替代蓄电池的超级电容储能模块设计

摘要：本文介绍了一种替代

12V 蓄电池的超级电容储能模块，并设计了相应的充电和

稳压输出电路。通过

matlab 软件对充电电流进行计算并采用进行 L4970A 和 MAX668 芯

片进行电路设计，保证电路的效率和输出的稳定可靠

.随着超级电容性能的提升，这种

模块有望在部分代替蓄电池。

叙词：蓄电池

 超级电容 储能模块 芯片

引言

电能是当代社会不可或缺的重要资源，而储能设备的优劣直接影响着电力设备的

充分应用。近年来随着便携式设备、不间断电源系统以及电动车的大量开发使用，蓄
电池的使用量日益增加。可充电蓄电池，特别是铅酸蓄电池凭借其价格低廉、性能稳
定、没有记忆功能等卓越特点普遍应用在各行各业。但蓄电池受其先天条件的制约，
存在着循环寿命差、高低温性能差、充放电过程敏感、深度放电性能容量恢复困难、环
境污染的问题，传统蓄电池已经越来越无法满足人们对储能系统的要求。

超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件，也称为电化学电容。它既

具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力

[1，2],单体

的容量目前已经做到万法拉级。同时，超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放
电速度快、高温性能好、容量配置灵活、环境友好免维护等优点。自

1957 年美国人

Becker 发表第一篇关于超级电容的专利以来，超级电容的应用范围越来越广:在直流
电气化铁路供电、

UPS 等应用方向进行研究，目前已开发出了 50kVA 和 80kVA 的实

验样机

[3]；利用超级电容器配合蓄电池作为辅助动力源，促进汽车的能源回收，提

高能源利用率

[4]，并出现了超级电容混合动力汽车[5]。随着超级电容性能的提升，

它将有望在小功耗电子设备、新能源利用以及其他一些领域中部分取代传统蓄电池。

本文介绍了一种基于超级电容设计的用以替代

12V 蓄电池的超级电容模块，通过

计算分析得出模块的组合结构、最佳充电电流范围、充电时间以及总的输出能量。该模
块具有寿命长，不造成污染，功率和能量密度大等优点，具有很好的开发应用前景。

一、

  超级电容储能模块的设计

由 于 超 级 电 容 的 放 电 不

完 全 ， 存 在 最 低 工 作 电 压 ，
所 以 单 体 超 级 电 容 的 能 量
为，其中

C 为超级电容的单体电容量，为单体超级电容充电完成的电压值。

超级电容器单体储存能量有限且耐压不高，需要通过相应的串连并联方法扩容，

扩大超级电容的使用范围。而通过相应的

DC-DC 芯片可以提高超级电容的最低工作