在传统的能量供应系统中，电池作为主要的储能单元被普遍的使用。随着科学技术的发展和保护自然环境的需求，超级电容器因其容量大、寿命长、放电速度快、工作时候的温度范围宽、可以串并联使用等优点而备受关注。

　　在混合动力汽车能量供应系统中，电池储能系统存在着诸如低温特性不好，在恶劣环境下的寿命低，很难做到释放大电流等缺陷。而超级电容器恰恰具备上述优势，不但可以提供短时间的高功率脉冲，而且还具有优良的低温性质、较高的寿命和极好的内阻特性。因此超级电容器在混合动力汽车上得到普遍的应用。

　　针对超级电容器在串联使用的过程中存在的单体电压差异大而导致超级电容器组的储能效率降低和加速老化的问题，提出了一种应用电池组监控芯片LTC6803-4的超级电容器组管理系统，实现超级电容器组的单体电压、温度监测和电压均衡等功能。实验根据结果得出，该方法检验测试精度高，速度快，功耗低，可对串联超级电容器组进行相对有效的监控和管理。

　　超级电容器与其他电化学蓄电池相比，在充放电过程中不发生化学反应，具有充放电速度快、功率密度大、工作时候的温度范围宽、循环常规使用的寿命长等特点，可应用于微电网、电动公交等领域。由于超级电容器的单体标称电压低于3 V，多数应用中需要串联构成超级电容器组。受到容量偏差、漏电流及等效串联电阻（ESR）等因素的影响，在循环使用中各个超级电容器单体电压差会增大，如果不采取必要的均衡和管理措施，会导致超级电容器组的储能效率降低，影响超级电容器的寿命［2］。因此，有必要研制一种高性能的超级电容器组管理系统，监测超级电容器组的单体电压和温度，并进行电压均衡控制。目前的管理系统模块设计中常采用高精度A/D转换器和多通道模拟开关或光耦继电器等电路实现。

　　LTC6803-4是凌力尔特（LTC）公司的第二代电池组监控芯片，内置一个12位高速A/D转换器，能够测量多达12节串联电池组的电压和温度，可测量5 V以下单节电池电压和温度，最大总测量误差小于5 mV［5］。通过运用一个可寻址的SPI串行总线器件级联起来，以监测多于12节的串联电池组中每节电池的电压。LTC6803-4自带电压均衡控制功能，可软件设定均衡启动电压。

　　本文应用LTC6803-4设计了一种超级电容器组管理系统，系统以32位微处理器STM32F103为控制核心，实现对120节串联超级电容器组单体电压和温度的监测及显示，并对超级电容器组进行电压均衡控制。实验结果证明了该方法的有效性。系统硬件设计系统硬件总体框架

　　超级电容器组管理系统应具有对超级电容器组的单体电压与温度等信息的监测、电压均衡、过压与过流保护和数据通信等功能。超级电容器组管理系统的结构如图一所示。

　　每12节超级电容器构成一个超级电容器储能单元，由一个监控单元负责监测超级电容器储能单元中的单体电压和温度等信息，并对超级电容器组进行电压均衡，10个监控单元（#1～#10）通过并行连接的数据总线与微处理器通信；微处理器从各监控单元依次读取单体电压、温度数据，通过电流传感器电压传感器检验测试超级电容器组的总电流和总电压，经过数据处理后显示在触摸屏上，同时微处理器将采样到的电压、电流、温度等信息与系统设定的报警值比较，经过控制充电开关和放电开关的吸合和关闭，防止超级电容器组过充电、过放电、过流、短路和温度过高；可通过CAN总线与监控上位机通信，实现远程监控。

　　微处理器选用ST公司基于Cotex-M3内核的32位微处理器STM32F103VET6，该微处理器具有片上外围模块丰富、功耗极低、开发方便等特点。STM32F103VET6具有80个独立输入/输出引脚，3个通用异步串行通信接口（UART）和1个CAN总线接口，满足本系统的设计需要。监控单元电路

　　监控单元电路采取电池组监控芯片LTC6803-4。LTC6803-4与LTC6803-3的主要区别是通信接口方法不一样。LTC6803-4采用可寻址的SPI串行接口总线采用菊花链级联方式。监控单元电路的原理图如图2所示。

　　LTC6803-4通过光电隔离器Si8441隔离的SPI总线 V输出的隔离DC/DC模块供电，保证系统的安全性和抗干扰能力。

　　LTC6803-4的C0～C12为单体电压检测引脚，分别连接到12只超级电容器单体的两端。C0接超级电容器单元的最低电压端，C12接最高电压端。

　　S1～S12引脚为电压均衡控制引脚，分别控制与每个超级电容器并联的均衡MOSFETVTn与均衡电阻Rn。当LTC6803-4检测到某个超级电容器的单体电压超过设定的上限值时，控制对应的MOSFET开通，通过均衡电阻放电，达到电压均衡的目的。

　　V+、V-引脚为LTC6803-4的正、负电源引脚，采用寄生供电方式时，可直接从该芯片监控的12只串联超级电容器单元取电。也可采用独立供电方式，但要求电源电压不低于被测超级电容器储能单元的电压。LTC6803-4的正常工作电流小于1 mA，在待机模式下功耗降至12 μA，有利于管理系统效率的提高。

