Modeling of a Lithium-Ion Capacitor and Its Charging and Discharging Circuit in a Model-Based Design

For several years now, electric vehicles (EVs) have been expected to become widely available in the micro-mobility field. However, the insufficiency of such vehicles’ battery-charging and discharging performance has limited their practical use. A hybrid energy storage system, which comprises a capacitor and battery, is a promising solution to this problem;however, to apply model-based designs, which are indispensable to embedded systems, such as the electronic control units used in EVs, a simple and accurate capacitor model is required. Within this framework, a lithium-ion capacitor (LIC) model is proposed, and its charging and discharging performances are evaluated against an actual LIC. The model corresponds accurately to the actual LIC, and the results indicate that the proposed LIC model will work well when used with Model-Based Design (MBD).

干式直流电容器全链条国产化关键技术探讨

高性能薄膜电容器广泛应用于新能源交通工具、输变电工程、医疗救治器械和电磁脉冲武器等领域,其中干式直流电容器更是柔性直流输电的重要装备。目前薄膜电容器生产过程中从原料到重要装备完全依靠国外技术,高端薄膜电容器超净聚丙烯(PP)原料完全依赖从国外进口,加工双向拉伸BOPP薄膜和电极蒸镀等大型生产设备都是从发达国家购买,严重制约了我国薄膜电容器技术研发和工程应用,特别是在当前的复杂国际环境下带来诸多隐患,一旦国外禁止向我国出售相关原料和设备,将严重影响我国高科技领域的发展。由此,在当前复杂的国际环境和我国政府提出的“双碳”目标背景下,必须下大力气着力解决影响薄膜电容器领域发展的诸多关键因素,依靠自主技术服务于新能源系统建设。在国家重点研发计划“干式直流电容器用电介质薄膜材料”重点专项支持下,本文从薄膜电容器用电工级超净PP原料入手,探讨通过相关领域科研院所与相关企业深度合作,进行电工级超净PP原料技术攻关,解决研发验证过程中存在的问题,从全局观出发力图解决我国干式直流电容器工程应用面临的重大问题,形成我国干式直流电容器全链条国产化关键技术。

陶瓷电容器在电力电子应用中的性能优化研究

笔者深入研究了陶瓷电容器在电力电子应用中的性能优化方法,以提高其在现代电子设备中的关键性能。从材料选择与优化、结构设计优化、温度稳定性改进、降低漏电流以及寿命和可靠性改进等多个方面探讨了相关方法。通过精心选择陶瓷材料、改进结构设计、控制漏电流和优化温度稳定性,可以显著提高陶瓷电容器的性能和可靠性,从而满足不断变化的电子设备需求,推动电力电子技术的不断进步。

地铁列车电容击穿故障原因分析及优化

厦门地铁1号线列车发生多起电容击穿故障,不仅影响列车正常牵引运行,而且其过热爆炸引发牵引箱体内部起火事件,严重影响行车安全。文章通过对厦门地铁1号线电容击穿故障的深入分析、研究,对可能导致三相交流滤波电容击穿故障的不同原因进行分析、测试,同时根据可能导致故障的不同原因制定一套完善的电容设计优化、故障预测、预防维护以及质量控制等全面提升方案,经评估,优化方案效果显著,在提高电容可靠性的同时,提高电容维护便利性,为地铁运营单位在列车滤波电容的设计选型、故障分析、技术改造以及预防性维护等方面提供重要参考。

双列开关电容均压电路的设计与分析

针对串联超级电容器组中超级电容器单体电压不均衡的问题,设计了一种新型双列开关电容均压电路。介绍了这一均压电路的模型和原理,对这一均压电路进行了静态工况分析、电量转移分析,并进行了仿真。这一均压电路优化了电荷转移路径,增加了均衡冗余度,提高了均衡效率。分析结果表明,双列开关电容均压电路相比传统开关电容均压电路,具有更好的均压效果。

基于超级电容的智能电能表长寿命后备电源设计

智能电能表的进一步发展要求在外部供电电源中断后具有一定时间的远程通信能力,以便电能表数据的备份与停电等重要事件上报。作为常规后备电源的电池与电解电容都存在弊端,前者使用寿命较低,后者容量太小。文章首先用超级电容寿命估计理论论述了满足新一代电能表16年设计寿命的可行性,给出了满足寿命要求的超级电容备用电源充电电路设计,并解决了储能电容的待机能力,最后针对微功耗电路难以用常规仪器测量的现实,使用Spice模拟电路仿真工具分析了电路功能,并进行了实际电路试验,验证了电路方案的可行性。文章对市电供电的智能互联仪表设备的备用电源设计具有一定的借鉴意义。

