(2)电路模型的建立问题
通常,超级电容电路可以等效视作一个简单的RC模型。但是在某些领域,特别是军事领域,由于超级电容携带极高的能量,负载性质、超极电容过热、外部环境的扰动等(例如弹载条件下的高过载环境)都会对系统稳定性造成一定的影响。在实际应用时,考虑这些非理想参数带来的的潜在隐患,是可靠性设计的重要环节。
(3)不一致性问题
由于电解液的工作电压较低,单个超级电容往往达不到应用的要求电压,因此在实际中通常使用数个超极电容串联的方法来提高工作电压。由于超极电容制作时产生的不一致性,导致超极电容充放电过程中各个单体之间电压的不一致,这种不一致有可能使超极电容失效。在应用中需要妥善解决电压不均衡的问题,同时,这对超极电容的制备工艺也提出了很高的要求。
1.3 论文研究的目的、意义及主要内容
1.3.1 论文研究的目的、意义
小型化,轻便化,智能化是弹药技术发展方向之一。适用于弹载需求的超极电容充放电系统同样需要满足这些要求。根据超极电容的特性,设计合理的充放电电路及控制器盒体,达到快速充电,高倍放电,控制器小型化等要求,进一步提高弹载供电装置的效率,从而提高弹药的综合性能。
1.3.2 论文主要内容安排
第一章:主要介绍了超级电容器的研究背景,优缺点及本文主要研究目的、意义。
第二章:结合弹载要求设计了充放电控制系统的总体方案。
第三章:比较了几种常见的充电方式,分析并设计了充电模块,进行元器件选取分析。
第四章:比较了两种放电输出方案,结合弹载环境设计了放电模块。
第五章:进行了控制器外盒设计以达到弹载需求。
2 超极电容控制器总体方案设计
本章通过对弹载的分析研究,选择超级电容器作为本项研究的储能器。从超级电容的相关技术特性出发,结合弹载条件下的技术要求,设计了超级电容充放电控制系统的总体方案。
2.1 超级电容器储能原理
超级电容,又称作黄金电容、法拉电容,它是一种电化学元件,通过极化电解质来储能。如图2.1所示,当给超级电容的两个极板上加上电压,正极板吸引负离子,负极板吸引正离子,在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,形成双电层。随着超级电容器放电 ,正、负极板上的电荷被外电路泄放,电解液界面上的电荷相应减少。因为超级电容器的充放电过程始终是物理过程,并不发生化学反应,且储能过程是可逆的,因此理论上超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容主要由双电极、电解质、集流体、隔离物四个部件组成。电极的活性材料、电解质的成分、工艺制备技术等会对超级电容的性能有较大影响。