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摘 要

超级电容是一种新型的电池，相比于传统的化学电池来讲，超级电容的容量高、使用寿命长、对工作环境温度的要求低、充放电速度快和不污染环境等优点，使其受到人们的大力研究与应用，但由于超级电容在充放电的过程中，因为其参数存在离散型，即使是同种型号规格的超级电容，它们的内部参数也都有一定的差异。这就会使超级电容过充或过放，从而影响其使用寿命和系统的稳定性。本文主要观察测试超级电容充放电的过程并尝试智能控制其充放电的过程。

关键词：超级电容；智能；充放电过程

Super capacitor intelligent charging and discharging equipment hardware part

Summary

Super capacitor is a new kind of energy storage device, compared to the traditional chemical battery is concerned, the super capacitor of high power density, long life, low requirements on the ambient temperature, charge and discharge speed and not pollute the environment , It is subject to people"s strong research and application, but because of the super capacitor in the charge and discharge process, because of its discrete parameters, even the same type of specifications of the super capacitor, their voltage resistance and capacity parameters exist Certain difference. This will make the super capacitor overcharge or over discharge, thus affecting its service life and system stability. This article mainly observes the process of testing the super capacitor charge and discharge and tries to control the charge and discharge process intelligently.

Key words: super capacitor; intelligent; charge and discharge process

目录

第一章 引 言 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.1.1 课题研究的背景 1

1.1.2 课题研究的意义 1

1.2 超级电容 1

1.2.1 超级电容的简介 1

1.2.2 超级电容的主要功能 2

1.2.3 超级电容的优点 3

1.2.4 国外的超级电容研究现状 3

1.2.5 国内的超级电容研究现状 4

1.3 研究方法 4

第二章 超级电容充放电的原理 4

2.1 超级电容的原理 4

2.2 影响超级电容容量的因素 5

2.2.1 电容量的差异 5

2.2.2 等效串联阻抗（ESR） 6

2.2.3 漏电流 6

2.3 超级电容充放电特性 6

2.3.1 电压特性 6

2.3.2 恒流充电特性 6

2.4 超级电容的容量特性 7

2.5 超级电容的放电特性 8

第三章 C8051F005系统板 9

3.1 C8051F005系统板简介 9

3.1.1 C8051F005系统板的原理框图 9

3.1.2 C8051F005系统板的电路图 9

3.1.3 C8051F005系统板的PCB 10

3.2 C8051F005系统板的硬件组成 10

3.3 C8051F005系统板的基本功能 11

3.3.1 DDS扫频信号发生器 11

3.3.2 数字存储示波器功能—DSO 11

3.3.3 频谱分析功能 11

3.3.4 RS232与PC接口通讯例程 11

3.3.5 在液晶屏上画图的功能 12

3.3.6 模拟信号输入通道预处理功能 13

3.3.7键盘功能 13

第四章 基于C8051F005系统板设计的方案 13

4.1设计方案的思路 14

4.2设计方案的电路图 14

第五章 硬件焊接和软件调试 15

5.1硬件焊接 15

5.2软件调试 16

第六章 结束语 16

6.1超级电容的实际运用 16

6.1.1国外超级电容的实际运用 16

6.1.2国内超级电容的实际运用 16

6.2超级电容的前景展望 16

致 谢 17

参考文献（References） 18

附 录 19

第一章 引 言

1.1 课题研究的背景和意义

1.1.1 课题研究的背景

人类的发展是建立在对资源的研究运用上的。而在现代社会中，石油等化石燃料和电能已成为人们生活中必不可少的能源。但是石油等化石燃料是不可再生的，随着时间的推移日渐匮乏，人们开始发展如太阳能、风能和潮汐能等可持续产生的能源。例如，人们现在已经开始研究用超级电容作为动力源来替代人类现代社会广泛使用在各种工具上的内燃机。虽然没有完全完善好作为动力源的超级电容，但也能够制造以超级电容为动力源的公交车并投入实际的使用中，打破了内燃机在汽车上作为动力源的统一格局。但是传统的化学电池一直没有解决其本身的结构构成造成的固有的缺陷，比如充电和放电的速度不是很快、废电池的污染、造价比较高昂、对工作温度的适应性差、其使用的次数少等许多缺点。

超级电容不仅优异于传统的化学电池，更拥有正好弥补了传统的化学电池本身缺陷的优点，所以超级电容更受到人们的追捧。正是因为如此，美英中法俄日等国家都投入了巨大的人力和物力来开发超级电容，来不断发展和突破超级电容的技术难点，使自己在超级电容的研究与开发应用中始终处于世界领先水平，从而在超级电容发展的前期抢占超级电容在世界市场上的国际份额。

1.1.2 课题研究的意义

超级电容是一种新型的储存电力的能源装置，相比较于传统的化学电池而言，其能够被使用的次数较多、能适应的工作环境温度的范围较广、功率密度高、充电和放电的速度较快、免于人工维护和无传统化学电池的环境污染等优点。这些优点使超级电容快速发展与应用到人们的生活之中来，如已经运用到高铁与公交车上的超级电容，可以节约大量的能源和减少的环境污染。尤其是运用到汽车之上代替内燃机，一旦技术成熟并推广，人们对于石油的依赖将大幅度降低，可解决部分能源与环境污染的问题。

而本次课题的主要研究并实现超级电容的智能充放电，相同的超级电容由于其本身的离散性，在进行充放电时，会导致它们的差异性变得更大。在超级电容组进行充放电时就会造成过充和过放，从而导致超级电容的充放电进行的并不完全，在这种状态下是无法使超级电容组正常工作的。所以研究并实现超级电容的智能充放电对超级电容的发展十分重要，可以加快推动超级电容的广泛运用。

1.2 超级电容

1.2.1 超级电容的简介

超级电容，又被称为双电层电容和赝电容等。电极通过吸引聚集电解质溶液中被极化产生的正负电荷，从而储存电能。超级电容虽然在种类上也属于电池，但传统的化学电池是靠发生化学反应来储存或释放电能的，而超级电容却是吸引聚集或释放电荷来进行充放电的，这样重复充放电在理论上是无损耗的，在实际上也能达到数十万次以上。超级电容在结构上是由两个不与电解液发生反应的有许多微小孔洞的电极板组成的，并且两个电极板是被分开放置在电解液当中的。当给这两块电极板上通电时，如图1一样，正电极上为正电荷，并吸引并聚集电解质中游离的负离子，而负电极则正好与之相反，这时形成的状态就像电容的存储层一样。

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