Supercapacitor

Электрохимический двухслойный конденсатор

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрический/Пассивный

  • Supercapacitor block

Описание

Блок Supercapacitor представляет электрохимический двухслойный конденсатор (ELDC), который обычно упоминается как суперконденсатор или суперконденсатор. Емкостные значения для суперконденсаторов на порядки величины больше, чем значения для регулярных конденсаторов. Суперконденсаторы могут обеспечить всплески энергии, потому что они могут быстро заряжаться и разряжаться.

Можно смоделировать любое количество камер суперконденсатора, соединенных последовательно или параллельно с помощью одного блока Supercapacitor. Для этого установите соответствующий параметр, то есть Number of series cells или Number of parallel cells, в значение, больше 1. Внутри блока моделируются только уравнения для одной суперконденсаторной камеры, но он вычисляет:

  • Напряжение выхода согласно количеству последовательных камер

  • Ток согласно количеству параллельно соединенных камер

Вычисление выхода суперконденсатора с несколькими ячейками на основе выхода для одной камеры является более эффективным, чем симуляция уравнений для каждой камеры в отдельности.

Рисунок показывает эквивалентную схему для одной камеры в блоке Supercapacitor. Схема является сетью резисторов и конденсаторов, которая обычно используется для модели поведения суперконденсатора.

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

Vcn=vNseries−inRn,

где:

  • v - напряжение на блоке.

  • Nseries - количество камер в рядах.

  • n - номер ветви. n = [1, 2, 3].

  • in - ток через n-ю ветвь.

  • Rn - сопротивление в n-й ветви.

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

Уравнение для 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 является зависящим от напряжения емкостным усилением.

  • i1 - ток через первую ветвь.

Для остальных ветвей ток определяется как

in=CndVcndt,

где:

  • n - номер ветви. n = [2, 3].

  • Cn - емкость n-й ветви.

Суммарный ток через блок Supercapacitor

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

где:

  • Nparallel - количество камер параллельно.

  • Rdischarge - сопротивление саморазряда суперконденсатора.

  • i - ток через суперконденсатор.

Порты

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом.

Электрический порт сопоставлен с отрицательным выводом.

Параметры

расширить все

Характеристики камеры

Задайте сопротивления для фиксированных резисторов в отдельных ветвях суперконденсатора как массив.

Задайте отдельные емкости для фиксированных конденсаторов в суперконденсаторе как массив.

Задайте коэффициент переменной емкости, Kv, для зависящего от напряжения конденсатора в первой ветви суперконденсатора. Для получения информации об определении переменного коэффициента емкости см. [1].

Задайте сопротивление саморазряда суперконденсатора, который соединяется между двумя клеммами.

Строение

Задайте количество камер в суперконденсаторе, которые находятся в последовательном строении.

Задайте количество камер в суперконденсаторе, которые находятся в параллельном строении.

Переменные

Используйте вкладку Variables, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

Примеры моделей

Supercapacitor Charging and Discharging Behavior

Поведение зарядки и разрядки суперконденсатора

Напряжение, выходящее от блока Supercapacitor, когда он заряжается и затем разряжается. Чтобы зарядить Суперконденсатор, ток 100 мА вводится в Суперконденсатор в течение 100 секунд. Суперконденсатор затем отдыхает в течение одной минуты. На следующий час, чтобы разрядить Суперконденсатор, нагрузка 50 мА наступает на одну секунду за каждые 50 секунд. Суперконденсатор затем отдыхает до конца симуляции. Область возможностей отображает ток заряда/разряда суперконденсатора и напряжение.

Supercapacitor Parameter Identification

Идентификация параметра суперконденсатора

Идентифицируйте параметры суперконденсатора. Вместо того, чтобы собирать формы напряжения и тока от действительного суперконденсатора, пример генерирует форму напряжения и тока путем выполнения симуляции суперконденсатора с использованием значений параметров, которые уже известны. Затем пример применяет методологию идентификации параметров [1] к формам волны.

Ссылки

[1] Зубета, Л. и Р. Бонерт. «Характеристика двухслойных конденсаторов для Степени электроники». Транзакции IEEE по отраслевым приложениям, том 36, № 1, 2000, стр. 199-205.

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

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.

См. также

Блоки Simscape

Введенный в R2016b

Simscape Electrical документация

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте