超级电容-电池能量存储

超级电容-电池混合动力汽车能量存储系统

第四章超级电容-电池混合动力能量存储系统现状

在本系统中，电池具有高的能量密度和低的功率密度。而超级电容具有高的功率密度和低的能量密度。在前面的研究中，将电池与超级电容并联，如图4.1所示。由于超级电容具有较低的电阻，所以大部分电流从超级电容流过，而只有一少部分电流流过电池，这在某种程度上延长了电池的寿命。

图4.1电池与超级电容并联等效电路

V o：输出电压V B：电池电压I o：输出电流

I o=50A U C=90F R C+R OV=0.054 R ESR=0.01 V B= V UC=24V

如果图4.1的参数确定，我们可以根据电路的方程来预测负载的情况。图4.2为图4.1电路电流为常数时的仿真结果。

图4.2 超级电容-电池混合放电电流波形仿真

从t0到t1超级电容的电流如图4.2(b)所示。当电池电流缓慢上升

时，超级电容为电池提供了大部分能量。从t1到t2，电池为超级电容充电，这是由于电容等效电阻R ESR和R OV与R C之和不相等。在图4.1中我们可以看到V RUC+V UC=V RB+V B，但是V RUC≠V RB且V UC≠V B。因此，在t1时刻I总=0，由于V UC＞V B，电流从超级电容流向电池。

如果我们假设电池电压、输出电压、电阻和电容都是常数，可以得到闭合解。

从t0到t1，假设超级电容为电池完全充电，

从t1到t2，i UC变为

此时，，T p= t1-t0为电流脉冲宽度。在图4.2(d)中我们可以注意到在没加脉冲之前超级电容的电压为V UC0，在加脉冲之后它的电压变为V UC1。由于电池为超级电容充电，所以它的电压会立刻增加，它会继续增加直到V UC=V RB。当超级电容充电时，它的电流变化方向与t1时刻的相反。

第五章 超级电容-电池能量存储系统方案的提出

在图5.1中超级电容的电压比电池的电压高，我们可以 通过增加超级电容的存储能量保护电池，减少电池负极的硫化现象，使电池100%充电。电路中开关S的作用是：当电池

充电时绕过二极管，即开关S闭合，也就是说由于充电电流被二极管锁住，所以超级电容可以吸收所有制动刹车的能量。在超级电容的电压降到与电池电压相等之前，它提供了所有加速脉冲。这两个电路的不同之处在于二极管在电路中的位置不同，但这并不影响电路所起的作用。图5-1(a)的优点是：电池对于负载来说可作为电源使用，因为它的负极接地。图5-1(b)的优点是二极管的散热装置接地，而且如果使用半导体开关，控制开关S非常简单。当超级电容充满电时，此结构在不需要电池能量情况下，可为负载提供短时功率。如果脉冲长度T

> T pc，在T pc之后的时间里，由电池为系统提供能量。

p

如果二极管的电压为常数，系统的波形与图4.1的波形相同。作为可选择开关S，在电池充电时可以把它去掉，这种充电方法会在第六章中介绍。

图5.1 电池-超级电容混合能量存储系统的模型

正如前面提到的在t> T pc时，系统的工作情况与图4.1相同，只不过是在电池电压V B中要减去二极管的电压V D。在t< T pc时，超级电容的电流方程为

在汽车加速时，假设负载功率脉冲为常数，因此输出功率P o= v o(t )? i

(t ) = 常数。把(4.5b)式和(由图4.1可得)代入UC

(4.6)式，得

将上式左右两端除以i UC(t)，得

再为i UC(t)求导，整理得：

式(4.7)不是闭合式，所以它的解是循环的。由式(4.5a)我们可以得到

如果设dt=△t，k为循环系数，

则

由式(4.6)得P o=v o i UC(t)，将代入得

将上式整理得

将式(4.8)代入整理得

上式的解为

由式(4.8)(4.9)我们可以模拟仿真电路的运行。

电路5.1(a)的仿真如图5.2所示。在0-9秒钟，系统的输出功率为10KW。电池只有在t> pc时才提供能量。超级电容为整个系统提供大部分能量。图5.2是仿真汽车加速的功率。

图5.2 功率脉冲仿真

从图5.2中我们可以看出在汽车加速过程中，超级电容提供了大部分能量。与单独使用电池的系统相比，超级电容加电池的系统并没有节约能量，它们与由电池单独供电的系统提供的能量相同。但是，本系统可以增加电池的寿命。由于超级电容的额定寿命要比汽车的寿命长，例如10年或是更长，所以能量存储系统的寿命是由电池决定的。本系统可以大大改善电池的寿命，这是因为流过电池的电流脉冲的数

量和大小都比由电池单独供电的小。

我们所关心的另一个重要方面是电池的尺寸。传统的系统需要电池电压高，存储能量大。例如需要3个12V，40AH的电池串联，系统理论电压为36V。而我们所提出的系统可以使用1个36V的超级电容与2个12V，15AH的电池就可以完成这个任务。超级电容的尺寸与重量与12V，40AH的电池相同。

本电路的另外一个特点是由于二极管的作用，制动刹车所产生的负的电流脉冲可以为超级电容充电。因此在制动刹车时，不再需要增加电池的数量。

第六章系统电池充电方法

图5.1中电池充电时，开关S要闭合，即电流绕过二极管D流向电池。这个过程实现的基本方法有两种：第一种方法电路如图6.1所示，开关与二极管D并联。第二种方法提供了与电池并联的一个独立的充电路径。第一种方法开关的结构非常简单，即一个机械的开关或是一个半导体开关。

图6.1 电池充电的第一种方法

开关与二极管并联电路的结构非常简单，但是存在许多缺点。其中，最主要的问题是在充电时，超级电容必须与电池的电压相同。因此，在开关闭合之前，超级电容的电压必须下降到与电池电压相同。为了降低成本，将开关电路设计成只能承受电池的充电电流，而这个

