超级电容器与蓄电池性能的比较分析
超级电容器研究综述
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一、超级电容器的发展与进步(一)概述在古代,人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦,引起表面贮存电荷的可能性。
然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。
140年后,人们开始对电有了分子原子级的了解。
早期的有关莱顿瓶的发现和研究,开启了电容器的序幕。
之后,电容器不断的发展起来,现如今,其发展起来的电化学超级电容器,已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面,成为当代社会不可缺少的一部分。
电能能够以两种截然不同的方式存贮:一种间接方式是作为潜在可用的化学能,存贮在电池里。
另一种直接的方式,则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。
超级电容器在存贮电荷时有着两种原理,一种是通过双电层原理,以非法第模式来存贮电能;而另一种则是法拉第模式,通过发生氧化还原反应来产生赝电容。
目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极,通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积,而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。
同时,二者在制作超级电容器的时候也可以并用,从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器,对称即指电容器的两极的材料相同,非对称则不同。
在电解质方面,超级电容器绝大多数均采用液体电解质,如水及其它有机溶剂。
超级电容器的电化学性能分析有很多方法,但通常都包括以下四种图:循环伏安曲线,恒流充放电曲线,交流阻抗谱,循环稳定性曲线。
通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏,具体判断方法之后会详细说明。
超级电容器有着非常高的功率密度,但是其能量密度却比较低,它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。
但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。
(二)超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器,是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件,它的出现填补了Ragone 图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。
智能电网中超级电容器的应用分析
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智能电网中超级电容器的应用分析摘要:随着二十一世纪社会经济发展速度的加快,人们对于生活质量的要求越来越高,这也就使得能源消耗速度有所提高,能源产业也面临着十分严峻的挑战,智能电网作为电网建设的重要组成部分,若将超级电容器应用在智能电网之中,那么不仅能够提高电力供应的质量,更能减少智能电网本身的缺陷,本文就智能电网中超级电容器的应用进行分析,并提出科学、合理的建议。
关键词:超级电容器:重要负荷:次要负荷前言:伴随21世纪的到来,世界资源和环境压强日益加大,人民对电能和生活的需求也愈来愈高,电力行业面对着史无前例的巨大挑战和机会。
智慧国家电网是一种比较现代化的输电和配电网络系统,它具有节省电能的优势,可以有效地满足人民的需求。
伴随智慧国家电网的建成,新能源技术革命将彻底改变我们人类社会的生活,它将利用国家电网信息技术和领先的通信技术手段将世界各地连接起来,为我们人类生活带来更加便捷的出行方式。
储能科技是智慧国家电网蓬勃发展的基石,超级电容器则是其中缺一不可的组成部分,它们将与智慧国家电网共同推动新能源技术的蓬勃发展,实现更高效、更安全的能源利用。
一、智能电网的主要特点智能电网的建立主要是为了有效地达到如下一些要求:分布式资源的合理使用、电源企业间的有序交易、供电智能化控制体系的建立、电力供应效率的提高、供电企业之间的良好相互作用、节省能源,并以节省能源为主要目的。
而今后的智能供电系统,其将主要由智能化输电网络和供电网络系统来组成,其运行模式将会越来越协调、安全,同时也将具备如下的一些优势:电力市场中问题供应的特征,最新通信方法的安全使用,享受安全的电力服务,促进检测并减少事故。
与先前的家庭电力和分销系统相比,智能电源系统主要是指最新数据和通信技术实现高度自动化和智能。
通过使用低碳和环境,相关技术可以减少功率消耗,并更有效地实现功耗领域的可持续发展需求。
智能电源系统开发的关键是控制电源系统,分布式电源和系统控制。
超级电容器与电池的比较
