超级电容充电方法研究综述

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1、超级电容充电方法综述1课题背景及意义1.1课题研究背景当今社会，电能在人们的生产生活中扮演者越来越重要的角色。电能的储存技术作为电能应用的一个方面，给人们带来了各种便利。然而，随着高新技术的发展，人们对电能的质量要求也越来越高，传统的储能技术越来越体现出局限性，蓄电池储能，超导磁能，飞轮储能，等等。无法为现代技术的发展提供完善的电力保障。新的储能技术呼之欲出。20世纪70年代，超级电容器问世，它是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能元件，其电容量极大，可达几百至数千法拉，因此其功率密度高于普通电池，不仅适合于做短时间的功率输出源，而且还可以利用其比能量大，比功率高等优

2、点，在工业，交通领域做出贡献，此外，超级电容还具有充电时间短，可靠性高，使用寿命长（充放电循环次数可达十万次以上，且不用维护），工作温度范围大，充放电效率高和对环境无污染等优点。近年来随着碳纳米技术的发展，超级电容的制造成本不断降低，而其功率密度和能量密度却不断提高，这些都将进一步拓展并加快超级电容器在新型电力储能方面的应用。1.2超级电容器的发展状况1879年德国人赫姆霍兹（Helmholtz）发现了电化学界面的双电层电容性质，1957年美国人Becker申请了第一个由高比表面积活性炭作电极材料的电化学电容器方面的专利，1962年标准石油公司(SOHIO)生产了一种6V的

3、以活性碳(AC)作为电极材料,以硫酸水溶液作为电解质的超级电容器,。1969年该公司首先实现了碳材料电化学电容器的商业化，1979年日本NEC公司开始生产超级电容器(SuperCapacitor)，开始了电化学电容器的大规模商业应用;随着材料与工艺关键技术的不断突破，产品质量和性能不断得到稳定和提升,到了九十年代末开始进人大容量高功率型超级电容器的全面产业化发展时期。在超级电容器的产业化上,最早是1980年NEC/Tokin与1987年松下三菱的产品。到20世纪90年代,，Econd和ELIT推出了适合于大功率启动动力场合的电化学电容器.如今,，Panasonic、NEC、

4、EPCOS、Maxwell、Powerstor、Evans、SAFT、Cap-xx、NESS等公司在超级电容器方面的研究均非常活跃。目前美国、日本、俄罗斯的产品几乎占据了整个超级电容器市场，各个国家的超级电容量器产品在功率、容量、价格等方面都自己的特点和优势。与国外相比，我国超级电容的研究起步晚。但最近几年，国内的一些科研院所，如清华大学、哈尔滨工程大学、有色金属研究总院、中科院电工所、中科院上海微系统与信息技术研究所等单位都开展了对超级电容器的材料、制造工艺、特殊应用等相关领域的研究工作。目前，研制超级电容的企业有天津力神公司、上海奥威科技开发公司、北京集星联合电子科技有

5、限公司等。哈尔滨工业大学在第一代电容车基础上，研制出充电15min便能连续行驶25km，最高时速可达52km/h的电容车，已达到了国际先进水平；在2011年9月1日我国高能镍碳超级电容器在天津研制成功，取得了我国纯电动车动力电源研究的重大突破。这种新型结构的高能镍碳超级电容器由中国工程院周国泰院士领衔的科研团队历时3年刻苦攻关成功开发的。经检测试用显示，在实现加大材料的比表面积和正负极的材料结构的重大技术突破的基础上，该种超级电容器有效解决了国内电动汽车电源技术瓶颈问题，一经推广，将大大缓解由汽车尾气造成的城市大气污染，降低综合运营成本。经专家鉴定，该技术达到国际先进、国内

6、领先水平，取得了纯电动车动力电源领域的重大突破。1.3超级电容器的应用现状超级电容器在储能领域应用非常广泛：可以改善分布式发电系统的稳定性、提高配电网的电能质量、改善电动汽车功率输出和能量回馈的性能、加速UPS的启动等。其中，在电动汽车储能单元中的应用尤为广泛并日渐成熟。近年来，由于能源问题和环境保护的要求，世界上对电动汽车和混合动力汽车的需求越来越紧迫，电动汽车的关键部分是蓄电池，但蓄电池的峰值功率特性无法满足汽车在启动、加速和爬坡等特殊情况下对功率的需求。超级电容器在电动汽车中与蓄电池并联作辅助电源上的应用，可以弥补蓄电池在功率特性方面的不足。鉴于此，早在1994年美国

7、能源部就对商业化超级电容器的性能指标提出了具体要求：能量密度和功率密度要分别大于5Wh/Kg和1000W/Kg。1996年，为了满足电动汽车的要求，欧共体制定了电动汽车用超级电容器储能发展计划。日本的本田FCX燃料电池-超级电容器混合动力汽车是世界上最早实现商品化的燃料电池轿车，2002年该车在日本和美国的加州同时上市。俄罗斯的Eltran公司，美国的NASALevis研究中心也在超级电容器混合动力汽车应用方面取得了一定进展。在国内，国家“十五”规划863计划电动汽车重大专项也对电动车用超级电容器提出了功率密度要大