电流要比加速和制动刹车电流小得多。使用一个价格较便宜的自动继电器就能够完成这个功能。可是这种方法在充电过程中不能保护电池。并且在汽车制动刹车时不能给电池充电。

本系统还有一个充电结构，在图6.1中没有画出来，就是完成超级电容放电功能的继电器。当汽车速度为零时，超级电容不能放电，也不能为电池充电。因此，与电阻串联的第二个继电器需要将电压降到与超级电容的电压相同，这个电路结构与第一个继电器是并联的。

图6.2 电池充电的第二种方法

第二种充电方法如图6.2所示，它是由两种不同连接方法的Buck 转换器组成的。这两个电路与图5.1的电路不同，也就是说二极管D1的位置不同，这影响了充电器结构。在图(a)中，充电器通过调节脉冲宽度工作，它的工作频率为10万赫兹。当Q1导通时，电流流过Q1，L 和B。当Q1截止时，存储在L中的能量释放给B和Q2。

在(b)中，当Q1导通时，电流流过B，L和Q1。当Q1截止时，存储在L中的能量释放给B和Q2。这两种方法的优点是超级电容不必为电池充电而放电。因此，在充电过程中超级电容可以保护电池，并且在制动刹车时电池也能充电。但是这种方法需要足够的空间，而且它的价格要比第一种方法高。

这两种充电方法都是可行的，但是系统要采用哪种充电方法取决

于许多影响因素，这两种方法各有优缺点。

方法1：

+硬件结构简单，价格便宜，体积小

-控制策略复杂

-超级电容为给电池充电必须放电

-在充电过程中没有保护电池

-在制动刹车时电池不能充电

方法2：

-硬件系统大且价格昂贵

+控制策略相对简单

-为了给电池充电，超级电容的电压必须大于电池电压

+在充电过程中，电池受到保护

+在制动刹车时电池能充电

表面上看，方法2的优点多，但是这没有考虑到混合能量控制策略，这个问题会在下一章中介绍。下面几个观点对分析这个问题很有帮助。

当内燃机操作在有效区域，可以很好地为电池充电。在方法1中，在超级电容为电池充电之前，超级电容需要放电到v uc=v b。而超级电容的能量是用于给汽车加速的，所以在内燃机工作时，超级电容已经放电。在内燃机进入有效工作区域后，电池充电。因此，这种方法的优点比较多。方法1仍然会有一些缺点，但不是很多。

在方法1中，汽车在制动刹车时电池不能被充电。但是在这种模

式下，考虑到汽车整个行驶时间，这段时间很短可以忽略不计。在汽车循环行驶中，制动刹车占整个行驶里程的大部分，但是平均的制动刹车只占循环驾驶的一小部分。

由于与纯电动汽车相比，混合动力汽车的电池使用频率低，所以电池不需要总被充电。因此，这两种充电方法和充电控制策略可以等电池需要充电时再为它充电。例如：第一种方法可以等超级电容放电之后再为电池充电，除非电池急需要充电。类似的，第二种方法等超级电容的电压略高于电池的电压时为电池充电。

第七章系统工作特性研究方法

能量存储系统的设计需要足够的实验。许多汽车工厂为了做测试实验使用汽车负载模拟器，例如ABC-150功率数据处理系统。它可以对汽车行驶的路况，如市区或高速公路进行编程来计算系统存储的能量。汽车负载模拟器通过使用脚本文件进行编程，脚本文件通常是由许多负载或能量脉冲组成的。ABC-150功率处理系统本身不能实现复杂的动态车辆建模，但是它能提供BytePipe的数据连接，BytePipe能使汽车负载模拟器操作界面用于其它装置。通过BytePipe在汽车负载模拟器上加入微处理器，可将汽车的动力模型合并。

实验测试系统如图7.1所示，它的核心是主控制器，其作用是作为主控制系统。它可以通过电流充电算法来实现控制继电器的充放电功能。主控制器通过使用动态方程仿真车辆，驱动电位计上显示了仿真汽车加速和刹车的结果，并且提供了许多不同的变量来计算汽车负载模拟器所需的电流。

图7.1 系统的研究方案

汽车速度是主控制器中的一个变量，主控制器通过CAN总线将模拟车速、能量存储系统中的超级电容和电池的电压传送给从控制器，并将其显示在显示器上。主控制器也通过BytePipe将能量存储系统所需的电流传递给ABC-150远程操作站。

从控制器的主要功能是将主控制器传递的信息在PC显示器上显示出来。在图7.1中我们可以看到通过两个电流传感器从控制器可以得到超级电容和电池的工作电流。从控制器也可以接收由CAN总线上主控制器传递的数据。其中包括车速和能量存储系统所需的电压。车速、能量存储系统的电流和电压也可以通过图中的连接在PC显示器上显示出来。

正如前面所讨论的，主控制器将能量存储系统所需的电流传递给远程操作站。远程操作站运行脚本文件，它可以监控BytePipe界面，对ABC-150每次设置的新命令中得到系统所需的电流并对其作出反

应。

图7.1中的两个可变电阻代表加速和刹车的模型。电位计提供了电压信号，它可以作为驱动器对模拟器输入信号。测试工程师根据这些输入的信号驱动汽车，并且可以显示汽车实时的速度和电流。在图7.1中还有两个开关，它们分别是数据记录和记录重放开关(可能翻译的不是很准确)。这个功能允许使用者记录汽车行驶的路线并且可以将行驶路线重现。这两个开关有3个可操作模式：正常行驶、记录数据和数据重放。

