超级电容直流储能系统方案.doc

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1、.第一章前言1.1课题背景1.1.1超级电容直流储能系统的发展概况由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），人们都在研究替代燃机的新型能源装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。而超级电容器以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国

2、（特别是西方发达国家）都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。其中美国、日本和俄罗斯等国家不仅在研发生产上走在前面，而且还建立了专门地国家管理（如：美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等），制定国家发展计划，由国家投入巨资和人力，积极推进。就超级电容器技术水平而言，目前俄罗斯走在世界前面，其产品已经进行商业化生产和应用，并被第17届国际电动车年会（EVS—17）评为最先进产品，日本、德国、英国、法国、澳大利亚等国家也在急起直追，目前各国推广应用超级电容器的领域已相当广泛。在我国推广使用超级电容器，能够减少石油消耗，减轻对石油进

3、口的依赖，有利于国家石油安全；有效地解决城市尾气污染和铅酸电池污染问题；有利于解决战车的低温启动问题。目前，国主要有10余家企业在进行超级电容器的研发。1.2超级电容在国外相关技术发展现状1.2.1国外超级电容的生产及发展状况目前,在超级电容产业化方面，美国、日本、俄罗斯处于领先地位，几乎占据了整个超级电容市场。这些国家的超级电容产品在功率、容量、价格等方面各有自己的特点与优势。1.2.2国超级电容的研究现状1.2.3超级电容的应用研究现状1.2.3.1超级电容做混合型电动机车的启动或加速用辅助电源目前，大部分燃机车、混合动力汽车、电动汽

4、车、车辆低温启动、轨道车辆能量回收、航天航空、电动叉车、起重机1.2.3.2超级电容是方便可靠的储能设备超级电容放电速度快、体积小、重量轻，可以为众多电子产品和存储器提供电源或后备电源，同时又可以提供大功率的脉冲电流，可以满足通讯设备对电源的要求。手电筒、直流屏储能系统、应急照明灯储能系统1.2.3.3超级电容在电力系统中的应用超级电容在电力系统中的应用主要有以下两个方面：(1)提高供电质量在电力变配电所系统中，变配电设备主要是由直流电源装置直流屏来提供直流电源的。(2)UPS系统和应急电源为了解决工厂车间因为停电而带来的经济损失，通常的

5、储能设备是用UPS系统。1.3.3.4超级电容在军用领域有重要用途卫星等空间飞行器的电源大多是:(1)调节飞行器配电系统的电压....电动飞行器配电系统直流线电压是270V，它是由一个400Hz的交流电整流得到的，美国军用标准规定电压波动围是250V－280V。(2)提供军用重型车的动力美国军方对超级电容用于重型卡车、装甲运兵车以及坦克很感兴趣[1]。(3)提供激光设备的电源激光探测器和激光武器需要大功率脉冲电源，超级电容1.3.4超级电容在应用中需要解决的问题(1)超级电容放电时端电压的衰减问题当超级电容作为直流电源输出给负载时，由于电

6、容的电荷减少，所以其电压也在下降。……(2)超级电容器串并联模组的体积优化组合单体超级电容的耐压比较小，在高压应用中需要许多电容的串联，但是多个电容串联的同时等效串联阻也要增大，所以……(3)超级电容串联均压和过压保护问题由于单体电容器的容量有差异，所以串联使用时电压分配不平衡。解决这个问题最简单的方法是……(4)与蓄电池组合使用的计算方法一般来说……超级电容实际电参数模型的建立第二章：超级电器2.1超级电容器原理：又叫双电层电容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)、电化学电容器(Electrochemcia

7、lCapacitor,EC),黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，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。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。　　超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反

8、的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的