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超级电容器是一种通过极化电解质来储能的一种电化学元件,可作为一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源,且储能过程是可逆的,可以反复充放电数十万次。
其突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽,是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。
超级电容器、普通电容器及电池的比较对于超级电容的选择,功率要求、放电时间及系统电压变化起决定作用。
超级电容器的输出电压降由两部分组成,一部分是超级电容器释放能量;另一部分是由于超级电容器内阻引起。
两部分谁占主要取决于时间,在非常快的脉冲中,内阻部分占主要的,相反在长时间放电中,容性部分占主要。
在选择电容器大小时,需要考虑多方面的因素,其中最高工作电压、工作截止电压、平均放电电流、放电时间等是几个特别需要重点考虑的因素。
电压 Voltage超级电容器具有一个推荐的工作电压或者最佳工作电压,这个值是根据电容在最高设定温度下最长工作时间来确定的。
如果应用电压高于推荐电压,将缩短电容的寿命,如果过压比较长的时间,电容内部的电解液将会分解形成气体,当气体的压力逐渐增强时,电容的安全孔将会破裂或者冲破。
短时间的过压对电容而言是可以容忍的。
极性 Polarity超级电容器采用对称电极设计,也就说,他们具有类似的结构。
当电容首次装配时,每一个电极都可以被当成正极或者负极,一旦电容被第一次100%从满电时,电容就会变成有极性了,每一个超级电容器的外壳上都有一个负极的标志或者标识。
虽然它们可以被短路以使电压降低到零伏,但电极依然保留很少一部分的电荷,此时变换极性是不推荐的。
电容按照一个方向被充电的时间越长,它们的极性就变得越强,如果一个电容长时间按照一个方向充电后变换极性,那么电容的寿命将会被缩短。
温度 Ambient Temperature超级电容器的正常操作温度是-40 ℃~ 70℃,温度与电压的结合是影响超级电容器寿命的重要因素。
通常情况下,超级电容器是温度每升高10℃,电容的寿命就将降低30%~50%,也就说,在可能的情况下,尽可以的降低超级电容器的使用温度,以降低电容的衰减与内阻的升高,如果不可能降低使用温度,那么可以降低电压以抵清高温对电容的负面影响。
超级电容与电池比较
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超级电容与电池比较超级电容器背景超级电容器一直用于常规电容器和电池之间的专门市场,随着更多新应用的发现,这一专门市场也在不断增长。
在数据存储应用中,超级电容器正在取代电池,这类应用由于突然断接问题,需要中到大电流/ 短持续时间的备份电源和电池备份。
具体应用包括 3.3V 内存备份固态硬盘(SSD)、电池供电的便携式工业和医疗设备、工业警报器以及智能功率计。
与电池相比,超级电容器能提供更大的峰值功率,具有更小的外形尺寸,在更宽的工作温度范围内具有更长的充电周期寿命,还具有更低的等效串联电阻(ESR),可提供更高的功率密度。
与标准陶瓷、钽或电解质电容器相比,超级电容器以类似的外形尺寸和重量,提供更高的能量密度。
通过降低超级电容器的Top-Off 电压,并避开高温(>50°C),可以最大限度地延长超级电容器的寿命。
下表1 比较了超级电容器、电容器和电池的关键特点。
表1:超级电容器、电容器和电池的比较总结:超级电容器与电池的比较电池:高能量密度中等的功率密度温度较低时具很高的ESR超级电容器:中等的能量密度高的功率密度低ESR ──即使在低温情况(-20°C 与25°C相比,约增大 2 倍)超级电容器的限制:每节的最高电压限制为2.5V 或 2.75V在叠置应用中,必须补偿漏电流之差在高充电电压和高温时,寿命迅速缩短较早一代的两节超级电容器充电器设计是为用于从 3.3V、3xAA 或锂离子/ 聚合物电池以低电流充电。
然而,超级电容器技术的改进使市场得以扩大,因此出现了中到大电流应用机会,这类应用未必限定在消费类产品领域内。
主要应用包括固态硬盘和海量存储备份系统、工业用PDA 和手持式终端等便携式大电流电子设备、数据记录仪、仪表、医疗设备以及各种各样“濒临电源崩溃”的工业应用(例如安全设备和警报系统)。
其他消费类应用包括那些具大功率突发的应用,例如相机中的LED 闪光灯、PCMCIA 卡和GPRS / GSM 收发器、以及便携式设备中的硬盘驱动器(HDD)。
汽车电子技术《超级电容与蓄电池混合使用59》
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超级电容与蓄电池混合使用汽车在行驶过程中至少有30%的能量因热量散发和制动而消耗掉,特别是在城市行驶,经常遇到红灯,这样不仅造成能源浪费,而且增加环境污染。
如能把制动所消耗的能量回收起来用于汽车起动、加速,可谓一举两得。
国外有关研究说明,在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下,有效地回收制动能量,可使电动汽车的行驶距离延长10%~30%,因此,再生制动在混合动力电动汽车的能量回收中占有突出的地位,在其能量管理系统中,要求尽可能多地利用再生制动回馈的能量。