7.1 汽车仿真

在主控制器中使用算法来仿真汽车。仿真以动态汽车方程为基础，还包括描述汽车特征的常数。传统描述汽车的方程如下：

式中：AR：正面面积(平方英尺) CD：阻力系数

CRO：滚动阻力系数GA：半径的坡度角

RHO：空气密度(英镑/立方英尺) RW：滚动半径(单位英寸)

WV：风速(英里/小时) W：车重量(英镑)

GR：传动比DA：气动阻力(英镑)

F：受力(英镑) TQ：电机扭矩(英尺磅)

V：汽车速度(英里/小时)

式(7.4)为汽车总的受力公式：

如果不考虑风速，速度单位为米/秒，重量单位为千克，力的单位为牛顿，不考虑风速，WV=0，将(7.2)，(7.3)式代入到方程(7.4)中可得：

整理得：(这两个公式没有推出来)

如果

则

F Total是由模拟加速和刹车的模型决定的，它的值为负值时代表刹车，正值代表加速。由式(7.7)解得未知速度的变化量为

由于方程(7.8)的解不是闭合式，所以我们用迭代法求解。我们采用改进的欧拉公式法二次估计的解作为方程的解，这种方法可以概括如下：

第1步：从式(7.8)中解出dv/dt，是V的前一个解，如果是第1次迭代，那么v是初始速度。

第2步：解，这里，是两次迭代的时间。

第3步：从式(7.8)中解出dv/dt，这里

第4步：解

其中，是下次迭代的速度解，或是在时的速度。做完第4步后，返回到第1步，开始下次迭代。

为了求F Total，我们需要为汽车选择一个最大速度Vmax，在汽车没加速时，解出在V=Vmax时的F Total，即在式7.7中令V=Vmax，。

所以

(7.9)式解出的是汽车所需最大的力，刹车力应该在

范围，加速力应该在范围。汽车所需的力可通过式(7.10)计算。

7.2 混合动力汽车控制策略

控制策略的描述分为两部分：内燃机和电动机。混合动力汽车的控制策略由许多方法，本文所实施的控制策略与参考文献【35】类似。这种控制策略包括5种操作模式：电动机、内燃机、辅助电源(电动机与内燃机混合)、再充电和制动刹车。再充电模式和内燃机模式可以同时发生。

汽车采用哪种工作模式要遵循下面3个规则：

规则1：功率分流原则

功率分流原则是决定由哪个原动机为汽车供电。首先让电动机或内燃机模式单独为汽车提供动力，在汽车速度或转矩低于某个值时，电动机可以作为独立电源有效地驱动发动机工作。一旦汽车跨过

Pe-on线(如图7.2所示)，由内燃机为汽车供电。其次，汽车由内燃机单独供电或是采用辅助电源供电模式。当速度或转矩高于某个值时，内燃机不再能为发动机有效地供电，需要辅助电源为汽车提供动力。

图7.2 内燃机效率和功率分配原则图

规则2：再充电规则

正常地，混合动力车行驶时电池的剩余余量范围为55%-80%。但是为了减少电池的硫酸铅沉淀，我们希望电池的SOC为100%。因此，我们分为两种再充电规则：无损害再充电和有损害再充电规则。

无损害再充电规则：

如果汽车只由内燃机供电，电池电压低于无损害再充电电池电压的极限(每两个电池电压设置为12V)。如果超级电容不放电，也就是说它的电压与电池电压相同，那么汽车会进入再充电模式。此时内燃机是汽车行驶的唯一动力，为了给电池提供充电电流(当前设置为25

安培)，内燃机也会产生一小部分额外的扭矩。当两个电池中的1个电池达到上限电压(设置为13.5V)，充电电流下降为慢充电流(设置为

2A)，当两个电池都达到上限电压，充电结束。

有损害再充电规则：

如果汽车只由内燃机供电，电池电压低于有损害再充电电池电压的极限(设置为11V)，即使超级电容放电，汽车也会进入再充电状态。当两个电池中的1个电池达到上限电压(设置为13.5V)，充电电流下降为慢充电流(设置为2A)，当两个电池都达到上限电压，充电结束。如果汽车处于再充电模式的情况下需要刹车，再充电模式停止，充电结束。同样地，如果汽车处于再充电模式的情况下，需要它进入辅助电源模式或电机模式，再充电模式也会停止。

如果汽车进入辅助电源模式或电机模式，两个电池仍然有很长时间才能降到最低电压(设置为10V)，汽车会进入内燃机模式，对电池进行再充电。当电池充电时，汽车处于Pe-on线以下或Pm-a线以上，那么它会进入电机模式或辅助电源模式。

规则3：刹车规则

在汽车减速过程中，会有三种情况发生。第一种情况：汽车滑行。在这种情况下汽车即不发生再生制动也不会有摩擦刹车产生。第二种情况：当汽车产生再生制动时，会给能量存储系统充电。第三种情况：能量存储系统充满电，不能从发动机上吸取任何能量，在这种情况下，汽车会进入摩擦刹车状态。

电机模式、内燃机模式和辅助电源模式的算法如图7.3所示。图

7.3的模式边界需要依靠内燃机和电机的效率和性能指标来判断，每个边界值的选择是为了使汽车的效率达到最大值。图上每个标数字的线代表内燃机模式的效率，它的值越低表示效率越高。

图7.3 电池充电和信息传递算法

7.3 系统软件

在本系统中，有四个计算模型需要软件支持，它们分别是主控制

器、从控制器、ABC-150远程操作站和PC监视器。下面给出每种模型的软件细节，它所实现的代码见附录Ⅱ。

主控制器软件：

主控制器需要两种独立的算法同时运行。第一种算法如图7.3所示，它负责电池充电和把信息传送给ABC-150远程操作站。

电池充电的模型有两种：快速充电模型和正常充电模型。当电池电压下降到最小值时，对电池实行快速充电。正常充电模型有两个子模型，它们可以决定如何充电。如果电池电压下降到电池充电允许值，那么系统会通过降低超级电容的电压来给电池充电。如果电池电压没有下降到允许充电值，但是已经下降到不允许充电值，仅当超级电容的放电电压与电池电压相同时，电池才开始充电。在电池充电的模型中，除非有一个电池被再充电、刹车或是汽车停车，否则系统会一直为电池充电。