并网逆变器分裂电容型LCL滤波器参数优化设计

现有并网系统中传统LCL滤波器有效解决了电流谐振问题,而分裂电容型LCL滤波器则进一步降低了阻尼电阻的功率损耗。针对分裂电容型LCL滤波器的参数配置繁琐、计算密集、准确性低等问题,提出一种基于NSGAⅢ多目标优化算法来设计滤波器的参数,并给出了滤波器参数寻优的实现流程。仿真结果表明,该方法不仅改善了滤波性能和系统稳定性,还降低了功率损耗,大大降低了设计过程对经验的依赖,滤波器参数设计更加具有普适性。

智能轴承自供电结构设计及仿真分析

针对旋转机械智能运维实时监测的工作需求,提出一种智能轴承自供电结构。根据电磁感应原理,该轴承结构从其旋转运动中采集电能,通过电压转换装置为轴承的传感器和无线传输组件供电,并将剩余的电能储存在超级电容中;建立有限元模型,通过与试验中不同转速下的有效电压进行对比验证模型的准确性;使用麦克斯韦电磁仿真软件,分析不同拓展环材料、气隙以及磁铁长度对电压值的影响。结果表明:在转速1758 r/min、气隙1.0 mm以及磁铁长度5 mm的条件下,可以得到10.65 V的有效电压以及1.04 W的最大输出功率,能够满足传感器和无线传输组件的正常工作要求。

镓基液态金属柔性叉指阵列电容传感器设计及实验测试

为解决传统叉指电容传感器采用铜和印制电路板打印制备无柔性、难以贴合不平整被测物表面等问题,提出了基于镓基液态金属的柔性叉指阵列电容传感器设计方案。考虑电极层和基板的影响及叉指阵列结构的影响构建传感器数学模型,确定传感器的各项参数。利用镓基液态金属制备柔性叉指阵列传感器,对其进行实验标定和输出特性测试,并将其应用于材料材质识别研究。测试与仿真结果表明,该柔性叉指阵列电容传感器具有良好的柔性、灵敏度和输出特性,具有应用于材料材质识别的应用潜力。

薄膜电容器的研究与设计

为了有效解决薄膜电容器生产中薄膜尺寸和卷制圈数的问题,本文主要研究了多串膜结构薄膜电容器的理论设计,采用原理分析和公式推导方法从平行板电容工作原理到多串膜结构薄膜尺寸和卷制圈数设计,最后通过全自动卷绕机和电容测试仪验证电容量和卷制圈数关系式,实现对卷制生产活动的有效指导和多串膜电容的合理设计。

适用于宽增益范围的可重构单级DC-DC变换器及其磁元件设计

该文基于开关电容结构与谐振网络单元的优势,提出适用于宽增益范围的模块化可重构单级DC-DC变换器,可根据输入电压范围来选择串入模块的数量,从而达到等效压缩谐振单元输入电压范围的目的,实现了变换器在宽增益范围内的高效率。同时,为了减小器件并联带来的不均流和局部过热等问题,该文设计了一种磁集成结构以代替传统采用分立磁心实现的平面矩阵变压器,并对比展示了所提出磁集成结构在变压器总损耗与功率密度上的优势,同时还给出了所提出磁集成结构变压器的损耗计算模型及其优化设计的方法。最后针对宽增益场景设计了输入电压为200~400V,额定功率500W的样机,验证了拓扑以及磁结构的有效性和正确性。

车用超级电容管理系统设计与应用开发

在汽车高倍率充放电使用时,电机驱动的高频开关干扰信号会通过母线传递到电容管理系统数模采样电路,从而导致车载电池包的部分参数采样不准确的现象。为解决这一问题,基于LTC6813芯片的∑-Δ拓扑结构及软件可选的滤波器等优点,以LTC6813芯片作为模拟前端,在设计上降低上述差模或共模干扰,减少系统噪声。其次,通过低压电源电路、母线电压采样电路、电流采样电路设计,实现管理系统对超级电容其他参数的采样。同时,基于安时积分的系数因子来解决实际应用时SOC跳变问题。测试结果表明,本次设计管理系统的单体采样最大误差率低于0.6%,母线电压和电流最大误差率低于2%,SOC跳变误差得到修正,满足超级电容管理系统的要求。

基于水系超级电容器的工作电压扩充研究进展

随着便携式可穿戴电子设备的快速发展,柔性超级电容器储能设备变得越来越重要。其中廉价和环保的水系超级电容器具有高导电性、高倍率性能和长循环寿命,但是因其不能完全利用电活性材料的电化学窗口,造成能量密度相对较低。文章通过解析水系超级电容器电压受限机制,从电容器正负极非对称设计、电解液的调控和电极表面的改性3个方面,对现有扩充工作电压方法的研究现状进行总结,为基于水系超级电容器的工作电压扩充研究提供参考。

