超级电容和平衡电路
一.超级电容
超级电容器通常应用于短期能量存储、再生制动、静止的随机存储器备份之中。
超级电容，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。
它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。（百度文库）
突出特点：
（1）充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；
（2）循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”；
（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；
（4）功率密度高，可达300W/KG-5000W/KG，相当于电池的5~10倍；
（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；
（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；
（7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；
（8）检测方便，剩余电量可直接读出；
（9）容量范围通常0.1F–1000F 。
优点
（1）很小的体积下达到法拉级的电容量；
（2）无须特别的充电电路和控制放电电路；
（3）和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；
（4）从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；
（5）超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；
缺点
（1）如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；
（2）和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路；
超级所在：
1、超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
2、超级电容器在分离出的电荷中存储能量，用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集，其电容量越大。
3、传统电容器的面积是导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷制得很长，有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板，一般为塑料薄膜、纸等，这些材料通常要求尽可能的薄。
4、超级电容器的面积是基于多孔炭材料，该材料的多孔结构允许其面积达到2000m2/g，通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离（<10 Å）和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。
5、庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量，这也是其“超级”所在。
二.为什么需要平衡电路
在设计中，超级电容器的运行电压常常达到2.5~2.7V时候，多数应用会使用一系列串联的装置来获得更高的电压，而要平衡一个超级电容器涉及的远远不止连几根线就可以的。另外，许多超级电容器都会产生漏电流，该电流会根据多种因素而出现变化，其中包括：
（1）初始泄露值
（2）泄露值随充电电压、充电电流和温度的变化而变化
（3）运行温度的范围
（4）化学、材料和结构
（5）老化
为了防止这种失衡，需要一个平衡电路，这个平衡电路通过自动修正漏电电流不断变化所产生的效应，让经过每个超级电容器的电压均处于限定范围之内。而所有这些都只需要最少的额外漏电电流或功耗。一个好的均衡电路可以对异常的单体迅速做出响应，超级电容单体平衡方法有两种，即被动均衡式和主动均衡式。
a.被动均衡电路
（1）电阻直接与超级电容并联的结构
这种方式如图所示，在每个超级电容单体上并联一个电阻来抑制泄露电量，实际上，就是使用公差很小的电阻强制单个模块的电压一致。
超级电容在充电过程中，内阻决定充电电流的大小及最终电压。超级电容充电之后，自放电内阻式一个重要参数，用一个小的电阻就可以实现超级电容单体之间的电压平衡。电阻阻值应比超级电容的内阻大许多，但比自放电电阻小。不同的电阻值，电压的平衡过程可能花几分钟到几个小时。
（2）开关控制的电阻并联的结构
在上一种结构的电阻上串联一个开关，当单体电压高于预先设定的电压值时，开关接通；当单体电压低于预先设定的电压值时，开关闭合。这种结构需要测量单体电压，会增加成本。
（3）采用DC/DC变换器的结构
在相邻的单体之间接入DC/DC变换器，平衡具体的电压。除变换器的损失外，没有其他损失，效率高于上述两种平衡方式。但由于硬件实现和控制成本高的原因，这种结构没有引起广泛应用。
b.主动均衡电路
如图所示，主动均衡需要的时间比被动均衡需要的时间短，电压分配精度相等。而且寄生损失小。如果达到极限电压，电路通过一个并联在超级电容上的小功率电阻的旁路作用进行均衡。这个电阻的作用与被动均衡式相同，但是由于均衡电流大，均衡的过程很短。在低于极限电压时，电阻不起作用，充电电流很大。在旁路部分起作用时，电流可以较高，但是这要受并联电阻的限制（一般上限电流达1A）。因此这个电路不能在车辆上使用，因为车辆制动时，制动回馈产生的充电电流远大于1A，这会损坏整个电路。
图中B是使用辅助电流源的结构，即用两个辅助电流源调节超级电容的充电电流，根据充放电时超级电容的电压，确定均衡电流。
应用实例：BW6101超级电容保护应用示例
4只2.7V 10F超级电容串联电路，无外部扩流，电路简单。
特性曲线：
目前BW6101只适用于2.7V超级电容器，也有BW6103超级电容保护芯片，适用3.0V超级电容器，后续我们将会研发更加稳定及适用性更好的超级电容保护芯片。
