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超级电容

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超级电容范文第1篇

关键词 :超级电容 储能电梯 节能技术

引言

电梯的存在是一把双刃剑,它在为人们的生活带来便利的同时也所带来了一定的负面影响。一方面,自从有了电梯之后,人们越来越依赖它,这就造成了越来越多的人懒得去爬楼梯,使人们每天的活动量大大缩减,严重影响了人们的健康状况;另外,电梯的使用也带来了巨大的能耗,因为电梯需要24小时不间断的运行,不能像电灯一样,用的时候打开,不用的时候关闭。所以,越来越多的人开始倡导走楼梯,减少电梯的使用,和研究电梯的节能技术。下面就简要介绍电梯的组成和工作原理,超级电容的含义和特点以及超级电容储能电梯节能技术的具体应用。

一、电梯的组成和工作原理

电梯作为一种特殊的垂直升降机,它的动力由电动机来提供,主要作用是在运输货物或是在建筑中承载人。电梯可以分文两种,一种为厢式,另一种为台阶式,也就是人们说的自动电梯。 电梯作为一种固定式的快速升降装置,主要应用于高层建筑中。

电梯的主要部分是轿厢与厅门、导轨、曳引机、安全装置、对重装置、信号操纵系统等。这些重要组成部分被安装在高层建筑预留的的井道和设备机房中。电梯在运行的过程中,一般会用钢丝绳进行机械摩擦传动,钢丝绳通过曳引机上的滑轮,然后在钢丝绳的两端分别连接上轿厢和对重装置,最后,电梯的电动机来驱动曳引机,使曳引机上的滑轮转动,引导轿厢不断地升或降。

二、超级电容的含义和特点

超级电容即超级电容器还可以称为电化学电容器,它是近代逐渐发展起来的一种全新的能量储存装置。它是传统电容器,又是电池,它既能够吸收电能,又可以发电,是一种特殊的电源,它用来储存能量的装置与传统的化学电源不同,它是的装置是具有氧化还原性质的假电容的电荷和双电层。

超级电容所具有的主要优点是:瞬间功率高,最高可以达到可达5000W/KG,相当于10块电池的电功率;充电、放电的时间很短,要达到超级电容额定容量的95%,最短只需要大约10秒;使用寿命长,超级电容的使用次数最多可以达到50万次,而且超级电容没有“记忆效应”;适应性强,超级电容可以在-40℃~+70℃的温度范围中进行正常工作;放电、充电的能力极强,与普通的电池或电容器相比,它的能量转换率极高,在超级电容运行过程中,能量的损失很小;产品的原材料、超级电容的使用、超级电容的回收处理过程都没有污染,是一种现在所倡导的绿色环保电源。

三、超级电容在电梯节能中的应用分析

(一)超级电容在电梯节能设备中的主要工作原理

超级电容在电梯节能设备中的主要工作原理是:当电梯运行的过程中,电梯的电机会不断的释放出大量的再生能源,这时就是超级电容起作用的时候,超级电容将电梯电机所释放出来的能量进行储存,使超级电容具有可以充电的作用。当超级电容的电充满之后就会停止对能量的吸收。这种方式既可以实现再生资源的充分利用,又不会对电网,电梯元件造成损坏。

(二)超级电容放电状态的时间确定

超级电容不仅可以用来吸收电梯时放的再生资源,还可以对电梯进行放电,为电梯提供动力,推动电梯运行。超级电容主要为电梯的开始到匀速这段时间进行放电。当电梯开始启动运行的时候,就可以将超级电容与电梯直接连接为电梯的运行提供电力,当电梯达到匀速运动状态时,再用预定电网将超级电容从电梯直接供电系统中替换出来,对超级电容进行充电过程,如此循环往复。

电梯运行过程中的速度变化是超级电容具体放电时间确定的依据,超级电容的具体放电时间主要受电梯的启动时间,加速时间的影响。作为超级电容的选型参数,它影响着超级电容的电容量水平和超级电容的价格。对于超级电容来说,放电时间越长,超级电容的电容量就越大,价格也就越贵。