主控制器的第二种算法是完成汽车仿真和模拟界面，它的流程图如图7.4所示。

图7.4 模拟界面和汽车模拟算法

第二种算法包括6个部分，下面分别作介绍。

第一部分：设置数据记录、记录重放和正常行驶的标记。

正如前面所讨论的，本系统可以运行三种模式：正常行驶、数据记录和记录重放。第一部分通过使用者的输入决定采用哪种操作模式，数据记录和记录重放模式负责存储和调回数据。

第二部分：获得能量存储系统电压和用户输入的模拟值。

这部分的主要任务是处理微控制器的模拟输入信号。它将模拟通道中的能量存储系统三个电压读数、加速器和刹车读数抽样并取平均值，也可以对能量存储系统电压读数进行校准。在能量存储系统电压值送进微控制器前，它的电压值必须降到合适微控制器工作的电压值(最大值为5V)，我们通常采用电阻分压器电路来实现。因此，由微控制器来校准这些电压值。由于电阻分压器电路是线性电路，所以校准的结果我们只需要乘以一个系数。加速和刹车的数据变换很复杂，需要一个非线性方程来完成，因此它的解也是非线性的，但是电位计的输入是线性的。为了使系统很好地实现加速和刹车功能，我们可以使用下面的校准方程：

第三部分：动力传动系统模型的选择

这部分的主要任务是选择下列哪种模型驱动汽车，它们分别是内燃机模式、制动刹车模式、电机模式和辅助电源模式。要决定用什么方式驱动汽车，首先必须知道汽车的传动比。一旦知道了汽车的传动比，发动机的操作模式就能够确定下来了，汽车所需要的转矩可以通过驾驶员加速和刹车的数值来计算。这样，汽车速度、发动机操作模

式、电池充电模式和所需转矩可以在内燃机效率图上做比较，决定汽车采取哪种操作模式，这在7.2节中已经作详细解释。但是，有两种特殊情况：从内燃机到电机的转换和从内燃机到辅助电源的转换。这两种情况为了防止振动的发生即同步电动机的速度偏差，过度的时间要长一些。

第四部分：力的计算

这部分主要任务是7.1节中论述的力方程的解的算法。电系统所需的力计算有许多不同方法，它要根据汽车采用哪种动力传动系统模型来计算。通过力计算来算出能量存储系统从ABC-150中所需的电流。在录音重放模式中，系统所需电流可从内存中调出，反过来力也可以通过所需电流来计算。在记录模式中，通过计算得出的电流被保存在内存中。

第五部分：速度的计算

这部分的主要任务是根据7.1论述的速度方程来计算汽车的速度。在录音重放模式中，汽车速度可以从内存中调出，所以不用计算。在记录模式中，计算的速度被保存在内存中。

第六部分：通过CAN总线传递速度和能量存储系统的电压值

在这部分中，数据被打包送入CAN总线中，并将它传送给从控制器。三个能量存储系统电压值和车速都有它们自己的CAN信息通道和标示符。为了增加接收数据的准确性，在这些数据被送入CAN总线之前，先将它们乘以106，然后接收器再除以106得出真值。

这些算法会在主控制器中同时运行，除非这种算法处于等待状

态，否则每种算法都会被定时。第一种算法设置为每秒种完成2次，第二种算法设置为每秒钟完成10次。第二种算法没有等待时间，因此它不需要延时，而第一种算法包括延时等待。当电池处于充电状态，第一种算法停止运算，直到电池充电完成。

从控制器软件

从控制器软件的主要任务是收集数据，并将这些数据传递给PC 显示器显示出来。从控制器是通过CAN总线和能量存储系统电流传感器的模拟输入中收集数据的。为了完成收集数据的任务，从控制器使用三个联立算法，如图7.5所示。

图7.5 从控制器算法

算法1负责电流传感器数据的模拟。这种算法在内存更新变量之前，先抽样输入100个数据，并将它们取平均值。算法2将这些更新的

超级电容器综述

题目超级电容器技术综述 学号 班级_____________ 学生 _______________ 扌旨导教师_______ 杨莺_________________ ______ 2014 _______ 年

超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，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。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白, 能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命, 同时还具有比二次电池耐温和免维护的 优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract ：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application 。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually ，The super capacitor emerges with the tide of the times 。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words ：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend . 引言近几年出现的超级电容器，它兼有物理电容和电池的特性，是人们未来探索的确定方向。超级电容器是比物理电容器更好的储能元件。目前，用于超级电容器的电极材料主要是炭材料，由于一些炭材料比如氧化锰低价高能，所以受到很多科学家的青睐。超级电容器自面市以来，全球需求量快速扩大，已成为化学电源领域内新的产业亮点。超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力，被世界各国所广泛关注。就目前的国际形势来看，超级电容器有着很大的应用前景。 1 超级电容器概述 1.1超级电容器的定义及特点

超级电容器与电池的优缺点对比

超级电容器比电池更好？ ◆ 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。 超级电容与电池拉平差距的机会? 尽管超级电容器的制作成本每年都在以低于10%的比例减少，但这项技术依然不能在运输行业和自然能源采集方面扩大生产规模。相比电池领域，超级电容器的技术过于落后，想要缩小两者在研发方面的差距，首要任务应解决如下问题： ■ 增加超级电容器生产厂商数量，通过市场竞争的手段刺激相关技术的研发; ■ 扩大高比功率超级电容器的生产规模，实现突破百万件的年生产量; ■将超级电容器当前的制造成本降低50%; ■ 拟定一个超级电容器可持续发展战略，主要针对更高效电极材料的探索。 要达到上述目标需要厂商对超级电容器市场有一个逐年上升的投资力度，主要用于在设备的研发和生产两方面。与此同时，政府扩大资金和技术支持也将起到至关重要的作用。 ————鸣曦电子