计及等效负载变化的消弧逆变器性能分析与设计

分析了消弧逆变器等效负载的性质,结果表明:等效负载是有源负载,等效源具有较大的幅值和较宽的变化范围;随过渡电阻和故障距离的变化,等效负载阻抗可呈现阻性、阻感性和阻容性。这一结果表明逆变器需要在负载性质改变和等效电源扰动的情况下,仍能稳定跟踪包含多频次的给定电流。对抗扰性和跟踪性要求的提高,增加了设计难度。鉴于此,提出了消弧逆变器输出滤波器和控制器的设计方法。输出滤波器采用滤波电容分流法进行设计,保证了逆变器能输出包含多频次的电流。采用电容串联电阻来抑制阻感负载情况下带来的谐振失稳问题,并给出了串联电阻的计算方法。控制器采用了定带宽设计法,带宽选定在幅频特性重合段。控制器参数设计准则为:保证阻容负载情况下传函幅频特性低频段具有较高增益。采用PSCAD/EMTDC仿真验证了结论的正确性和所提设计方法的可行性。

基于超级电容的低压启动电源管理系统的硬件设计

随着智能网联、智能座舱、智能驾驶、OTA等一系列的功能在新能源汽车的普及应用,对车载12V低压电源系统的供电能力以及汽车功能安全提出了更高的要求。其中超级电容具备高功率、宽温度、长寿命、高安全优点,更加适合于电动汽车的低压启动电源。超级电容作为低压启动电源的能量载体,同样需要设计一套独立的系统对电芯进行管理。本文以STC32G12K128单片机作为控制核心,对12V超级电容系统的电流、单体电压、温度采集电路进行设计。

基于智能电容器的无功补偿装置分析

阐述无功补偿装置应用的效果,分析无功补偿装置在智能电容器中应用的策略,包括无功补偿控制策略、电容器过零投切、智能电容无功补偿器的硬件模块设计、智能电容器的软件程序设计。

高压并联电容器投切开关重击穿抑制技术

在电网运行过程中,高压并联电容器进行开关投切时存在较高的重击穿风险。一旦发生重击穿现象,高压线路中的电压与电流上浮过大,形成较高的合闸涌流或是合闸过电压,进而导致电气设备的损坏,甚至是牵连到电力系统的运行安全。该文首先对高压并联电容器投切开关重击穿产生的原因进行分析,然后针对电容器投切开关重击穿产生的原因,提出安装预充电装置与涌流抑制器的抑制解决方案,并通过关键电力参数的优化设计,在电容器合闸之前利用预充电装置或是涌流抑制器,以此消减合闸电流,抑制分闸过电压,实现对重击穿的防治。

电源分布网络的快速建模与电容优化

电源分布网络(PDN)是电源完整性(PI)问题的核心内容,PDN的设计对高频高速集成电路(IC)的稳定性和可靠性具有重要的意义。随着集成电路的工作频率不断提高、电源电压的不断降低、以及集成度和复杂度的不断升高,PDN的建模与去耦电容优化也面临着越来越大的挑战。该文综述了PDN建模领域经典的阻抗计算方法,以及去耦电容优化领域常用的优化算法,总结了这些方法的优缺点以及作者团队在该领域的主要贡献,指出了当下该领域面临的主要问题和技术挑战,并对该领域的未来发展趋势作了简要讨论。

基于非晶合金材料的开关恢复过电压抑制器设计与实现

利用并联电容器的方式进行电力系统无功补偿,故障发生率较高,可能会影响电网安全稳定运行,这是由于投切时会产生过电压,甚至会导致断路器重燃,目前虽可利用老炼试验降低重燃率,但由于还未研发出无重燃真空断路器,因而需要采用抑制技术减少断路器重燃机率,从而降低过电压形成对电网所产生的危害。为此,该文基于并联电容器重燃时刻开关参数统计分析,得出参数变化规律,在此基础上设计一款利用非晶合金材料为铁心的开关恢复过电压抑制器,并对放电线圈的参数进行优化设计,而后通过现场试验及挂网试运行证实此抑制技术对高压并联电容器投切过程中过电压的形成有显著抑制效果。

电网并联电容器装置电抗率的优化设计方案

该文从技术方面出发,对并联电容器装置电抗率的设计方案进行优化,首先概述设计优化的总体思路,随后通过设置电抗率优化方案的约束条件、进行综合谐波阻抗验算以及电容支路的谐振处理,总结电抗率优化的具体实现方式。