由于蓄电池充电是通过化学反响来完成的,所需时间较长,但制动时间较短,因而回收能量效果不佳。
正处于研究中的飞轮电池,由于精度要求高、制作难度大,短时间还难以进入实用阶段。
超级电容器是介于蓄电池和电容器之间的一种能量存储器,它具有优良的脉冲充放电性能和大容量储能性能。
蓄电池的缺乏混合动力电动车辅助动力蓄电池在加速或爬坡时要进行大电流放电;减速或下坡时要快速充电实现制动能量回收,要求蓄电池具有优良的高倍率快速充放电特性和使用寿命长且性能稳定。
而对蓄电池实行大电流充放电将使之寿命大大缩短。
同时由于混合动力电动车放置蓄电池的空间有限,布置非常紧凑,热量易积累,使得蓄电池暴露在高温环境中造成高温失效。
尽管针对混合动力汽车所使用的铅酸蓄电池作了许多改良,但是其在高温时性能恶化快,寿命短,充放电效率低已经成为混合动力电动车开展的难题之一。
超级电容器的优势与缺乏超级电容器也称电化学电容器,因其存储能量大,质量轻,可屡次充放电而成为一种新型的储能装置。
超级电容器有以下优势: 1 电容量大。
超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极, 与电解液接触的面积大大增加。
根据电容量的计算公式,两极板的外表积越大, 那么电容量越大。
因此,一般双电层电容器容量很容易超过1F,它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3~4个数量级。
目前单体超级电容器的最大电容量可到达5000F。
超级电容
![超级电容](https://img.taocdn.com/s3/m/53351ae3ba0d4a7302763aeb.png)
超级电容器(Supercapacitors,ultracapacitor),又名电化学电容器(Electrochemical Capacitors),双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容,是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。
它不同于传统的化学电源,是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源,主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。
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。
其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽,是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。
最大的杀手锏是可以瞬间吸收或释放极高的能量,充电时间仅需几分钟,而当前的锂电池电动汽车则需要几个小时。
超级电容相对致命的一个弱点就是能量密度很低。
所谓的能量密度就是指在一定的空间或质量物质中所储存能量的大小。
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。
折叠特点(1)充电速度快,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上;(2)循环使用寿命长,深度充放电循环使用次数可达1~50万次,没有“记忆效应”;(3)大电流放电能力超强,能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%;(4)功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍;(5)产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是理想的绿色环保电源;(6)充放电线路简单,无需充电电池那样的充电电路,安全系数高,长期使用免维护;(7)超低温特性好,温度范围宽-40℃~+70℃;(8)检测方便,剩余电量可直接读出;(9)容量范围通常0.1F--1000F 。
探究超级电容器蓄电池的混合电源性能
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探究超级电容器蓄电池的混合电源性能摘要:在超级电容器和蓄电池的使用中,如果将两者混合,就可以最大程度提高蓄电池的工作放电能力,提高混合电源的工作性能,以及超级电容器的工作年限,能够在维持正常运行的基础上降低工作消耗,在实际应用中具有重要意义。
本文通过对超级电容器蓄电池的应用进行分析,建立了相关数学模型,对影响超级电容器蓄电池的混合电源使用性能的条件进行分析。
经过分析发现,脉动负载周期、蓄电池工作电阻、超级电容器容量和超级电容器的工作特性都能够对混合电源消耗和使用年限产生影响。
关键词:超级电容器;蓄电池;混合电源引言:随着时代的进步,科技的发展,新型科学技术不断涌现,多种新型数字化设备、电动汽车和测量仪器被发明出来,人们对电源的要求也就随之提高。