动力电池能量管理系统

动力电池能量管理系统 检测时间：2016-05-23 09:39:53 摘要 近年来,由于日益严重的环境污染问题和日益增长的石油和能源消耗,新能源汽车的发展,越来越多的政府和世界主要汽车制造商的关注。三个电动汽车的发展。 本文介绍了电动汽车电池管理系统的主要功能和开发国内外介绍问题的根源,介绍了铅酸蓄电池工作原理和关键的操作特性,描述铅酸电池剩余量预测几个模型的设计和项目的特点,基于大量的电池充电和放电的实验数据,提出了这种设计方法来估计剩下的电池供电。 上述功能需求,设计提出使用主芯片单片机,分散的集合和集中控制的解决方案结合硬件、单片机的选择,电池参数收集,平衡和保护电路、功率转换电路和外部通信和其他主要模块硬件设计详细描述和基于C51单片机凯尔软件开发和设计环境软件解决方案设计的电池管理系统3主要流程:充电、放电和静态软件设计。最后,整个硬件和软件系统充电和放电的疲劳试验通过收集大量的实验数据,验证了硬件和软件设计的可行性和稳定性 关键词电动汽车; 电池管理系统;电池SOC估算;单片机;充电均衡控制

ABSTRACT In recent years, due to the increasingly serious problem of environmental pollution and the increasing consumption of oil and energy, new energy vehicles

Development, more and more governments and the world's major carmakers attention. Develop three electric vehicles The key technology is the motor drive system consists of three parts, the vehicle control system and power management systems, steam current Automotive battery life is short-range, low battery life, high maintenance costs and popular, therefore, Power management technology for energy management and vehicle power battery protection control is becoming increasingly important. This article describes the electric vehicle battery management system The main function of the system and the development of domestic and foreign presentation Root of the problem, and introduces the principle of lead-acid batteries and key operating characteristics described Lead-acid battery remaining amount prediction model design and features of several projects, based on a lot of battery Charging and discharging of the experimental data, this design method is proposed to estimate the remaining battery power. The above functional requirements, the design proposed to use the main chip microcontroller, decentralized collection And centralized control solutions combine hardware, MCU selection,

超级电容器和电池的区别.doc

超级电容器和电池的区别 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)。 两种计算公式和应用实例 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;

超级电容器原理及电特性

超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：

超级电容器研究综述

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。一方面，与传统电容器相比，超级电容器的电极材料往往选用高比表面积材料，如活性碳，通过静电作用在固/液界面形成对峙的双电层存储电荷，因此超级电容器拥有比传统电容器高的能量密度，静电容量能够达到千法拉至万法拉级；另一方面，与电池能量存储机理类似，超级电容器可以通过法拉第氧化还原反应完成电荷存储和释放，由于主要依靠电极表面或近表面的活性材料存储电荷，超级电容器与电池相比，能量密度较低，但是具有高的功率密度和循环稳定性。 1 传统电容器 传统的平行板电容器是所有静电电容器储能的基础，传统电容器电能的储存来源于电荷在两极板上聚集而产生电场。平行板电容器的静电电容的计算公式为： r是两极板材料的相对介电常数，0是真空介电常数，A是电极板的正对面积，d 是两极板的距离。 2 双电层超级电容器 双电层电容器是通过静电电荷分离，依靠固/液界面的双电层效应完成能量的存储和转化。电解液离子分布可为两个区域——紧密层和扩散层。其双电层电容可视为由紧密层电容和扩散层电容串联而成。双电层电容器正是基于上述理论发展起来的。充电时，电子经外电

微电网能量管理系统概述

微电网能量管理系统概述 一、微电网能量组成 微电网是近年来出现的一种新型能源网络化供应与管理技术的简称，它能够利地将可再生能源和清洁能源系统的接入，实现需求侧管理以及现有能源的最大化利用。微电网将发电子系统、储能系统及负荷相结合,通过相关控制装置间的配合,可以同时向用户提供电能和热能,并能够适时有效地支撑大电网,起到消峰填谷的作用。所以微电网概念一经提出,就引起世界能源专家和电力工业界的广泛重视,世界很多国家都加强了相关基础科学研究的力度,对微电网的认识随着研究的进行在不断地具体化、深入化和系统化。而微电网对于解决我国现有大电网运行中凸显的问题,以及能源危机等相关问题,无疑是提供了一个好的解决途径。 1.1风能 风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量。空气流具有的动能称风能。空气流速越高，动能越大。人们可以用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，方法是透过传动轴，将转子（由以空气动力推动的扇叶组成）的旋转动力传送至发电机。到2008年为止，全世界以风力产生的电力约有94.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2005年之间已经成长了四倍以上。 风能优点： 1.风能为洁净的能量来源。 2.风力发电是可再生能源，很环保。 3.风能设施多为不立体化设施，可保护陆地和生态。 4.风能设施日趋进步，大量生产降低成本，在适当地点，风力发电成本已 低于发电机。

1.风力发电需要大量土地兴建风力发电场，才可以生产比较多的能源。 2.进行风力发电时，风力发电机会发出庞大的噪音，所以要找一些空旷的 地方来兴建。 3.在一些地区、风力发电的经济性不足：许多地区的风力有间歇性，更糟 糕的情况是如台湾等地在电力需求较高的夏季及白日、是风力较少的时 间；必须等待压缩空气等储能技术发展。 1.2光伏 光伏是太阳能光伏发电系统的简称。是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。 光伏能量的来源由光伏板组件，它是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 光伏优点： 1.普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或 岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。 2.无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污 染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。 3.巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总 量属现今世界上可以开发的最大能源。 4.长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年， 而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是 用之不竭的。

