车用超级电容的建模与仿真

　　摘要超级电容器是近年发展起来的一种新型储能单元，广泛应用于汽车行业。在分析超级电容结构的基础上，根据超级电容的本身特性并结合超级电容试验数据建立了超级电容的数学模型，最后根据数学模型建立了超级电容的Matlab/simulink模型，并对其进行了仿真研究。

金朝勇1，张炳力2，徐小东1，徐德胜2，谈健2

　　(1.安徽交通职业技术学院，安徽合肥230001；2.合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009)

　　引言

　　超级电容[1，2]在汽车行业有着广泛的应用，不仅适合用作汽车发动机起动、动力转向等子系统的辅助能源，而且还可以与电池、燃料电池等结合用作电动汽车的辅助能源，从而达到提高电池寿命、弥补燃料电池比功率不足、最大限度地回收制动能量等效果。随着超级电容技术的迅速发展，其在汽车领域的应用前景十分广阔。在介绍超级电容的结构，并在研究超级电容充放电、内阻等特性的基础上，结合试验数据建立了超级电容的数学模型。根据超级电容的数学模型建立了超级电容的Matlab/simulink模型，并进行了仿真，对仿真结果进行分析，为超级电容以后在汽车中的应用提供参考。

　　1超级电容的结构

　　常用的碳电极的双电层电容器结构[3]如图1所示，双电层超级电容是悬在电解质中的两个非活性多孔板，电压加载到两个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。双电层电容的大小与电极电位和比表面积的大小有关，常常使用高比表面积的活性碳作为双电层电容器的电极材料来增加电容量。

　　2超级电容的建模

　　2.1超级电容的等效电路

　　如图2所示，超级电容可以等效为一个理想电容器C和较小阻值的电阻Res(等效串联阻抗)串联，同时与一个较大阻值的电阻Rep(等效并联阻抗)并联。

　　通电状态下，通过并联内阻Rep的放电电流Is称为漏电流，它影响超级电容的长期储能性能，并联内阻Rep通常很大，有几10kΩ。采用大电流充电时，由于超级电容串联等效电阻Res的存在，会使超级电容的充电效率一定程度的降低，因此需要考虑充电电流对超级电容的工作效率的影响，Res通常很小，一般只有几10kΩ。

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