分解产生气体,ESR升高,寿命减短。 在放电或者充电时,在稳定状态下因容量和漏电流的差异,都将会导致串联的超级电容电压不平衡现象。在充电时,串联的超级电容将起到电压分配作用,因此低容量单体超级电容将承受更大的电压。例如: 2.5V1F的超级电容串联,两个容量分别为+20%与-20%,则电压分配如下: V1=V供*(C1/(C1+C2)) V供是供给给串联两端的充电电压。 假设V1是+20%容量偏差的电容,若供应充电电压是5V,则: V1=5*(1.2/(1.2+0.8))=3V 所以,为避免超出3V的超级电容浪涌电压范围,串联超级电容的容量必须在同一个趋势范围内。在选择上可以用主动电压平衡电路来降低因容量不平衡而产生的电压不平衡。注意大多数的电压 平衡方法都是取决于具体的应用。 主动电压平衡 主动电压平衡电路能使串联的超级电容上的电压与额定电压驱同而不管有多少电压不平衡产生。同时在确保精确的电压平衡时,主动平衡电路在稳定的状态下只有非常低的电流,只有当电压超出平衡范围时才会产生比较大的电流,这些特性使得主动电压平衡电路是超级电容频繁充放电及如电池等能量组件使用的最理想电路。 被动电压平衡 被动电压平衡电路是忽略超级电容的低内阻直接用高电阻来做平衡电路的一种方式,采用与电容并联电阻进行分压,这就允许电流从高电压的超级电容上流至低电压的超级电容上实现电压的平衡。最重要的是选择平衡电阻值来提供超级电容更高电流的流动而不增加超级电容的漏电流。同时要注意:“漏电流在温度升高的时候会上升的”。 被动平衡电路使用在不频繁对超级电容进行充放电的应用,同时要能够承受平衡电阻的额外电流负载时推荐使用。使用平衡电阻时,建议使用平衡电阻的应能提供最差超级电容漏电流50倍以上 的额外电流,根据最高使用温度选择在3.3KΩ-22KΩ。尽管更大阻值的平衡电阻在大多数情况下也能工作,但其不可能在不匹配的超级电容串联时起到保护作用。 逆向电压防护 当串联使用的超级电容被快速放电时,低容量超级电容的电压将潜在地变为负电压。这是不允许的,同时会降低超级电容的使用寿命。一个简单的防护逆向电压的方法是在超级电容上的两端增加一个二极管。使用适当的额定的限流二极管替代标准的二极管,还可以保护超级电容出现过电压现象。在选择二极管时,“二极管必须能够承受电源的峰值电流”。 脉动电流 超级电容虽然有比较低的内阻,但是相对电解电容而言,其内阻还是比较大的,若应用在脉冲电流的环境中容易引起内部发热,从而导致电解液分解、ESR增加,从而引起超级电容寿命缩短。为了保证超级电容的使用寿命,在应用在脉冲环境中时,最好要保证超级电容表面的温度上升不超过3℃。 比能量: 是指电容器在单位重量或单位体积下所给出的能量。(通常也叫:重量比能量、体积比能量、能量密度)单位:WH/KG、WH/L 超级电容器的能量与本身的容量与电压有关。其计算方式: E=CV2/2 (单位焦耳J)

磷酸铁锂电池地放电特性及寿命

磷酸铁锂电池(以下简称锂铁电池)作为铁电池的一种,一直受到业界朋友的广泛关注(也有人说锂铁电池其实就是锂离子电池的一种)。就铁电池而言,它可以分为高铁电池和锂铁电池,今天我们以型号为STL18650的锂铁电池为例,来具体说明一下锂铁的电池的放电特性及寿命。 STL18650的锂铁电池(容量为1100mAh)在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C,最大的放电率为10C,五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图1中可看出,不管哪一种放电率,其放电过程中电压是很平坦的(即放电电压平稳,基本保持不变),只有快到终止放电电压时,曲线才向下弯曲(放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲)。在0.5~10C的放电率范围内,输出电压大部分在2.7~3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。 图1 STL18650的放电特性 容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下(从-20~+40℃)的放电曲线如图2所示。如果在23℃时放电容量为100%,则在0℃时的放电容量降为78%,而在-20℃时降到65%,在+40℃放电时其放电容量略大于100%。 从图3中可看出,STL18650锂铁电池可以在-20℃下工作,但输出能量要降低35%左右。 图2 STL18650在多温度条件下的放电曲线 STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是:以1C充电率充电,以2C放电率放电,历经570次充放电循环。从图3的特性曲线可看出,在经过570次充放电循环,其放电容量未变,说明该电池有很高的寿命。