电池和超级电容器基础知识

一、电池基础知识 1、一次电池和充电电池有什么区别？ 电池内部的电化学性决定了该类型的电池是否可充，根据它们的电化学成分和电极的结构可知，真正的可充电电池的内部结构之间所发生反应是可逆的。理论上，这种可逆性是不会受循环次数的影响，既然充放电会在电极体积和结构上引起可逆的变化，那么可充电电池的内部设计必须支持这种变化，既然，一次电池仅做一放电，它内结构简单得多且不需要支持这种变化，因此，不可以将一次电池拿来充电，这种做法很危险也很不经济，如果需要反复使用，应有尽有选择真正的循环次数在1000次左右的充电电池，这种电池也可称为一次电池或蓄电池。 2、一次电池和二次电池还有其他的区别吗？ 另一明显的区别就是它们能量和负载能力，以及自放电率，二次电池能量远比一次电池高，然而他们的负载能力相对要小。 3、可充电便携式电池的优缺点是什么？ 充电电池寿命较长，可循环1000次以上，虽然价格比干电池贵，但如果经常使用的话，是比较划算的。充电电池的容量比同规格的碱锰电池或锌碳电池低，比如，他们放电较快。 另一缺点是由于他们几近恒定的放电电压，很难预测放电何时结束。当放电结束时，电池电压会突然降低。假如在照相机上使用，突然电池放完了电，就不得不终止。 但另一方面可充电电池能提供的容量比太部分一次电池高。 但Li-ion电池却可被广泛地用照相器材中，因为它容量高，能量密度大，以及随放电深度的增加而逐渐降低的放电电压。 4、充电电池是怎样实现它的能量转换？ 每种电池都具有电化学转换的能力，即将储存的化学能直接转换成电能，就二次电子（也叫蓄电池）而言（另一术语也称可充电使携式电池），在放电过程中，是将化学能转换成电能；而在充电过程中，又将电能重新转换成化学能。这样的过程根据电化学系统不同，一般可充放电500次以上，而我司产品li-ion可重复充放电1000次以上。Li-ion是一种新型的可充电便携式电池。它的额定电

超级电容与电池配合模式

超级电容器与锂电池进行组合 随着电动汽车电池的技术难题被逐一攻克，电动汽车的产业化步伐正渐渐逼近。由于新能源汽车日益红火，在2011年12月7日至10日召开的法兰克福汽车配件展也融入了新能源元素，在10日举办了第二届中国新能源汽车及配套产业发展论坛。 与业内鼓吹新能源弯道超车无望的悲观派相比，全球最大电动车专业制造商ZAP大中华区业务发展执行副总裁聂天心和上海瑞华（集团）有限公司（简称瑞华）副总经理陆政德均表示非常看好未来新能源汽车的发展。 聂天心在会上说到，其实新能源汽车并不是一个新的概念，早在1890年在 美国电动汽车与汽油车的销量比是10：1,美国上流人士都是使用电动汽车，并作为一种身份的象征。 数据显示，美国传统内燃机的原油转化效率最理想的状态可达40%，目前市场上最好的汽油机只有30%多。而市场上的电动汽车能源转化率已有80%，乐观估计应该能达到94%。 与对中国电动汽车前景持怀疑态度的悲观派相比，目前电动汽车乐观派大有占据上峰态势，中国电动汽车产业化步伐也渐渐逼近，因为电动汽车的技术难题正在被一群疯狂痴迷电动汽车的专业人群攻克，陆政德就是其中一位。 陆政德在接受中国产业园区网记者采访时表示，目前电动汽车发展主要有两大技术瓶颈，一是电池的续驶里程不稳定，电动汽车续驶里程不稳定主要表现在续驶里程会逐渐减少。二是纯电动汽车续驶里程有限。 目前这两大瓶颈都不再是问题，”陆政德对记者说道，电池续驶里程不稳定问题可以通过能量转移解决，纯电动汽车续驶里程有限可以通过加装小型燃油发动机系统（即增呈式电动车）解决。 电池续驶里程不稳定主要是由于单体电池性能不一致造成。陆政德形象地说 道，不同单体电池的性能差好比姚明和潘长江身高差，如何让他俩的个头一样高， 就需要将性能优良的电池能量转移到性能差的电池上，保持两者能量的一致性，这样就可以做到电动车后期续驶里程能稳定。 另外，瑞华已经成功实现将超级电容器与锂电池进行组合，以延长续驶里程和增强电池的寿命。 超级电容器好比一个具有超强爆发力的短跑运动员，而锂电池好比一个耐力很强的长跑运动员。将两者结合起来，将会同时兼具两者的优点。 超级电容器与锂电池组合后，超级电容器能将电动汽车刹车时产生的能量储存起来，并传导到锂电池内，延长电动汽车的续驶里程。 由于电动汽车刹车对锂电池会有损伤，但从超级电容器内获取电量进行刹车，就不会对锂电池造成损伤，还可以延长锂电池的寿命。 为降低电动汽车自燃概率，随时检测电池在电动汽车运行中的状态，瑞华已经成功开发出一整套电子监控系统和数据中心系统。登录瑞华电动汽车数据中心可查询各个时段电池运行的详细情况。 来源：新能源新材料2012.5 新型电极都有4至5纳米宽的孔隙，高孔隙率具有高概况积，可以存储海量的电荷，有一家新创公司名为纳米屯公司，这家公司说，它的超级电容器手艺可以使电动汽车更廉价，而且延迟行驶里程。该公司位于加州山景城，公司开发出一种体例，用以制备电极，制成的超级电容器具有5至7倍的存储能力，这是对比传统超电容器而言。

