超级电容充电方法研究综述

超级电容充电 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究综述 超级电容充电方法综述 1课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 石油公司(SOHIO)生产了一种6V的以活性碳(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EL IT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、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NASA Levis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于1000W/Kg的标准和充放电寿命大于5万次的要求。2004年7月，首部“超级电容蓄能变频驱动式无轨电车”在上海投入试运行。由此看来，超级电容器储能单元的实用化在推动电动汽车的进一步产业化进程中起到了举足轻重的作用。 1.4超级电容存在问题及研究意义 超级电容的单体工作电压不高，大多在1V~4V之间，实际应用中常需要将若干单体电容器串联使用。串联时由于各单体电容器参数(如电容量、等效串联电阻ESR、漏电流等)存在差异，大电流充电过程中易造成各单体电容两端电压不均衡，导致部分电容过充，影响电容器的寿命及整体电路的可靠性。尽管超级电容器在应用初期这些参数的差异对电压均分影响较小，但在其使用的中后期，随着参数的离散性变大，对超级电容器电压均分的影响也会越来越大，最终导致超级电容器寿命的急剧短缩。可见，在串联超级电容器组充电过程中采取电压均衡策略是很有必要的。 2超级电容器的分类 超级电容器的种类较多，按不同的方式可以分为多种产品，按原理分可大致分为双电层型超级电容器，赝电容型超级电容器，混合型超级电容器。 双电层型超级电容器由高表面碳电极在水溶液电解质(如硫酸等)或有机电解质溶液中形成的双电层电容。双电层是在电极材料(包括其空隙中)与电解质 交界面两侧形成的，双电层电容量的大小取决于双电层上分离电荷的数量，因此电极材料和电解质对电容量的影响最大。一般都采用多孔高表面积碳作为双层电 2m容器电极材料，其比表面积可达1000,3000/g，比容量可达280F/g。 赝电容型超级电容器由电极表面上或者体相中的二维或准二维空间上发生活性材料的欠电位沉积，形成高度可逆的化学吸附或氧化还原反应产生和电极充电电位有关的电容，又称法拉第准电容;典型的赝电容器是由金属氧化物，如氧化钌构成的，其比电容高达760F/g。但由于氧化钌太贵，现已开始采用氧化钴、氧化镍和二氧化锰来取代; 混合型超级电容器由半个形成双层电容的碳电极与半个导电聚合物或其他无机化合物的表面反应或电极嵌入反应电极等构成。目前在水溶液电解质体系中，已有碳、氧化镍混合电容器产品，同时正在发展有机电解质体系的碳(锂离子嵌入反应碳材料)碳、二氧化锰等混合电容器。 此外按电解质类型可以分为水性电解质超级电容器和有机电解质超级电容器。按电容器采用的电极材料分类，又可分为碳基型、氧化物型和导电聚合物型超级电容器。 3超级电容器的特点 超级电容器作为一种新的储能元件，具有如下特点: (1) 超高电容量(0.1~50000F)，比同体积钽、铝电解电容器电容量的 2000~50000倍。 (2) 漏电流极小，具有电压记忆功能，电压保持时间长。 (3) 功率密度高，可以作为功率辅助器，供给大电流。 (4) 充放电效率高，具有超长自身寿命和循环寿命，即使几年不用仍可 保留原有的性能指标，充放电次数大于10万次。 (5) 对于过充放电有一定的承受能力，短时过电压不会产生严重影响， 能反复的稳定充电。 (6) 温度范围宽，-40?,70?