重慶市奧林匹克體育中心 崔黎明

隨著世界科學技術(shù)的發(fā)展，隨之產(chǎn)生了許多新型元器件并運用在各個領域，超級電容是其中之一，它是一種專門用于儲能的特種電容，實現(xiàn)了電容量由微法向法拉級的飛躍，是一種理想的大功率物理電源。它不需要任何維護和保養(yǎng)，壽命長達10年以上，用它來代替老式電容儲能硅整流直流屏和蓄電池直流屏將產(chǎn)生革命性的進步。

首先我們將超級電容直流屏與蓄電池直流屏的性能進行對比。

1、蓄電池過充電、過放電都會縮短使用壽命，而超級電容不存在過充電、過放電的問題，只需限制每一個超級電容單元的最高充電電壓就行了。

2、蓄電池有較大的維護量，即便是免維護蓄電池，同樣需要維護；而超級電容只需定期檢測其容量是否下降就行了，做到了真正意義上的免維護。

3、蓄電池一旦過放電，要恢復其容量得充電數(shù)小時；而超級電容恢復到額定電壓，僅需幾分鐘。

電網(wǎng)停電后，直流屏依靠蓄電池放電來維持直流母線電壓，電池組的能量究竟有限。停電時間過長，會使電池的能量放完，如不加限制，必然會導致電池組電壓下降到終止電壓以下而受損，甚至無法再充電而報廢。而超級電容當電網(wǎng)停電后，在帶有經(jīng)常性負荷的情況下仍可保證幾百次的跳閘和數(shù)次合閘。假如是母線短路，引起電網(wǎng)電壓過低，只要繼電保護能正確動作，在短短的幾秒鐘內(nèi)，更能可靠的跳閘，事故跳閘后，沒有必要維持一定時間的直流供電。當事故處理完畢后，電網(wǎng)恢復供電，在幾分鐘內(nèi)，將超級電容充滿電，實施合閘。

為了解決串聯(lián)超級電容分壓不均長期使用而損壞的問題，美國MAXC(DOUBLE LAYER CAPACITORS PRODUCT INFORMATION& APPLICATION DATA)公司雙電層電容器(超級電容器)產(chǎn)品信息和應用資料上介紹的兩種簡單方法圖1、圖2所示，但這兩種電路只適用于在相對負載小的設備中運用，其次，分壓電阻消耗能量大，充電電流相對也不能太大，使用范圍比較窄。

在直流屏中合閘電壓直流220V，電流100A。超級電容標稱容量1.2F，耐壓280V。超級電容耐壓高容量大，必須將82只容量100F耐壓3.4V大容量超級電容串聯(lián)起來使用才能達到目的。為了克服以上串聯(lián)使用存在的問題，我提出以下方案共探討。

圖1 使用平衡電壓的分流電阻分壓電路

圖2 使用分壓器并聯(lián)納二級管過壓保護的電路

圖3 串聯(lián)多個大容量超級電容使用方塊圖

圖4 能量均衡裝置的示意圖

具體實施方案。圖3所示，實用串聯(lián)多個大容量超級電容使用的方塊圖，在圖3中以三個大容量超級電容A、B、C作為實施例說明，可看出在串聯(lián)的兩個大容量超級電容A、B與或B、C間連接有能量均衡裝置1、la，該能量均衡裝置1、la能檢測到兩個大容量超級電容A、B或B、C的充電電壓高低電位差，同時通過能量均衡裝置，能夠讓每一大容量超級電容的電壓均衡和達到能量均衡分布的效果，使其不論在充、放電時，均能讓各大容量超級電容的電氣特性保持一致，串聯(lián)大容量超級電容通過能量均衡裝置，會有效提升其整體電壓穩(wěn)定和功率輸出，可提高推動直流屏操作機構(gòu)跳閘、合閘可靠性，且達到能量均勻分布的狀態(tài)；其中該能量均衡裝置1、la旁按保護電路2、2a，令該保護電路2、2a得以檢測大容量超級電容A、B、C的電壓和溫度變化，當有發(fā)現(xiàn)任一大容量超級電容A、B或C充、放電時電壓高低異常(例如過高或過低)或是超過警戒溫度，該保護電路2、2a均可發(fā)出警告訊號，同時透過輸出入端口3、3a通知該連接的充電或放電設備4、5進行處理，進而保護大容量超級電容A、B、C和其連接的充、放電設備4、5。

圖4為能量均衡裝置的示意圖，其中該能量均衡裝置1，包含由控制單元11和第一、第二分配電路12、13所組成，且該控制單元11與兩個大容量超級電容A、B并聯(lián)，并通過以檢測取得兩個大容量超級電容A、B的電壓，經(jīng)其內(nèi)部電路比較后，由控制單元11送出信號，以選擇并致動第一或第二分配器12或13導通；該第一、第二分配器12或13分別與該大容量超級電容A、B呈并聯(lián)狀態(tài)，其間并具互斥連動的特性；例如當該控制單元11經(jīng)比較兩大容量超級電容A、B的耐壓具有高低差異時，即會輸出一信號通知第一(或第二)分配器12或13導通，且使第二或第一分配器13或12截止，由于該第一或第二分配器12或13與大容量超級電容A、B并聯(lián)，借此該電壓較高的大容量超級電容A或B即會透過該第一或第二分配器12或13將電量輸送往電壓較低的大容量超級電容B或A，而達到電量均衡分布和能量均勻分布的狀態(tài)。

[1]聞超,邱瑞昌,趙曉紅,韓嘯一.基于超級電容的直流不間斷電源設計[J].電源技術(shù),2011(07).