动力电池BMS和储能电池BMS的差异【详解】

动力电池BMS和储能电池BMS的差异 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 1、大规模储能系统的应用场景 新能源电站，风力发电或者太阳能发电站，为了实现平抑输出功 率波动的目的，越来越多的发电厂开始配备储能系统。 独立储能电站，随着电力制度改革逐渐进入人们的视野，以倒卖 电力为生的独立储能电站逐渐出现。 微电网，系统内部包含分布式电源，用电负荷，储能系统和电网 管理系统的一个小型供配电网络。为了确保负荷的用电连续性和 稳定性，每个微电网都会配备储能系统。 2、储能电池管理系统（E S B M S）与动力电池管理系统（B M S） 的不同之处 储能电池管理系统，与动力电池管理系统非常类似。但动力电池 系统处于高速运动的电动汽车上，对电池的功率响应速度和功率 特性、S O C估算精度、状态参数计算数量，都有更高的要求。 储能系统规模极大，集中式电池管理系统与储能电池管理系统差 异明显，这里只拿动力电池分布式电池管理系统与其对比。

2.1电池及其管理系统在各自系统里的位置有所不同 在储能系统中，储能电池在高压上只与储能变流器发生交互，变 流器从交流电网取电，给电池组充电；或者电池组给变流器供电， 电能通过变流器转换成交流发送到交流电网上去。 储能系统的通讯，电池管理系统主要与变流器和储能电站调度系 统有信息交互关系。一方面，电池管理系统给变流器发送重要状 态信息，确定高压电力交互情况；另一方面，电池管理系统给储 能电站的调度系统P C S发送最全面的监测信息。如下图所示。 电动汽车的B M S，在高压上，与电动机和充电机都有能量交换关系；

超级电容选用计算

二、超级电容的主要特点、优缺点 尽管超级电容器能量密度是蓄电池的5%或是更少，但是这种能量的储存方式可以应用在传统蓄电池不足之处与短时高峰值电流之中。相比电池来说,这种超级电容器有以下几点优势： 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 表面积越大,则电容量越大。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达5000F。 2.充放电寿命很长，可达500000次,或90000小时，而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次;可以提供很高的放电电流，如2700F的超级电容器额定放电电流不低于950A,放电峰值电流可达1680A，一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流，一些高放电电流的蓄电池在如 此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。 3.可以数十秒到数分钟快速充电，而蓄电池在如此短的时间充满电将是极危险的或是几乎不可能。 4.可以在很宽的温度围正常工作（-40℃～+70℃），而蓄电池很难在高温特别是低温环境下工作;超级电容器用的材料是安全和无毒的,而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池均具有毒性;而且,超级电容器可以任意并联使用来增加电容量,如采取均压措施后,还可以串联使用。 因此，可以用简短的词语总结出超级电容的优点： ● 在很小的体积下达到法拉级的电容量； ● 无须特别的充电电路和控制放电电路 ● 和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响； ● 从环保的角度考虑，它是一种绿色能源； ● 超级电容器可焊接，因而不存在象电池接触不牢固等问题。 缺点：

近十年超级电容器领域的重大突破

近十年超级电容器领域的重大突破 中国储能网讯：与传统电容器相比，超级电容器具有更大的比电容、更高的能量密度、更长的使用寿命等特点，而与锂离子电池相比，超级电容器又具有更高的功率密度、更长的使用寿命及绿色环保等优点。超级电容器在未来储能器件领域占有绝对的优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。 随着社会的快速发展和人口的急剧增长，资源消耗日益增加，能源危机迫在眉睫，因此，寻找清洁高效的新能源与能源存储技术及装置已成为备受关注的研究课题。与传统电容器相比，超级电容器具有更大的比电容、更高的能量密度、更长的使用寿命等特点，而与锂离子电池相比，超级电容器又具有更高的功率密度、更长的使用寿命及绿色环保等优点。超级电容器在未来储能器件领域占有绝对的优势，在军事、混合动力汽车、智能仪表等诸多领域具有广泛的应用前景。 超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能

器件，通过在电极材料和电解质界面快速的离子吸脱附或完全可逆的法拉第氧化还原反应来存储能量，根据储能与转化机制的不同可将超级电容器分为双电层电容器(Electric double layer capacitors，EDLC)和法拉第准电容器(又叫赝电容器，Pseudocapacitors)。双电层电容器是建立在双电层理论基础之上的，1879年，Helmholz发现了电化学界面的双电层电容性质;1957年，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(提出可以将小型电化学电容器用做储能器件);1962年，标准石油公司(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，NEC公司开始生产超级电容(Super CaPACitor)，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入大容量高功率型超级电容器的全面产业化发展时期。超级电容器作为电化学能源存储领域的前沿研究方向之一，近十年内有多个突破性工作，其发展也向着小型化、柔性化、平面化等方向发展。 石墨烯在实验室中是2004年被发现的，当时英国曼彻斯特