(三)超级电容的工作选择

因为超级电容频繁的储电和放电会消耗大量的能量,考虑到超级电容和电梯的使用频率和使用次数,工作人员适当的减少了超级电容和转换器电机之间工作电压的差值,通过这种方法可以减少超级电容储电和放电而消耗得大量能量。另外,考虑到超级电压寿命的问题,超级电容的电压会被调整在额定电压到一半额定电压这一范围内。因为,一般的情况中,电梯一年大约会运行18万次,电梯的寿命在12年左右,那么电梯在它的运行寿命中总共会运行大约260万次,而在这期间,超级电容的充电和放电次数各占一半。但是,就目前的技术来说,超级电容深度充放电循环使用次数最高为50万次,所以为了在减少能量损耗的前提下最大限度的提高超级电容的寿命就需要将超级电容的工作电压设定在额定电压到一半额定电压这一范围内。

(四)超级电容器组均压装置

因为受到目前技术的限制,在制作超级电容的时候很难能够使超级电容单体之间完全的相同,在单体内部的电阻等方面就存在着很大的差异,而且这种差异的存在也会造成单体串联或并联时分压不均的现象,就会进一步使超级电容中单体的使用寿命大大缩减,从而影响超级电容的整体寿命和工作效率。为了保证超级电容的使用寿命,使超级电容内部的每一个单体都最大限度的发挥自己的作用,就需要在超级电容中安装一个平衡电压的装置,保证单体之间的电压相同。

四、超级电容工作下的电梯节能系统的优点

第一,与传统的电梯系统相比,在具有超级电容工作下的电梯系统更具有节能的特点,它可以对电梯电机产生的再生能源进行储存,并再次转换成电能用于电梯的启动和加速状态。

第二,将超级电容作为储能的装置可以减少再生能源的流失。因为超级电容具有极高的功率,尤其是瞬时功率。这样在一定程度上可以减少再生能源的流失,提高能源的利用率。

第三,超级电容储存的电能可以直接供给电梯使用,无需再通过固定的电网传送,这样可以减少不必要的电量损失,减少对电网的影响。

结语

总而言之,超级电容因其功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、超低温特性好等优点而在电梯节能中得到了广泛应用。但是,对于“将超级电容应用于电梯节能技术中”这一观点仍具有巨大的发展空间,这需要人们继续的不断探索,从而促进电梯节能技术的发展。

参考文献:

[1]张磊,李树国. 电梯驱动系统节能关键技术研究[J]. 电气应用,2013,06:61-65.

[2]王小磊,牛曙光. 超级电容在电梯应急及节能中的应用[J]. 常熟理工学院学报,2013,02:72-74.

[3]邵永青. 超级电容在电梯节能中的应用[J]. 中国新技术新产品,2011,12:123-124.

[4]李秀珍. 超级电容器在电梯节能中的应用[J]. 电子元件与材料,2014,01:83-84.

[5]姜季宏,刘鸿鹏,江振洲,王卫. 储能电梯中超级电容选取和控制策略[J]. 浙江大学学报(工学版),2014,04:610-615.

超级电容范文第2篇

关键词:超级电容;电梯节能控制技术

中图分类号:TU857 文献标识码:A 文章编号:

超级电容在电梯节能中的应用

超级电容器,也叫双电层电容器,是一种新型的储能装置,它具备许多优点,如无污染、功率密度高、能量密度高、循环使用寿命长等,已广泛运用于重用电源、电动汽车等领域。它在电梯节能中的节能表现如下:

1.超级电容在电梯节能装置工作原理中的应用

从图1中可知,其节能原理就是把电梯电机释放的再生能量存储在超级电容,做充电用,已达到技能的目的。当超级电容充满电时,则会自动停止对其供电,此技术不会引起电网的谐波干扰,能够保护电梯元件,有利于提高电梯电机的可靠性。

2、超级电容工作选择

为避免变换器的能耗过大,超级电容的电压应接近曳引机电机的电压,选择工作电压时,要对超级电容的使用次数和电梯的使用频率做充分的考虑。

3.超级电容器组均压装置

制作超级电容时,由于受工艺等因素的限制,超级电容单体难以达到一致,在内阻等方面必然有所不同,导致单体在串联并联使用时分压不均,减少单体的使用寿命,从而大幅度降低了单体的工作效率。为使单体发挥最大作用,需增加均压装置。

4.超级电容放电时间的确定

超级电容在电梯开始运行时通过切换外部的交流电网位置供电,而电梯从上升到匀速之前,超级电容呈放电状态。可通过分析电梯运行过程中速度变化的时间来选择超级电容的放电时间。