　　VTEMP1和VTEMP2是两路温度检测A/D接口，使用两个100 kΩ的热敏电阻（NTC）作为温度传感器，由VREF引脚提供3.065 V的电压基准。

　　A0～A3为LTC6803-4的4位地址输入口，可通过4位地址拨码开关设置LTC6803-4的地址，地址设置范围为0000～1001（二进制），以区分不同监控单元。

　　根据应用系统对超级电容器组的技术方面的要求，工作电压为0~300 V，工作电流为-20 A~+20 A，设计总电压和总电流采集电路。

　　总电流采集电路采取霍尔电流传感器LA50-P。当测量电流为±20 A时，LA50-P的输出Io经过200 Ω电阻转换为-1.5 V～+1.5 V的电压。由于STM32F103的A/D输入范围是0~+3.3 V，设计了一个电平移位电路将-1.5 V～+1.5 V电压提升至0～+3.0 V。电平移位电路如图3所示。

　　总电压采集电路采取闭环霍尔电压传感器模块CHV-50P/400A，额定测量电压为400 V；在-600 V～+600 V范围内的测量精度为±0.8%；输出电压为0～+3.0 V，在STM32F103的A/D输入范围内

　　触摸屏模块设计中选用10.4英寸工业级触摸屏模块TFT8060RS104BN，显示超级电容器组的状态信息，同时可接收用户查询与控制指令。TFT8060RS104BN模块与STM32F103通过UART接口连接，实现指令和数据交换。

　　管理系统软件的主要完成STM32F103与LTC6803-4的SPI口通信，发送命令代码和PEC校验字节，实现写入配置寄存器、读出配置寄存器、启动电压转换、读电压、读温度信息等操作，并将信息数据显示在触摸屏上。

　　LTC6803-4完成一次12节超级电容器电压转换仅需要13 ms，每次启动转换后都要延时13 ms后再读取转换结果。STM32F103按照各LTC6803-4监控单元的地址顺序（0～9）依次读取转换结果。测试结果与分析

　　选用120只360 F/2.7 V的超级电容器组进行充放电测试。STM32F103与LTC6803-4的SPI总线 Mb/s，管理系统对120只超级电容器单体电压巡检的周期约为45 ms，能够很好的满足应用系统对超级电容器组快速充、放电过程中电压检测速度的需要。

　　超级电容器单体的均衡电压上限值设定为2.65 V，当单体电压超过2.65 V时均衡MOSFET打开，开始电压均衡，均衡电流为5 A。在充电测试中，采用1 000 V/50 A可调直流稳压电源，充电模式为恒流-恒压模式，充电电流限制在10.1 A，充电至总电压达到312 V时进入恒压充电状态。整个充电过程中，均衡电路动作偏差小于20 mV。

　　在超级电容器组充电并均衡后，随机选择系统中一个监控单元LTC6803-4的测量数据与FLUKE万用表F17B的测量结果作比较，分析误差。LTC6803-4和F17B测量的单体电压数据如表1所示。经分析，单体电压测量平均误差为5.08 mV（0.19%），最大误差为6 mV（0.23%），精度满足对超级电容器组的单体电压测量的要求。

　　本文提出的应用LTC6803-4设计的超级电容器组管理系统，可监测超级电容器组的单体电压、温度等信息，并对超级电容器组进行电压均衡控制。系统已成功应用于智能电网断路器操作电源中。本系统具有结构相对比较简单、检测精度高、速度快、功耗低等特点，能够很好的满足串联超级电容器组监控管理的技术方面的要求。LTC6803-4芯片功能完整，扩展灵活，适合于不一样的种类、不同总电压的串联电池组管理系统，可推广应用于电动公交、光伏发电等领域，具有广阔的应用前景。

　　研究了超级电容快充方法，分析了恒功率快充的原理，并通过比较恒电流和恒功率两种方法，证明了恒功率充电更加有助于实现快充。根据恒功率充电原理，制作了快充样机。实验表明该样机电路稳定，可以在一定程度上完成快充要求，拥有非常良好的实用前景。 传统蓄电池电源系统的电池记忆效应差、容量下降及充电时间过长是长久以来一直存在的问题，而这样一些问题可使用超级电容来解决。超级电容是一种极大程度上模拟了电容的电压特性曲线且有很高的容值的新型能源器件，目前已有万法拉级的超级电容单体。超级电容无充放电记忆效应，允许上百万次充放电而不会有任何容量上的损失。此外，超级电容具有极低的等效串联电阻（ESR），这一特性使得超级电容可以大电流充放电，其额

　　超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有 电容器 快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。 原理 超级电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件。当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，使固液界面出现稳定和符号相反的双层电荷，称其为界面双层。把双电层 超级电容 看成是悬在电解质中的2个非活性多孔板，电压加载到2个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的 负离子 ，负极板吸引正离子，从而在两电极的表明产生了一个双电层电容器。 双电层电容器 根据电极材料的不同，可大致分为碳电极双层超级电容器、金属氧化物电极超级电容器和有机聚合物电极超级电容器。

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