，一般电池是-20?,，60?，且免维护， 环境友善。 4超级电容器的充电特性 4.1常用的充电储能方式 与电化学电源不同，超级电容在循环使用过程中老化影响非常小，同时超级电容充电储能没有记忆效应，这样超级电容器在理论上可以无限次的进行充放电;此外超级电容器储存的电荷及储存量可以通过检测电压值的方式来近似确定，判断充电储能过程是否结束非常方便。基于以上这些特点，超级电容器充电控制既可以借鉴蓄电池等电化学储能器件的充电储能方式，同时又由于其具有优越的大物理电容特性，对大脉动电流具有较好的吸收能力，能够简化充电控制要求，目前常用的超级电容器充电储能方式简介如下: 恒流充电 恒流充电的主要特点是具有较大的适应性，可以任意选择充电电流。对超级电容器进行恒流充电，可以看到超级电容器的端电压随时间按直线规律升高。由于超级电容器的充电电流选择范围较大，因此可结合不同应用需求以及超级电容器自身状态进行优化控制。 恒流充电的变型是分段恒流充电，即在充电初期设置较大的充电电流，而后及时根据监测到的端电压值来变更减少充电电流设定值，此方法也称为递减电流充电法。 浮充充电 类似于化学电源，超级电容在静止保持态时，以漏电流的形式自放电，特别是使用有机电解液的超级电容器的自放电效率要大一些。从电气应用角度可以认为，超级电容器的等效并联阻抗在静止时会消耗一部分电能，同时瞬间小REP 功率放电也会令超级电容损失一部分能量。因此，维持超级电容器备用存储能量的最佳方法就是给超级电容不断浮充充电，以备储存能量的减少。超级电容器见解液的挥发或分解速度随超级电容施加电压的上升而增加，同时，超级电容器的使用寿命也随工作电压的上升而减小，因此在超级电容器的浮充充电储能过程中要注意对电压的监测。 在浮充充电过程中，如果选择的浮充电压太低，就不能补偿超级电容器的自放电损耗，则会造成超级电容器的充电出能量不足，使超级电容器有效储能容量的不到充分利用。超级电容器浮充电压也不能过高，否则会过多的增加能量损耗或因严重过充电压超过超级电容器的额定电压而缩短其寿命。因此，对于超级电容器来说要保证高可靠性的浮充充电，浮充电压的选择是很重要的。 脉冲充电 由于超级电容器具有可以瞬间快速吸收功率的特性，能过平滑高峰脉冲功率，表现出对超级电容器的良好脉冲特性。目前，在超级电容器与蓄电池配合使用构成的混合储能单元应用中，就是利用超级电容器短时、高功率特性扩大混合储能单元的尖锋功率范围，延长蓄电池的使用寿命。当超级电容器作为电动汽车的辅助动力源时，在再生制动过程中，通常以脉冲充电的方式吸收回馈能量进行储能。 在实验室为了认识超级电容器的储能特性，也进行脉冲冲动实验，检测内部电荷在超级电容器中的分布，实测各种不同类型超级电容器的脉冲电荷吸收能力，以便进一步改善超级电容器的性能。 组合充电 为了充分利用超级电容器的储能特性，采用灵活的组合充电方式，在低压时采用大电流恒流充电，随着超级电容器端电压的升高改变为递减恒流充电或恒压限流等充电方式，直至超级电容器的最高额定电压。 蓄电池的一些充电控制方法，如恒功率充电方式、电压负增量控制方式、电压二次导数控制等方式在超级电容器的充电储能控制中也可以借鉴。 5总结 经过半个世纪的研究和探索，超级电容体系日益成熟。在面对我国实现可持续发展道路上亟待解决环境问题与能源问题大环境下，超级电容作为一种可开发的、绿色环保的、价格低廉的新型储能元件，将逐步取代当今对环境破坏巨大、 浪费资源的蓄电池，成为在汽车、航空、国防等领域的宠儿，发挥巨大的功用， 为科技创新、社会发展做出贡献。而对超级电容的充电方法的研究，能进一步促 进超级电容应用的广泛性，实用性。 参考文献 [1]李亚寅，曲炳蔚.新型储能装置-超级电化学电容器应用前景光明[J].中国电子商情:基 础电子,2005,12: 61-64. 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