二、电梯节能的措施

曳引机驱动轿厢升降所消耗的电能是电梯耗电的主要来源,电动机的消耗至少占总耗电量的70%,因此,电梯节能的关键在于研发高效能的电机拖动系统。电机拖动系统主要有两种途径进行节能:一是提升电机拖动系统的工作效率。目前提升电动机的工作效率所使用的最广泛的方法是利用变频器调速技术,除此外,发展应用永磁同步无齿轮曳引机技术,也能使电动机拖动系统的工作效率得到提升,节能效果更加明显。二是利用能量回馈装置的方式把运行过程中负载的机械能转变成电能并回馈给交流电网,通过这种方法,可以降低电动机拖动系统固定时间内消耗的电能。

(一)电动机拖动系统的节能技术

电梯运行的原理是:在电动机的带动下,曳引机驱动电梯的轿厢上下来回运行,曳引机一般可分为两种:有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。

有齿轮曳引机通常采用蜗轮——蜗杆进行减速传动,有时也用斜齿轮传动,一般情况下,减速比约为35:2;电动机多采用永磁同步的交流电动机或异步电动机,低速电梯一般选用直流电动机。

无齿轮曳引机没有减速器,以前常采用直流电动机作为运行的动力,现在则常使用大扭矩交流永磁同步电动机作为运行动力,绕升的比例多为2:1或1:1

使用高效能的有齿轮曳引机

按传动机构分,有齿轮曳引机主要有蜗轮——蜗杆式、行星齿轮式和斜齿轮室三种,三种曳引机的特点比较如图1,从中可以看出,蜗轮——蜗杆式曳引机的效率相对较低,虽然只有70%,但由于它具有转矩能力大的特性,且技术较成熟,当前在低速电梯和各种货梯中仍大量使用。行星齿轮和斜齿轮式的曳引机工作效能较高,达90%以上,但齿轮的加工精度高、成本也高,因此在我国并没得到普遍应用。

另外,在电动机的选择上,永磁同步电动机的效率至少比交流异步电动机高10%,这也是一种有效的节能方法。

无齿轮曳引机代替有齿轮曳引机

永磁同步无齿轮曳引机技术是一种新兴的电梯曳引技术,依靠的基础有二:一、具有大转矩和低速性能的永磁同步电动机技术;二是现代电力电子技术。如今,永磁同步曳引机不断研发大吨位载重产品,成本也越来越低,将来定能取代蜗轮——蜗杆传动曳引机。

与有齿轮曳引机不同,永磁同步曳引机的驱动低速直接,优点如下:

2.1不需要获取无功电流,不需要励磁绕组,因此功率因数和效率较高,效率可提高约30%。此外,它发热小,不需要风扇进行冷却。

2.2电动机的体积小、质量轻,缩小占用地方空间,甚至朝无机房的方向发展,材料的选择由于选了高性能的钕铁硼,节约了减速齿轮箱。

2.3在定向矢量控制上,使用了转子磁场,因此转矩、速度等特性近似于直流发动机,变频器容量和电动机的功率都比较小,电流比感应电动机低。在和变频器的综合利用上,由于变频器的容量不断降低,永磁同步和有齿轮曳引机两者的综合成本差不多,或者还要低于有齿轮的曳引机。

2.4维修简便,降低环境污染度。

2.5在短接无齿轮曳引机绕组的基础上,凭借自身的反电动势,可加强安全保护,使蜗轮——蜗杆的自锁功能得以实现。

2.6轴承的噪音低,风扇和蜗轮——蜗杆都没有噪声,主要是因为它选用了低速直接驱动,达到了无机房的标准,比有齿轮曳引机的噪音降低5db.

(二)能量回馈上的节能技术

此技术常用的方法有两种,安装能量回馈装置或使用带有能量回馈技术的电梯。

使用带有能量回馈技术的电梯

1.1微处理器采用高新技术,精度高、速率快、抗干扰能力强、稳定性能好。

1.2能量转换率高达97%,能大幅度地节省能量。

1.3由于采用了PWM脉宽调制技术,有准确的输出相位,能够是告辞谐波得到有效控制。

1.4能够回收利用由制动产生的能量,系统既能节能,又可以环保。

1.5噪声滤波器和电抗器的采用,可使其直接驳接380V—460V的电网,如果起制动比较频繁,节电效果更加明显。

1.6由于系统减少了发热量,空调就可以不再使用,如此则减少了日常的维护工作,是电梯的寿命得到提高。

安装能量回馈装置的电梯

此方法可取的更好的节能效果,据调查,在型号、品牌一致的情况下,安装回馈装置的节电率能保持在22%—45%,功率越高,节能越明显。所以,目前既适用又能取得最好节能效果的城市就是安装能量回馈装置。