图3 STL18650的充放电循环寿命曲线 过放电到零电压试验 采用STL18650(1100mAh)的锂铁动力电池做过放电到零电压试验。试验条件:用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满,然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组:一组存放7天,另一组存放30天;存放到期后再用0.5C充电率充满,然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。 试验的结果是,零电压存放7天后电池无泄漏,性能良好,容量为100%;存放30天后,无泄漏、性能良好,容量为98%;存放30天后的电池再做3次充放电循环,容量又恢复到100%。 这试验说明该电池即使出现过放电(甚至到0V),并存放一定时间,电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。

锂电池充放电系统的设计毕业设计

题目:锂电池充放电系统的设计 所在院系:信息与通信技术系专业:电气工程及其自动化

摘要 随着电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携化和小型轻量化的方向发展,也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前为止,较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。由于不同类型电池的充电特性不同,通常对不同类型,甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器,但这在实际使用中有很多不便。 本设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器,在设计上,选择了简洁、高效的硬件,设计稳定可靠的软件,说明了系统的硬件组成,包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路,并对充电器的核心器件MAX1898充电芯片、AT89C2051单片机进行了较详细的介绍。阐述了系统的软硬件设计。以C 语言为开发工具,进行了设计和编码。保证了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。 该充电器具有检测锂离子电池的状态;自动切换充电模式以满足充电电池的充电需求;充电器短路保护功能;充电状态显示的功能。在生活中更好的维护了充电电池,使电池更好被运用到生活中。 关键词:单片机、MAX1898、AT89C51

Abstract Electronic technology's fast development causes various electronic products develops toward portable and the small lightweight direction, It also causes the more electrification products to use based on battery's power supply system. At present, the many use's batteries have the nickel cadmium, the nickel hydrogen, the lead accumulator and the lithium battery. Their respective characteristic had decided they will coexist in a long time develop. Because the different type battery's charge characteristic is different, usually to different type, even different voltage, capacity rank battery use different battery charger, but this has many inconveniences in the actual use. This topic design is one kind lithium ion battery charger which is based on Single Chip, in the design, it has chosen succinctly, the highly effective hardware, the design stable reliable software, explained in detail system's hardware composition, including the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the light pair isolating circuit, and to this battery charger's core component - MAX1898 charge chip, at89C2051 monolithic integrated circuit has carried on the detailed introduction. Elaborated system's software and hardware design. Take the C language as the development kit, has carried on the detailed design and the code. Has realized system's reliability, the stability, the security and the efficiency. The intelligence battery charger has the examination lithium ion battery's condition; The automatic cut over charge pattern meets when rechargeable battery's charge needs; Battery charger has short circuit protection function; The charge condition demonstration's function. The battery charger has made the better maintenance rechargeable battery in the life,and lengthened the rechargeable battery’s service life. Key words: SCM,STC89c51, MAX1898

电容的选取与充放电时间的计算完整版

电容的选取与充放电时 间的计算 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】

电容的选取与充放电时间的计算 电容的选取: 电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效值的倍。使用电解电容的时候,还要注意正负极不要接反。 不同电路应该选用不同种类的电容。揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容,隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容,滤波可以选用电解电容,旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象,并且核对它的电容值。安装的时候,要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到,以便核实。 电容的原理: 在电子线路中,电容用来通过交流而阻隔直流,也用来存储和释放电荷以充当滤波器,平滑输出脉动信号。小容量的电容,通常在高频电路中使用,如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点,一般1μF以上的电容均为电解电容,而1μF以下的电容多为瓷片电容,当然也有其他的,比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳,里面充满了电解质,并引出两个电极,作为正(+)、负

(-)极,与其它电容器不同,它们在电路中的极性不能接错,而其他电容则没有极性。 把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上,过一会儿即使把电源断开,两个引脚间仍然会有残留电压(学了以后的教程,可以用万用表观察),我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压,积蓄起电能,这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程,称为电容器的放电。 举一个现实生活中的例子,我们看到市售的整流电源在拔下插头后,上面的发光二极管还会继续亮一会儿,然后逐渐熄灭,就是因为里面的电容事先存储了电能,然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波,不知你有没有用整流电源听随身听的经历,一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容,造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容(1000μF,注意正极接正极),一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响,都要用至少1万微法以上的电容器来滤波,滤波电容越大,输出的电压波形越接近直流,而且大电容的储能作用,使得突发的大信号到来时,电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时,大电容的作用有点像水库,使得原来汹涌的水流平滑地输出,并可以保证下游大量用水时的供应。

