Exponenta Banner
exponenta event banner

Суперконденсатор

Электрохимический двухслойный конденсатор

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрическая/Пассивная

  • Supercapacitor block

Описание

Блок суперконденсатора представляет собой электрохимический двухслойный конденсатор (ELDC), который обычно называют суперконденсатором или ультраконденсатором. Значения емкости для суперконденсаторов на порядки больше, чем значения для обычных конденсаторов. Суперконденсаторы могут обеспечивать всплески энергии, потому что они могут быстро заряжаться и разряжаться.

Можно моделировать любое количество ячеек суперконденсатора, соединенных последовательно или параллельно, с помощью одного блока суперконденсатора. Для этого установите соответствующий параметр, то есть Число ячеек серии или Число параллельных ячеек, в значение, большее, чем 1. Внутри блок моделирует только уравнения для одной ячейки суперконденсатора, но вычисляет:

  • Выходное напряжение в соответствии с количеством последовательно соединенных ячеек

  • Ток в соответствии с количеством параллельно соединенных ячеек

Вычисление выходного сигнала многоячеечного суперконденсатора на основе выходного сигнала для одной ячейки более эффективно, чем моделирование уравнений для каждой ячейки по отдельности.

На рисунке показана эквивалентная схема для одной ячейки в блоке суперконденсатора. Схема представляет собой сеть резисторов и конденсаторов, которая обычно используется для моделирования поведения суперконденсатора.

Конденсаторы C1, C2 и C3 имеют фиксированные емкости. Емкость конденсатора Cv зависит от напряжения на нем. Резисторы R1, R2 и R3 имеют фиксированные сопротивления. Напряжение на каждом отдельном фиксированном конденсаторе в блоке суперконденсатора рассчитывается как

Vcn = vNseries − inRn,

где:

  • v - напряжение на блоке.

  • Nseries - количество последовательных ячеек.

  • n - номер ветви. n = [1, 2, 3].

  • в - ток через n-ю ветвь.

  • Rn - сопротивление в n-ой ветви.

  • Vcn - напряжение на конденсаторе в n-ой ветви.

Уравнение тока через первую ветвь суперконденсатора зависит от напряжения на конденсаторах в ветви. Если конденсаторы испытывают положительное напряжение, то есть

Vc1> 0,

тогда

i1 = (C1+KvVc1)dVc1dt,

еще

i1=C1dVc1dt,

где:

  • Vc1 - напряжение на конденсаторах в первой ветви.

  • C1 - емкость фиксированного конденсатора в первой ветви.

  • Kv - коэффициент усиления емкости, зависящий от напряжения.

  • i1 - ток, проходящий через первую ветвь.

Для остальных ветвей ток определяется как

in = CndVcndt,

где:

  • n - номер ветви. n = [2, 3].

  • Cn - емкость n-ой ветви.

Общий ток через блок суперконденсатора равен

i = Nparallel (i1 + i2 + i3 + vRdischarge),

где:

  • Nparallel - число параллельных ячеек.

  • Rdischarge - сопротивление саморазряда суперконденсатора.

  • i - ток через суперконденсатор.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический консервационный порт, связанный с положительным терминалом.

Электрический порт сохранения, связанный с отрицательным выводом.

Параметры

развернуть все

Характеристики ячейки

Задайте сопротивления для фиксированных резисторов в отдельных ветвях суперконденсатора в виде массива.

Укажите индивидуальные емкости для фиксированных конденсаторов в суперконденсаторе в виде массива.

Задайте переменный коэффициент емкости Kv для конденсатора, зависящего от напряжения, в первой ветви суперконденсатора. Сведения об определении переменного емкостного коэффициента см. в [1].

Укажите сопротивление саморазряда суперконденсатора, подключенного между двумя клеммами.

Конфигурация

Укажите количество ячеек в суперконденсаторе, которые находятся в последовательной конфигурации.

Укажите количество ячеек суперконденсатора в параллельной конфигурации.

Переменные

Вкладка «Переменные» используется для установки приоритетов и начальных целевых значений для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.

Примеры модели

Supercapacitor Charging and Discharging Behavior

Режим зарядки и разрядки суперконденсатора

Напряжение, выводимое блоком суперконденсатора при его зарядке, а затем разряженное. Для зарядки суперконденсатора ток 100 мА подается на суперконденсатор в течение 100 секунд. Затем суперконденсатор отдыхают в течение одной минуты. В течение следующего часа, чтобы разрядить Supercapacitor, нагрузка 50 мА наступает на одну секунду в каждые 50 секунд. Суперконденсатор затем покоится до конца моделирования. В области отображаются ток и напряжение зарядки/разряда суперконденсатора.

Supercapacitor Parameter Identification

Идентификация параметров суперконденсатора

Определите параметры суперконденсатора. Вместо сбора сигналов напряжения и тока от реального суперконденсатора пример генерирует сигналы напряжения и тока путем выполнения моделирования суперконденсатора с использованием уже известных значений параметров. Затем пример применяет методологию [1] идентификации параметра к формам сигнала.

Ссылки

[1] Зубиета, Л. и Р. Бонерт. «Характеристика двухслойных конденсаторов для электроники питания». IEEE Transactions on Industry Applications, том 36, № 1, 2000, стр. 199-205.

[2] Уэдделл, А. С., Г. В. Мерретт, Т. Дж. Казмиерски и Б. М. Аль-Хашими. «Точное моделирование суперконденсатора для узлов беспроводных сенсоров сбора энергии». Транзакции IEEE по схемам и системам-II: краткие отчеты, том 58, № 12, 2011, стр. 911-915.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.

См. также

Блоки Simscape

Представлен в R2016b

Документация Simscape Electrical

Поддержка