参考文献:

超级电容范文第3篇

关键词:超级电容器 蓄电池 控制策略 冲击

1 概述

中国已成为全球最大的电动自行车生产国、消费国和出口国[1]。电动自行车作为一种节能环保、出行便捷的中短距离交通工具,深受广大消费者欢迎,同时,电动自行车将向着多功能型及节能型的方向发展。当前,电动自行车存在的问题主要集中在:蓄电池的使用寿命和频繁的更换上,蓄电池存充电时间长、充放电次数有限以及还有接触不良等等问题,所以,蓄电池是影响电动自行车性能质量的关键部件,也是制约着电动自行车发展的关键问题。近年来,许多科技发达的国家都致力于研发新型的电动自行车电池[2-3],包括高功率镉镍、锌镍、氢镍、锂聚合物以及燃料电池等等。氢镍电池在日本、欧美等国应用较为广泛;锂离子/锂聚合物等电池也在推广使用。我国也有许多科研院所也在积极研发电动自行车用的新型电池,但目前95%左右的电动自行车仍采用传统的铅酸蓄电池。然而,由于铅酸蓄电池的寿命比较短,在一年左右就需要更换;而且,当电动自行车处于启动、加速、爬坡、逆风和载重运行时,电池在短时间内要提供几十安培的电流驱动电机,铅酸蓄电池难以达到良好的效果,而且如此大的电流会对电池造成冲击性伤害,严重的影响电池续航里程和使用寿命。超级电容具有其它电池无可比拟的优点,且已成功的应用于诸多领域,如作为电子产品的后备电源、不间断电源以及电动工具的电源等。超级电容在新能源、电动汽车和军事三个领域的应用尤为广泛和突出,超级电容器的出现带来了电池的革命。本文将超级电容器与蓄电池相结合,应用于电动自行车驱动中,合理的设计了双电源的连接方式,并且根据电动自行车电机驱动的特点,给出了控制策略,该控制策略能有效地改善电动自行车的性能,延长蓄电池的使用寿命,具有极大的市场前景。

2 超级电容

超级电容又称为电化学电容器,是介于电池和电容器之间的一种储能器件,既具有电容器快速充放电的特点,又具有电化学电池的储能机理。

超级电容主要有如下特点:

①电容量大。单体超级电容器的电容量比同体积的电解电容器大2000~10000倍,可达数千法或数万法拉。

②功率密度高。超级电容能提供瞬时大电流,在短时间内电流就可以达到几百至几千安培,功率密度是蓄电池的近百倍,可达1000W/kg。

③充电速度快。充电几分钟就可达到额定容量的95%以上。

④能量转换效率高、充放电接受能力强。大电流充放电能量循环效率大于90%,充放电过程中能量损失小。

⑤循环使用寿命长。在正常使用条件下,循环使用次数可达十万次以上。

⑥使用温度范围宽,可靠性高。在-40~65℃的温度范围内都能正常、安全、可靠工作。

3 超级电容与蓄电池组合

将超级电容与蓄电池合理组合,构成双电源供电,布置在电动自行车上,共同承担驱动电动自行车的任务。当电动自行车正常在平坦路面行使时,由蓄电池单独供电;在启动、爬坡、加速等需要瞬时大功率阶段,超级电容器与蓄电池同时向电机供电。当电动自行车制动时,电机对外发电,超级电容储存能量,实现能量回收利用。

由于超级电容器具有比功率大,充电速度快,使用寿命长等优点。将超级电容器与蓄电池相结合,能够取长补短,能有效地改善现有的电池性能、延长其使用寿命。但是超级电容也具有能量密度低,串联内阻大的缺点,若将串联超级电容组与蓄电池组直接并联,由于过大的内阻将使超级电容组输出的电流过小,这样将不能起到分流保护蓄电池的作用。因此,本文设计了一个双向的DC/DC变换器,超级电容可通过DC/DC变换器再与蓄电池相并联,输出功率可随意调整。为此,在运行时必须构建一定的控制策略,能够在电机电流需求过大时及时启动或扩大超级电容的输出电流,限制蓄电池输出过载电流,以保护蓄电池。