电化学工作站测试超级电容器

电化学工作站测试超级电容器 郑州世瑞思仪器科技有限公司 RST5200E电化学工作站提供了许多适合于超级电容器研究的电化学测试方法,如:“恒流限压快速循环充放电”、“微分电容-频率”、“线性扫描循环伏安法“交流阻抗谱”等,可对超级电容器进行深入的研究。 以前,人们大多用“电池循环充放电仪”对超级电容器进行充放电研究。随着超级电容器应用领域的不断扩展,特别是对快速充放电要求的提高,使得用电池测试仪器研究超级电容器显得力不从心。对超级电容器实施快速循环充放电,需要设立一个限压换流模块,属于反馈控制。就是当采集单元检测到超级电容器两端的电压超越限定值后,立即通知驱动单元改变电流方向。 限压换流的过程必须快速,否则就控制不住了。在 RST5200E 电化学工作站中,限压换流功能由硬件实现,从而确保该反馈控制过程小于1mS。下表列出了一些电化学测试仪器的指标: 下面对RST5200E 电化学工作站中的“恒流限压快速循环充放电”方法进行简单介绍。 1. 超级电容器的连接 工作电极引线夹(绿蓝)接超级电容器正极。 参比电极引线夹(白黄)接超级电容器负极;辅助电极引线夹(红)接超级电容器负极。

运行中,请勿断开超级电容器。 2 .软件功能 2.1 界面布局 左上部为文本框,用于显示运行参数和测量数据。 左下部为操作面板,用于接受操作者的选择。 右边为图形框,用于显示被选中的循环,这些循环属于该曲线的一部分。 2.2 定位显示 本方法将测量获得的曲线以充放电循环作为单元显示于图形框中。通过操作面板,可调 整显示参数:起始循环、循环数量。 2.3 数据计算 软件自动对显示于图形框中的循环进行统计计算,其结果显示于文本框中,有:充电电量、放电电量、充电能量、放电能量、电容量、等效串联电阻等。 2.4 删除多余的循环 在菜单<数据处理>中,设有三个子菜单。 2.4.1 <删除最初一个循环>:通常,由于电容器测试前的初始储能状态不确定,使得第一个循环的充放电不完整,通过该菜单可以删除这个循环。再次操作该菜单,可再删除一个循环。 2.4.2 <删除最后一个循环>:如果手动停止实验,最后一个循环的充放电可能不完整,通过 该菜单可以删除这个循环。再次操作该菜单,可再删除一个循环。 2.4.3 <删除未显示的循环>:如果只对显示于图形框中的那些循环感兴趣,可用该菜单删除显示区域之外的循环。 3. 设定参数 3.1 充电电流

电容充放电特性

R-C惰性电路是构成脉冲数字电路的基本组成部分之一,为此我们作详细的讨论。 一、电容充放电特性 1. 电容器的特性 电容器是由中间隔有介质的两个金属板所构成。当电容器的极板上带有某一数量的电荷时,在电容器的两端就产生一定的电压UC,其值,由于电容器的电容量C是一个常数,所以当电量Q=0时,则UC=0;而Q愈大,也就是电荷量愈多,则UC就愈大。 电容和电阻是两个性质全然不同的电路元件。当电阻两端施加某一电压UR时,它会将电能转变成热能而消耗掉;电容则不是这种情况,当于其两端施加电压UC时,则在两极板间就随之形成了电场,电场是具有能量的,这就是说电容能将电能转换为电场能而贮存起来。因此常将电阻称为耗能元件,而电容称为贮能元件。另外,只要有电流流过,电阻两端的电压就立即产生;而电容器两端电压的建立是需要时间的,因此又常称电阻为即时性元件;电容为惰性元件。 2. 电容器的充放电过程 为了实地了解电容器的充放电过程和研究它的特点及规律,我们来作下面的实验,其实验电路如图2-1所示。 图2-1 R-C实验电路 (1)充电过程 开关K原始位置为2,此时电容器C两端的电压。在t=0时刻开关K由位置2扳向位置1,电容器C开始充电,根据测得电压、电流随时间变化的数据,画出及-t的变化曲线如图2-2所示。 图2-2 电容器充电特性曲线 (2)放电过程 开关K原始处于位置1,这时C已充满电荷,其电压值。在t=0时刻K由位置1扳至位置2, C 开始放电,根据测得电压、电流随时间变化的数据可画出及的关系曲线如图2-3所示。

