Supercapacitor
Электрохимический двухслойный конденсатор.
Описание
Блок Supercapacitor представляет собой электрохимический двухслойный конденсатор (ELDC), который обычно называют суперконденсатором или ультраконденсатором. Значения емкости суперконденсаторов на порядки больше, чем у обычных конденсаторов. Суперконденсаторы могут обеспечивать всплески энергии, поскольку они способны быстро заряжаться и разряжаться.
Вы можете смоделировать любое количество суперконденсаторов, соединенных последовательно или параллельно, используя один блок Supercapacitor. Для этого установите для параметров Number of series cells или Number of parallel cells значение большее, чем 1. Блок моделирует только уравнения для одной ячейки суперконденсатора, но при этом вычисляет:
-
Выходное напряжение в зависимости от количества последовательно соединенных ячеек;
-
Ток в зависимости от количества параллельно соединенных ячеек.
Вычисление выхода многоячеечного суперконденсатора на основе выхода для одной ячейки более эффективно, чем моделирование уравнений для каждой ячейки в отдельности.
На рисунке показана эквивалентная схема для одной ячейки в блоке суперконденсатора. Эта схема представляет собой сеть резисторов и конденсаторов, которая обычно используется для моделирования поведения суперконденсатора.
Конденсаторы , и имеют фиксированную емкость. Емкость конденсатора зависит от напряжения на нем. Резисторы , , и имеют фиксированные сопротивления. Напряжение на каждом отдельном фиксированном конденсаторе в блоке суперконденсаторов рассчитывается как
где
-
– напряжение на блоке;
-
– количество последовательно соединенных ячеек;
-
– номер ветви. = [1, 2, 3];
-
– ток через -ю ветвь;
-
– сопротивление в -й ветви;
-
– напряжение на конденсаторе в -й ветви.
Уравнение для тока через первую ветвь суперконденсатора зависит от напряжения на конденсаторах в этой ветви. Если на конденсаторах положительное напряжение, то есть
затем
или
где
-
– напряжение на конденсаторах в первой ветви;
-
– емкость фиксированного конденсатора в первой ветви;
-
– коэффициент усиления емкости, зависящий от напряжения;
-
– ток через первую ветвь.
Для остальных ветвей ток определяется так:
где
-
– номер ветви. =[2, 3];
-
– емкость -й ветви.
Общий ток через блок суперконденсаторов составляет:
где
-
– количество параллельно соединенных ячеек;
-
– сопротивление саморазряду суперконденсатора;
-
– ток через суперконденсатор.
Параметры
Cell Characteristics
Fixed resistances, [R1 R2 R3] — фиксированные значения сопротивления для каждой ветви
[0.2, 90.0, 1000.0] Ohm (по умолчанию) | массив
Укажите сопротивления для резисторов постоянного сопротивления в отдельных ветвях суперконденсатора в виде массива.
Fixed capacitances, [C1 C2 C3] — фиксированные значения емкостей для каждой ветви
[2.5, 1.5, 4.0] F (по умолчанию) | массив
Укажите индивидуальные значения емкости для конденсаторов постоянной емкости в суперконденсаторе в виде массива.
Voltage-dependent capacitor gain — коэффициент переменной емкости для первой ветви
0.95 F/V (по умолчанию) | скаляр
Укажите коэффициент переменной емкости, , для конденсатора, зависящего от напряжения, в первой ветви суперконденсатора. Информацию об определении переменного коэффициента емкости см. в 1.
Self-discharge resistance — сопротивление саморазряда
inf (по умолчанию)
Укажите сопротивление саморазряду суперконденсатора, подключенного между двумя клеммами.
Configuration
Number of series cells — количество последовательно соединенных ячеек суперконденсатора
1 (по умолчанию) | скаляр
Укажите количество ячеек в суперконденсаторе, соединенных последовательно.
Number of parallel cells — количество параллельно расположенных ячеек суперконденсатора
1 (по умолчанию) | скаляр
Укажите количество ячеек суперконденсатора, соединенных параллельно.
Initial Targets
Current
Priority — приоритет
None (по умолчанию) | Higt | Low
Приоритет силы тока.
Value — значение силы тока
0.0 A (по умолчанию) | скаляр
Значение силы тока.
Единицы измерения – А.
Voltage
Priority — приоритет
None (по умолчанию) | Higt | Low
Приоритет напряжения.
Value — значение напряжения
0.0 V (по умолчанию) | скаляр
Значение напряжения.
Единицы измерения – В.
Per-cell voltage across C1
Priority — приоритет
Higt (по умолчанию) | None | Low
Напряжение на ячейке через конденсатор .
Value — значение напряжения на ячейке через конденсатор C1
0.0 V (по умолчанию) | скаляр
Значение напряжения на ячейке через конденсатор .
Единицы измерения – В.
Ссылки
-
Zubieta, L. and R. Bonert. "Characterization of Double-Layer Capacitors for Power Electronics Applications." IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 36, No. 1, 2000, pp. 199–205.
-
Weddell, A. S., G. V. Merrett, T. J. Kazmierski, and B. M. Al-Hashimi. "Accurate Supercapacitor Modeling for Energy-Harvesting Wireless Sensor Nodes." IEEE Transactions on Circuits And Systems–II: Express Briefs, Vol. 58, No. 12, 2011, pp. 911–915.