这些设备要能够在脉动性负载电源下进行工作,实现在高峰值功率,以及低平均功率下工作的电源。
传统方法采用单独的蓄电池工作显然已经不能够满足这些设备的需求,并且使用年限较低,要满足高功率需求的蓄电池体积太大,显然不能够携带使用,所以目前迫切使用新型的超级电容器蓄电池的混合电源来满足类似设备工作的需要。
下面主要通过建立数学模型的方式对新型超级电容器蓄电池工作性能进行分析。
1.超级电容器蓄电池的混合电源搭配传统的设备工作中,蓄电池因为环境污染小、携带方便、具有强烈的可变性等优点而被人们接受。
但是现在多种数字化设备、电动汽车、测量仪等都需要在脉动负载式电源下进行工作,这种电源的特点就是负载会呈现谐波变化的趋势,但是其功率峰值很高,平均功率略低。
如果将蓄电池应用在此类设备中,由于其不支持快速充放电,容易被消耗造成使用年限缩短,并且具有不支持提供大功率电源等缺点。
而且要满足脉冲负载变化电源的需求,就需要大量蓄电池来支持设备的运行。
这样就会造成蓄电池的严重浪费,大大提高了生产成本,并且不方便平时工作携带。
所以急需要更换电源来供给该类设备的运行。
超级电容器具有以下优点:电容高,使用年限长,能够提供的发电功率高等。
超级电容器与电池的比较
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超级电容器与电池的比较超级电容器不同于电池,在某些应用领域,它可能优于电池。
有时将两者结合起来,将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来,不失为一种更好的途径。
超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位,且可以完全放出。
而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围,如果过放可能造成永久性破坏。
超级电容器的荷电状态(SOC)与电压构成简单的函数,而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。
超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量,电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。
在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中,超级电容器是一种更好的途径。
超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响,相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。
超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。
超级电容器可以反复循环数十万次,而电池寿命仅几百个循环。
如何选择超级电容器超级电容器的两个主要应用:高功率脉冲应用和瞬时功率保持。
高功率脉冲应用的特征:瞬时流向负载大电流;瞬时功率保持应用的特征:要求持续向负载提供功率,持续时间一般为几秒或几分钟。
瞬时功率保持的一个典型应用:断电时磁盘驱动头的复位。
不同的应用对超电容的参数要求也是不同的。
高功率脉冲应用是利用超电容较小的内阻(R),而瞬时功率保持是利用超电容大的静电容量(C)。
下面提供了两种公式和应用实例:C(F):超电容的标称容量;R(Ohms):超电容的标称内阻;ESR(Ohms):1KZ下等效***电阻;Uwork(V):在电路中的正常工作电压Umin(V):要求器件工作的最小电压;t(s):在电路中要求的保持时间或脉冲应用中的脉冲持续时间;Udrop(V):在放电或大电流脉冲结束时,总的电压降;I(A):负载电流;瞬时功率保持应用超电容容量的近似公式,该公式根据,保持所需能量=超电容减少能量。
保持期间所需能量=1/2I(Uwork+ Umin)t;超电容减少能量=1/2C(Uwork2 -Umin2),因而,可得其容量(忽略由IR引起的压降)C=(Uwork+ Umin)t/(Uwork2-Umin2)实例:假设磁带驱动的工作电压5V,安全工作电压3V。
超级电容与蓄电池的比较
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研究对象 2)功率密度大,短时大功率充放电能力强。
4)充放电循环次数可达50万次,长使用寿命,除非电流集电极被腐蚀。 蓄电池和超级电容的特性对比
铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、镍锌电池、锂电池。技术 超级电容与蓄电池的比较
4)充放电循环次数可达50万次,长使用寿命,除非电流集电极被腐蚀。 大倍率充放电对寿命影响较大
低,为蓄电池的1/10, 3-15 Wh/kg
发展到今天,以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池代表了当前 充电电流越大速度越快, 10秒内即能达到额定容量的95%。
3)物理能量转换,充放电时间短,效率高。 1)单体电压低,能量密度低。 相比蓄电池,在同样容量输出下,需要大量并串联,必然带来体积和重量的急剧增加。
