刘轩,王越,吴义鹏

(南京航空航天大学航空学院,江苏 南京 210006)

0 引言

低功耗及自供电是物联网时代的发展主流。物联网是互联网络与传感器网络的融合,通过各种传感器实时采集信息并通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接以及对物品和过程的智能化感知、识别和管理。感知层是物联网的核心,通过传感网络获取环境信息[1]。目前多数传感器节点由电池[2]或外接电源供电[3],也有部分研究表明节点可通过收集周围环境能量实现自供电,如太阳能、机械振动能、温差能等。通常由环境能量供电的无线传感器节点使用可充电电池[4—7]、超级电容[8—10]或混合采用[11—13]两者来储存能量。

尽管可充电电池容量高且泄漏率低,但其循环寿命会限制传感器节点的寿命[8],充放电循环中的老化过程会导致电池容量逐渐降低、内部电阻逐渐增加[14]。例如,镍氢电池[5]和锂离子电池[7]的循环寿命分别为500～800次和1 000～1 200次。超级电容具有更长的循环寿命,一般超过50万次且充放电效率更高[9]。但超级电容的自放电特性也会导致存储能量的损失和端电压的下降,不利于低功耗自供电设备的电源管理,所以全面理解超级电容自放电的动态特性,研究能够准确预测超级电容端电压变化的模型非常重要。超级电容自放电过程可分成线性过程及非线性过程,端电压线性下降阶段可以用漏电流机理进行解释,而非线性部分则涉及到法拉第氧化还原机理和电荷再分配机理。……