图2-3 电容器放电特性曲线 (3)充放电的特点及规律 根据上面所得到的电容器的充放电时UC、 IC的数据和曲线,可以归纳出几点很有实用价值的规律。 ①电容器的充放电是需要时间的。这是由于电容器的充放电过程,实质是电容器上电荷的积累和消散的过程,由于电荷量的变化是需要时间的,所以充放电也是需要时间的。 ②在充电的开始阶段,充电电流较大,上升较快,随着的增长,充电电流逐渐减 小,且的上升速度变缓,而向着电源电压E趋近。从理论上来说,要使电容器完全充满,完成充电的全过程是需要无限长的时间的。但从图2-2中可以看到,在t=15s时,=9.5V,已达到E的95%;在t=25s时,=9.93V,实际上已经可以认为电容器基本上充满,充 电过程已基本上结束。 同样,在放电的开始阶段,电压UC及电流IC的变化也是较快的,而后期变的缓慢。在t=15s时,=0.5V,仅为E的5%;在t=25s时,=0.07V,此时可以认为电容器的 电荷基本放光,完成了放电过程。 总之,在分析实际问题时,可以认为电容器的充放电过程所需的时间是有限的。这就是说,对于上述实验电路,电容器自充、放电开始后15s~25s,从工程的观点看就完全可以认为充、放电已经结束。 ③在电容器刚刚开始充电或刚刚开始放电的瞬间,电容器的端电压及贮存的电荷Q 都将保持着充、放电开始之前的数值。例如,充电前电容器的电压=0V,则开始充电的瞬间UC仍保持为0V;而放电前如果电容器的=E,则放电开始瞬间仍保持为E。即电容器的端电压在充、放电开始的瞬间是不能突变的,电容器的这一特点非常重要,必须牢记。 (4)决定电容器充放电快慢的因素及时间常数τ 图2-1电路无论是充电还是放电,都是一个串联形式的R-C电路。在充电时,起始电流 就是最大的充电电流,其值为。如果电容器的容量C较大,则产生一定的UC所需的电荷量就多,从而充满所需的时间也就长; C如果较小,则形成同样的所需的电荷就少,当然充满所需的时间也就短。现我们将C固定,则当R值大时,就会变小,于是形成某一值所需电荷积累的时间就变长;而当R值小时,则变大,形成同一UC值所需的时间变短。可见R 和C值变大时,则充电变慢,反之则快。为了全面的考虑R、 C对充、放电的影响,在实际中是用R、 C两者的乘积来描述R-C电路充放电的快慢的,其R·C值称为时间常数τ,即τ=R·C。 式中R的单位为欧(Ω), C的单位为法(F),τ的单位为秒(s)。其中τ的量纲变换如下: 〔τ〕=〔R〕·〔C〕=欧·法=(伏/安)·(库/伏)=(安·秒)/安=秒 例如图2-1所示电路中R=10kΩ、 C=500μF,则τ=10×103×500×10-6=5s。这

电容放电和充电时间计算

设:O V 为电容器两端的初始电压值 m a x V 为电容器两端充满时电压值 t V 为电容器两端任意时刻t 时的电压值 那么: ()??? ? ??-?-+=-RC t o o t e V V V V 1max 若,电压为E 的电池通过电阻R 向初值为0的电容C 充电,此时0=o V ,充电极限E V =max 故,任意时刻t ,电容上的电压为: ??? ? ??-?=????? ??-=-t RC t t V E E RC t e E V ln 1 若,已知某时刻电容上的电压t V ,根据常数可以计算出时间t 。 公式涵义: 完全充满时,t V 接近E ,时间t 无穷大; 当RC t =时,电容电压E 63.0=; 当RC t 2=时,电容电压E 86.0=; 当RC t 3=时,电容电压E 96.0=; 当RC t 4=时,电容电压E 98.0=; 当RC t 5=时,电容电压E 99.0=; 可见,经过RC 个5~3后,充电过程基本结束。 例:F C V V V t μ1.01M R 375V 325V V 0max O =Ω====,,,,,求t S t 20.0325 375375ln 101.010166=-????=

已知,初始电压为E 的电容C 通过电阻R 放电,0max O ==V E V ,; 那么,电容器放电时任意时刻t ,电容两端电压t V 为: t RC t t V E RC t e E V ln ?=??=- 例:F C V V t μ1.01M R 22V V 375O =Ω===,,,,求t S t 28.022375 ln 101.010166=????=

相关文档
最新文档