超级电容与蓄电池的比较
超级电容与蓄电池的比较
1 超级电容与蓄电池的比较 在汽车、轨道车辆等方面应用较为广泛。
超级电容与蓄电池的比较
1)单体电压低,能量密度低。 超级电容与蓄电池的比较
一般充放电为1~5倍率, 最大放电可达10倍率。
充电电流越大速度越快, 10秒内即能达到额定容 量的95%。
一次充满电5-6小时
单体数秒
低 50-200 W/kg
低,为蓄电池的1/10, 3-15 Wh/kg
>95%
>95%
平均约为5000~10000次 大倍率充放电对寿命影响较大
>10万次
即使采用无害化学材料,仍然具有潜在污染 单体的大规模串并联 电池密封免维护
蓄电池与超级电容的对比分析
![蓄电池与超级电容的对比分析](https://img.taocdn.com/s3/m/3988dbc8360cba1aa911da12.png)
深圳市时代动力科技开发有限公司蓄电池与超级电容性能和应用分析目前,主要的储能装置有两大类,蓄电池和超级电容;一、概述蓄电池是较为传统的储能电池,按正极材料可分以下几类:铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、镍锌电池、锂电池。
技术发展到今天,以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池代表了当前最先进、能够大功率应用的动力蓄电池。
在汽车、轨道车辆等方面应用较为广泛。
超级电容又叫双电层电容器,是20世纪七八十年代发展起来的一种新型储能装置,结构上同普通电解电容非常相似,属于双电层电容器。
但由于采用活性炭多孔电极和电解质组成了双电层结构,加上极小的电极间隙,可以获得超大的容量,可达80000F。
目前正处于快速成长期。
它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
表1蓄电池和超级电容的特性对比深圳市时代动力科技开发有限公司二、工程应用的主要考量指标1、能量密度:单位重量所储存的总能量多少,与材料有关。
综合重量和能量密度,就可以判断其是否可以作为纯动力源。
2、功率密度:单位重量在放电时可以以何种速率进行能量输出,表征其放电输出特性。
功率密度高,瞬态释放能量高,在高功率输出的时候特别有用。
3、循环次数:充放电次数,决定了使用寿命和维护成本。
4、重量体积:决定了其安装和移动性。
图1能量密度和功率密度Ragone图,*参考:汽油的能量密度约为123Wh/kg 由图可知,超级电容的能量密度低,可以进行短时短线供能,若通过多个超级电容串并联,可以提高总能量,但会同时带来重量、体积的增加。
超级电容功率密度很高,可以提供瞬时高峰能量吸收和输出,特别适合车辆的起动和制动。
蓄电池循环寿命比超级电容低很多,但是在能量密度上具有非常好的优势,特别适用于有限空间的应用,如轨道车辆。
深圳市时代动力科技开发有限公司三、工程应用的优缺分析1、蓄电池优点在于:1)单体电压高、能量密度高,适当的重量和体积能带来较大的能量输出。
2)在额定充放电倍率,使用次数和循环寿命较长。
超级电容器对柴油发电机启动的辅助作用
![超级电容器对柴油发电机启动的辅助作用](https://img.taocdn.com/s3/m/f1e81d6cac02de80d4d8d15abe23482fb4da028e.png)
超级电容器对柴油发电机启动的辅助作用摘要:柴油发电机在现代生产和生活中担当着非常重要的角色,其主要用途是为工业和农业生产提供电力,同时也可以作为备用电源。
在柴油发电机的运行过程中,启动是一个非常关键的环节。
传统的启动方式是使用蓄电池,但是蓄电池在低温和高温环境下的启动效果都会受到影响,同时也无法满足频繁启动的需求。
为了解决这些问题,超级电容器被引入到柴油发电机的启动中,以提供辅助启动作用。
关键词:超级电容器;柴油发电机引言:柴油发电机作为一种常见的发电设备,其启动过程对于其正常运行至关重要。
传统的柴油发电机启动方式主要依靠蓄电池来提供起动电流。
然而,在低温环境下,蓄电池的电能输出能力会明显下降,导致发电机启动困难;而在高温环境下,蓄电池的寿命也会受到影响。
因此,如何提高柴油发电机的启动效率和可靠性成为了一个重要问题,超级电容器作为一种新型的电能储存设备,具有容量大、充放电速度快、寿命长等优点。
本文将探讨超级电容器在柴油发电机启动中的辅助作用,以期为柴油发电机的启动提供新的思路和解决方案。
一、超级电容器的基本原理超级电容器是一种高能量密度电子元件,它具有高速充电和放电的能力。
与传统电容器相比,超级电容器具有更高的电容量和更低的内阻,因此具有更高的电能存储和释放能力。
在现代电子领域中,超级电容器已经被广泛应用于多种领域,包括电动车、太阳能系统、电网储能系统和智能电网等。
超级电容器的基本原理可以简单地描述为:通过将两个电极分别浸入电解质中,形成一个电容器。
当电极上施加电压时,电荷会被吸附到电极表面,从而形成一个电场。
在电场的作用下,电子将移动到对立电极上,从而形成电流流动。
当电场消失时,电荷将离开电极,并返回电解质中[1]。
超级电容器的电容量主要取决于电极的表面积和电解质的介电常数。