超级电容器综述解析

电子技术查新训练文献综述报告 题目超级电容器技术综述 学号3130434055 班级微电132 学生赵思哲 指导教师杨莺 2014 年

超级电容器技术综述 摘要：近年来，随着经济的迅猛发展，人们在实际应用中对储能装置各项技术指标的需求不断提高，而当前电池的标准设计能力已经逐渐无法满足人们的要求，超级电容器应运而生。超级电容器是一种新型储能装置，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。作为一种新的储能元件,它填补了传统电容器和电池之间的空白,能提供比普通电容器更高的能量和比二次电池更高的功率以及更长的循环寿命,同时还具有比二次电池耐温和免维护的优点。本文主要针对超级电容器的储能机理、超级电容器电极材料、超级电容器的发展动态以及未来应用的展望进行了简单的论述。 关键词：超级电容器；储能机理；活性炭；发展现状；应用展望。 A Review of the technology of super capacitor Abstract：In recent years，With the rapid development of economy，People advance the need that can equip each technique index sign to continuously raise at practical application。But the standard design ability of the current battery have already canned not satisfy people's request gradually，The super capacitor emerges with the tide of the times。The super capacitor is a kind of new energy storing device, it has many characteristics such as short refresh time, long service life, good temperature characteristic, energy conservation,Environment protecting.As a new kind energy storage element, it filled up traditional capacitor and the blank of battery.It can provide energy than the common capacitor higher and the power than secondary battery higher and the longer circulating life.Meanwhile it has the advantage of rating of temperature and no maintenance than secondary battery.The text mainly aims at the keeping of super capacitor development dynamic state of ability mechanism, super capacitor electrode material, super capacitor and in the future apply of the outlook carried on simple treatise. Key Words：super capacitor; The energy storage mechanism; active carbon; development trend; Application trend .

超级电容器的结构及其特点

超级电容器结构及特点 超级电容器( supercapacitor，ultracapacitor)，又名电化学电容器(Electrochemical Capaci-tors)、黄金电容、法拉电容，超级电容器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，其储能过程是可逆的，可以反复充放电数十万次。超级电容器是20世纪七八十年代发展起来的一种新型的储能装置。它是一种介于传统电容器与蓄电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原原理储存电能，因而不同于传统的化学电源。 超级电容器其容量可达法拉级甚至数千法拉，它兼有常规电容器功率密度大，比普通蓄电池能量密度高的优点，并且具有充放电时间短，循环性能好，使用寿命长，使用温度范围宽，对环境无污染等特点。因此，从某种意义上讲，超级电容器有着传统电容器和蓄电池的双重功能，弥补了两个传统技术间的空白，因此具有很大的发展潜力。 超级电容器的准确名称是化学或双电屡电容器（具体名称取决于制造商），简称EDLC。超级电容器的表现与传统电容器（包括多层陶瓷电容器、钽电容器、电解电容器等）相似，但能量密度更高。这是由具有极大的电荷存储表面积的多孔炭电极与专门的电解质提供的极薄的板分离层相结合而形成的。 超级电容器属于双电层电容器，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，其基本原理和其他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，如图3-6所示。 超级电容器的能量储存在双电层和电极内部，当用直流电源为超级电容器单体充电时，电解质中的正、负离子取向聚集到固体电极表面，形成电极／溶液双电层，用以贮存电荷。 虽然，目前全球已有许多家超级电容器生产商，可以提供许多种类的超级电容器产品，但大部分产品都是基于一种相似的双电层结构，超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料。

电动汽车中的电池能量管理系统

电动汽车中的电池能量管理系统 一、前言 电动汽车的应用有效地解决了能源和环境可持续发展的问题。电动汽车的应用前景广阔。但电动汽车尤其纯电动汽车的应用遇到了动力电池的难题，电池的问题体现在两个方面。其一是动力电池比能量不高，影响电动汽车续驶里程的要求，价格太高直接影响电动汽车的初始成本；其二是电池的性能差，使用寿命低影响电动汽车的使用成本。 电动汽车用的电池使用中其性能发挥得如何，除与电池模块自身性能有关外，与其应用的电池能量管理系统的功能有着密切的关系，尤其是电池模块质量不太理想的条件下，应用功能完备的电池能量管理系统其作用就更加突出。借助电池能量管理系统的正常工作会使电池模块的性能得以充分发挥，减少电池模块故障，延长电池模块的使用寿命，增加电动汽车的使用安全感。因此，电动汽车电池能量管理系统的应用备受电动汽车设计者和使用者的重视。 二、电动汽车电池能量管理系统的功能 电动汽车，尤其是纯电动汽车中的电池能量管理系统是该车的一种相当重要的技术措施，可以称为电动汽车电池的“保护神”，它起到了对电池性能的保护、防止个别电池的早期损坏、有利于电动汽车的运行，并具有各种警告功能等[1]。由于它参加电池箱内电池模块的监控工作使电动汽车的运行、充电等功能与电池的有关参数（电流、电压、内阻、容量）紧密相连和协调工作。它有计算，发出指令、执行指令和提出警告的功能。各种电池模块虽然有结构和性能上的差异，但它们都具备一些相同或相似的功能。典型的电池能量管理系统应具备如下功能： 2.1 对能量的检测功能 电动汽车在行车过程中，该系统能随时对车辆的能耗进行计算，最终给出该电池箱内电池模块剩余的电池能量值，并通过剩余能量计将数据显示出来，使驾驶人员知道车辆的续驶里程,以便决定如何行驶.在能量允许的条件下使车辆行驶到具有充电功能的地方，补充电量防止半路抛锚。 2.2 对电池工作状态的监测与控制功能 电池能量管理系统按电池箱内安装的传感器提供的信号对电池进行管理。一般情况下，电池箱内有温度传感器及电压、电流和内阻的测量值。由于温度的变化对其他参数都有影响，所以一般都以电池模块的温度来做为控制的指令信号，将测得的温度值与事先设定的温度值进行比较，决定对电池冷却与否。 电动汽车能源是很宝贵的，应尽量采用节能元件，所以电池箱内的冷却风扇一般都是采用分级参与工作。这样能做到在保证电池性能的条件下尽量使用小排量的风扇。当第一级风扇工

超级电容与电池比较

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)。目前，超级电容器正用于电池一度是标准配置的应用中。最初的应用是小电流的，不过技术已经进步，超级电容器现在已经用于消费类和非消费类市场上多种中到大功率的应用。超级电容器与电