在实际应用中,为了增加电容量,通常会使用多个电极,以形成叠层电容器。
这些电极通常是由高表面积的多孔材料制成,例如活性炭和氧化铁。
探究超级电容器蓄电池的混合电源性能
![探究超级电容器蓄电池的混合电源性能](https://img.taocdn.com/s3/m/634ff4df5fbfc77da269b1bc.png)
探究超级电容器蓄电池的混合电源性能【摘要】超级电容器与蓄电池的混合使用,不仅可以充分发挥蓄电池能量大和超级电容器循环寿命长、充发放电快速的优点,而且可以显著降低电源内部的消耗,提高了电池的使用寿命,大大提升了混合电源的性能。
本文通过建立超级电容器蓄电池混合电源的数学模型,定量地分析了影响混合电源性能的因素以及对性能方面的改善措施。
分析结果表明,脉动负载的周期、蓄电池的内阻、超级电容器的内阻、脉动负载的所占比以及超级电容器的容量和超级电容器的并联支路数都是影响超级电容器蓄电池混合电源的内部消耗和使用寿命的原因。
【关键词】超级电容器;蓄电池;混合电源1引言随着科技的高速发展,各种数字移动设备、便携式电子仪器越来越多,随之而来的是对电源的性能提出了越来越高的要求,蓄电池由于具有技术成熟、性能可靠的特点被社会广泛应用,普遍看来这些电子设备的负载都具有脉动性的特点,峰值功率很高但平均功率较低。
但由于蓄电池功率密度小、无法快速充放电且循环寿命短,因此蓄电池必须要有很大的容量才能够满足峰值功率的需求,这样就造成了蓄电池容量的浪费和造成电池体积过于庞大带来的诸多不便。
超级电容器是储能器件在功率与能量上的结合,具有功率高、循环寿命长、比能量高、充放电效率高等优点。
如果将超级电容器与蓄电池混合使用,无疑会使电能储能装置的性能得到大大提高。
一些参考文献中指出,将超级电容器与蓄电池并联使用,可以使混合电源的负载适应能力尤其对大功率脉动的负载有较大的提高,一方面可以有效降低蓄电池的内部消耗、增加使用寿命,另一方面还可以减小电源的体积,改善了其经济性和可靠性。
本文通过建立超级电容器蓄电池混合电源的数学模型,分析了超级电容器对蓄电池峰值功率改善的作用及影响因素,并通过构建实验进行验证。
2 模型分析超级电容器蓄电池混合电源是将超级电容器和蓄电池并联起来作为脉动负载的电源。
研究者为了使分析过程简化,可以将蓄电池的模型简化为理想电压源与等效串联内阻的串联结构。
蓄电池与超级电容性能和应用分析
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蓄电池与超级电容性能和应用分析电气研发部郑磊2012-7-20目前,主要的储能装置有两大类,蓄电池和超级电容;一、概述蓄电池是较为传统的储能电池,按正极材料可分以下几类:铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、镍锌电池、锂电池。
技术发展到今天,以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池代表了当前最先进、能够大功率应用的动力蓄电池。
在汽车、轨道车辆等方面应用较为广泛。
超级电容又叫双电层电容器,是20世纪七八十年代发展起来的一种新型储能装置,结构上同普通电解电容非常相似,属于双电层电容器。
但由于采用活性炭多孔电极和电解质组成了双电层结构,加上极小的电极间隙,可以获得超大的容量,可达80000F。
目前正处于快速成长期。
它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
表1:蓄电池和超级电容的特性对比二、工程应用的主要考量指标1、能量密度:单位重量所储存的总能量多少,与材料有关。
综合重量和能量密度,就可以判断其是否可以作为纯动力源。
2、功率密度:单位重量在放电时可以以何种速率进行能量输出,表征其放电输出特性。
功率密度高,瞬态释放能量高,在高功率输出的时候特别有用。
3、循环次数:充放电次数,决定了使用寿命和维护成本。
4、重量体积:决定了其安装和移动性。
图1 能量密度和功率密度Ragone图,* 参考:汽油的能量密度约为123Wh/kg由图可知,超级电容的能量密度低,可以进行短时短线供能,若通过多个超级电容串并联,可以提高总能量,但会同时带来重量、体积的增加。
超级电容功率密度很高,可以提供瞬时高峰能量吸收和输出,特别适合车辆的起动和制动。
蓄电池循环寿命比超级电容低很多,但是在能量密度上具有非常好的优势,特别适用于有限空间的应用,如轨道车辆。
表2 关键工程指标对比磷酸铁锂锂离子电池双层结构的超级电容能量密度高低功率密度适中高循环次数适中高重量体积适中大三、工程应用的优缺分析1、蓄电池优点在于:1)单体电压高、能量密度高,适当的重量和体积能带来较大的能量输出。
超级电容器与蓄电池混合储能系统在微网中的应用
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超级电容器与蓄电池混合储能系统在微网中的应用一、本文概述随着可再生能源的快速发展和微电网的广泛应用,储能系统在确保能源供应的稳定性、提高能源利用效率以及减少环境污染等方面扮演着日益重要的角色。
超级电容器与蓄电池混合储能系统作为一种新兴的储能技术,其独特的性能和优势在微网领域引起了广泛关注。
本文旨在探讨超级电容器与蓄电池混合储能系统在微网中的应用,分析其工作原理、特性、设计优化以及实际应用案例,以期为微网储能技术的发展提供参考和借鉴。
本文首先介绍了超级电容器与蓄电池的基本工作原理和性能特点,包括它们的储能机制、充放电速度、能量密度和功率密度等。
随后,本文详细阐述了超级电容器与蓄电池混合储能系统的构成和工作原理,包括两者之间的协同作用、能量管理策略以及控制技术等。
在此基础上,本文进一步探讨了混合储能系统在微网中的应用场景和优势,包括平滑可再生能源出力、提高电能质量、优化能源调度等。
为了深入理解混合储能系统的设计和优化问题,本文还对其容量配置、参数选择以及经济性评估等方面进行了详细分析。
通过案例分析和模拟仿真,本文评估了混合储能系统在微网中的实际运行效果,验证了其在提升微网性能和经济性方面的有效性。
本文总结了超级电容器与蓄电池混合储能系统在微网中的应用现状和发展趋势,指出了未来研究的方向和挑战,以期为推动微网储能技术的发展提供有益的参考。
二、超级电容器与蓄电池储能技术概述随着能源危机和环境问题的日益突出,储能技术的发展受到了广泛关注。
其中,超级电容器和蓄电池是两种常见的储能技术,它们各有特点,并在微网系统中发挥着重要作用。
超级电容器,作为一种新型的储能器件,具有极高的功率密度和快速的充放电能力。
其储能原理主要是通过电极表面的物理吸附和脱附过程来实现电荷的存储,因此,超级电容器可以在极短的时间内完成大量的电荷转移,满足高功率输出的需求。
超级电容器的循环寿命长,维护成本低,对环境的影响也较小。
蓄电池则是一种化学储能设备,其储能原理是通过化学反应将电能转化为化学能储存起来,并在需要时通过逆反应将化学能转化回电能。
超级电容器(资料汇总)
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超级电容1.1 概述 (2)1.1.1 超级电容器的原理与结构及分类....... .. (2)1.1.2 超级电容器的特性.............. .. (4)1.1.3 超级电容器应用领域.... . (6)1.2 超级电容器市场状况 (7)1.2.1 概况 (8)1.2.2 竞争情况.. (11)1.2.3 下游市场...... . (12)1.3 超级电容器技术现状研究 (16)1.3.1 正极材料..... .. (17)1.3.2 负极材料 (18)1.3.3 有机电解液... (18)1.4 主要企业... (18)1.5 主要科研机构与科学家 (20)超级电容器作为一种新型的储能器件以其大容量、高功率密度、强充放电能力、长循环寿命、使用温度范围宽、无污染等许多显著优势在很多领域有着极为广阔的应用前景。
本文从详实的数据入手将超级电容器行业市场与技术现状综合起来,进行了全面深入的研究并对其发展作出了科学的预测。
同时,本文还基于当前国内的实情对产业技术中存在的漏洞提出了较好的解决方案,对技术的改进及产业的优化给出了合理的建议,并预见性的提出将锂离子电池技术与超级电容器技术结合起来研究推广的新思路。
本文不仅对国内从事电池能源业的中小型企业进军超级电容器领域,改进超级电容器生产技术,把握超级电容器市场动向有着较强的指导作用,对国家规范和优化超级电容器行业市场也有借鉴意义。
1.1 概述超级电容器又称电化学电容器,超大容量电容器,超电容器等。
迄今为止,没有规范的命名。
依据其储能机理不同,超级电容器又可分为以炭材料为主要电极材料的双电层电容器和以金属氧化物或导电聚合物为主要电极材料的准电容电容器。
1.1.1 超级电容器的原理(1)双电层电容工作原理双电层理论在19世纪末由Helmhotz等提出,后经Gouy,Chapman,Stern以及其他研究者逐步完善,已经形成较完善的理论。
其原理如图所示,将固体电极浸在电解液中,当施加低于溶液的分解电压的外加电场作用下,在电极与电解液接触的界面,由于库仑力、分子间力或者原子间力的作用,电荷会重新分布、排列。
超级电容器MicrosoftWord文档
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超级电容的容量比通常的电容器大得多。
由于其容量很大,对外表现和电池相同,因此也有称作“电容电池”。
超级电容属于双电层电容器,它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
超级电容器原理电化学双层电容器(EDLC)因超级电容器被我们所熟知。
超级电容器利用静电极化电解溶液的方式储存能量。
虽然它是一个电化学器件,但它的能量储存机制却一点也不涉及化学反应。
这个机制是高度可逆的,它允许超级电容器充电放电达十万甚至数百万次。
超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。
对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子,而负面板电势吸引正离子。
这有效地创建了两个电荷储层,在正极板分离出一层,并在负极板分离出另外一层。
传统的电解电容器存储区域来自平面,导电材料薄板。
高电容是通过大量的材料折叠。
可能通过进一步增加其表面纹理,进一步增加它的表面积。
过去传统的电容器用介质分离电极,这些介质多数为:塑料,纸或薄膜陶瓷。
电介质越薄,在空间受限的区域越可以获得更多的区域。
可以实现对介质厚度的表面面积限制的定义。
超级电容器的面积来自一个多孔的碳基电极材料。
这种材料的多孔结构,允许其面积接近2000平方米每克,远远大于通过使用塑料或薄膜陶瓷。
超级电容器的充电距离取决于电解液中被吸引到电极的带电离子的大小。
这个距离(小于10埃)远远小于通过使用常规电介质材料的距离。
巨大的表面面积的组合和极小的充电距离使超级电容器相对传统的电容器具有极大的优越性。
超级电容器内部结构超级电容器结构上的具体细节依赖于对超级电容器的应用和使用。
由于制造商或特定的应用需求,这些材料可能略有不同。
所有超级电容器的共性是,他们都包含一个正极,一个负极,及这两个电极之间的隔膜,电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个的孔隙。
图1. 超级电容器结构超级电容器的部件从产品到产品可以有所不同。
蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略
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蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略一、概述在当今能源结构转型和电力系统智能化的大背景下,混合储能技术因其独特的优势引起了广泛的关注和研究。
蓄电池与超级电容器(Supercapacitor)构成的混合储能系统作为一种高效、灵活的能量存储解决方案,具有显著的应用潜力。
该系统结合了蓄电池的大能量密度特性和超级电容器的高功率密度及长寿命优势,在满足不同应用场景下对能量和功率需求方面展现出了卓越的性能。
蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略是决定其整体效能和使用寿命的关键因素。
合理的控制策略能够实现两种储能元件之间的优化协调工作,包括动态负荷分配、荷电状态管理、以及在充放电过程中的互补利用等。
通过精心设计的控制算法,能够在确保系统稳定运行的同时,最大程度地提升系统效率,延长整个储能系统的循环寿命,并有效应对电网波动、可再生能源出力不稳等问题,从而更好地服务于智能电网、新能源汽车、轨道交通等多个领域。
本章将重点介绍和探讨适用于蓄电池与超级电容混合储能系统的各类控制策略及其关键技术要点。
背景介绍:阐述混合储能系统在现代电力系统中的应用背景及其重要性。
在现代电力系统中,随着可再生能源的大规模并网以及负荷需求多样性和复杂性的增加,对电力系统的灵活性和稳定性提出了更高的要求。
蓄电池与超级电容混合储能系统作为一种新型高效的储能技术方案,逐渐成为解决这一挑战的关键手段之一。
混合储能系统结合了蓄电池和超级电容各自的优点,实现了优势互补:蓄电池具有较高的能量密度,适用于长时间的能量存储与稳定供电而超级电容则具备超高的功率密度及长寿命循环特性,尤其适合短时大功率充放电以及频率调节等应用场景。
在实际电力系统运行中,混合储能系统能够有效平抑可再生能源发电的波动性,提高电网的调峰填谷能力,增强电力系统的瞬态稳定性,并且可以作为备用电源保障关键负荷的不间断供电。
混合储能系统还可以参与电网辅助服务市场,如无功补偿、黑启动等,进一步提升电力系统的可靠性和经济性。
超级电容与电池的关系
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超级电容与电池的区别超级电容和电池,都是荷电装置,从结构,特性上有着巨大的差别1、荷电原理超级电容:物理荷电电池:化学荷电2、单位超级电容容量单位:法拉(F)C=Q/U电池容量单位:安时(Ah)C=I*t3、以1000法拉的超级电容,充电到5.5V,荷电量如下:Q=C*U=1000*5.5=5500(库伦)如果以10A充电,所需要的时间(注:1A相当于1秒钟流过1库伦的电荷)T=Q/I=5500/10=550(秒)通过以上分析,对1000法拉的超级电容充电,从0V冲到5.5V,需要550秒再转化成电池的容量:C=I*T=10*(550/3600)=1.528(Ah)4、以做功来和电池对比4.1 超级电容从0V到5.5V充电时,其电压上升曲线为:W=U*I*t=(5.5/2)*10*(550/3600)=4.2(Wh)4.2 假如对5.5V的电池充电(当然没有5.5V的电池,我们只是找出和超级电容的关系),因为电池的充电电压上升曲线不是从0V开始,并且上升非常缓慢,见下图:因为电压曲线上升非常缓慢,就以5.5V计算W=U*I*t=5.5*10*(550/3600)=8.4(Wh)5、充电时的动态响应5.1 超级电容从0V充电到5.5V需要550秒其每秒钟的电压上升量为5.5/550=0.01V,即10mV5.2 电池充电,在这550秒钟内,电压上升一般远小于1V,以0.55V计算其每秒钟的电压上升量为0.55/550=0.001V,即1mV以上事例是以10A充电,如果以100A充电,每秒钟的电压变化时0.1V所以对超级电容充电,超级电容的动态响应较快,所以对设备的动态响应速度也有了更高的要求。
所以我们的设备在对超级电容充电时,会出现调整速度过慢,误差较大的现象。
6、内阻的变化。