控制策略根据电动自行车的运行工况确定,工况可分为平地行驶,启动、加速、爬坡、过载、刹车等几种。

3.1 启动、加速、爬坡和过载状态

在这种状态下电机有瞬时大功率的需求,应由超级电容和蓄电池共同输出功率以驱动电机,鉴于超级电容具有短时大电流放电的特性,相比蓄电池,超级电容能够更好地满足这一要求,此时,可以由超级电容承担大部分的负荷。因此,在这一阶段超级电容需作为主能量源,承担峰值功率,而蓄电池只作为辅助能量源;当峰值功率过后,超级电容退出,负荷由蓄电池承担。

3.2 平地匀速行驶状态

当电动自行车在平地匀速行驶的状态下运行时,功率需求不高,此时,蓄电池输出功率完全可以满足电机动力性的要求。在此工况下,电机驱动的能量完全由蓄电池单独提供,超级电容不需释放功率。

3.3 刹车状态

当电动自行车处于刹车状态时,此时电机处于发电状态,将一部分动能转化为电能,该电能可以经双向DC/DC变换器逆变送回超级电容。在此状态下蓄电池与电机之间的回路被切断,蓄电池不吸收回馈电能,这样能避免再生电流对蓄电池造成冲击伤害。

将超级电容作为再生制动回馈能量的储能容器,正是利用了超级电容能够吸收瞬时大电流的特性,也可有效提高能量的回收率。

双电源驱动电动自行车的能量管理目标是: 采用合理的控制策略,实现两种储能容器的优势互补,在确保电动自行车的动力性要求的同时,让蓄电池时刻工作于低电流放电的最佳工作状态;其次,更好的利用了超级电容的特点,将再生发电制动方式产生的电能回馈到超级电容器,既提高了能量的回收率又对蓄电池起到了保护作用,免受冲击,延长其使用寿命。

电动自行车工作状态的判别,可根据检测电机的驱动功率来进行。当驱动功率为正值,并大于蓄电池额定功率,且P/t>0时,可以判断为电动自行车处于启动、爬坡或过载状态,此时,应降低蓄电池控制电路PWM的占空比,用以降低蓄电池的出力;同时应增加超级电容控制电路PWM的占空比,用以增加超级电容的出力;当功率为正,且小于蓄电池额定功率时,可以判断为电动车处于平地行驶工作状态;当功率为负,且P/t

4 控制电路的设计

本文以TMS320F28335为核心控制器,设计了电动自行车双电源控制电路系统,以实现控制策略。在该方案中,超级电容和蓄电池的电压不相等,蓄电池的电压为48V,超级电容的电压为36V,并通过双向DC/DC逆变器再与蓄电池并联。硬件电路示意图如图1所示:图中功率检测电路负责检测双电源输出侧功率Pc、Pb以及电机的驱动功率P。当处于启动、爬坡和过载状态时,DSP对双向DC/DC变换器输出升压PWM波形,变换器工作在升压模式,超级电容将储存的能量释放出来,于此同时,DSP对蓄电池控制电路的PWM占空比进行控制,以保证蓄电池的输出功率在额定功率之内。当电机处于减速或刹车状态时,DSP对双向DC/DC变换器输出降压PWM波形,同时切断蓄电池的供电回路,双向DC/DC变换器工作在降压模式,将再生制动的能量回馈至超级电容器储存。

图1 硬件结构示意图

功率检测可采用MAX4211芯片,芯片成本低、功耗低,可形成一个高端直流功率/直流电流测量系统,系统利用精密电流检测放大器来检测电流,再利用片内乘法器计算出功率,该系统的连接对被测系统的接地通路不构成影响,特别适合于检测电池供电系统的功率及电流。测量误差低于1.5%,测量范围4-28V,电源电压范围2.7-5.5V,工作电流670微安。

控制策略流程图如图2所示:

图2 双电源控制策略流程图

本设计方案经过了MATLAM的仿真,并在实验室制作了控制器应用于电动自行车控制试验,超级电容选用北京集星公司的产品,额定电压为12V,电容容值1.2F,三组电容串联36V,蓄电池采用4个12V串联48V,试验用自行车为绿源自行车,试验证明了控制策略的有效性。在本设计方案中,超级电容通过双向DC/DC与蓄电池并联,超级电容的端电压没有与蓄电池电压相等的限制,所以工作电压范围更广,超级电容能释放出更多的能量。

5 结论

本文提出了一种超级电容器与蓄电池组合构成双电源供电系统,应用于电动自行车供电,超级电容通过双向DC/DC变换器与蓄电池并联,可以使超级电容能释放出更多的电能;讨论了电动自行车的运行工况,确定了超级电容器与蓄电池的控制策略,使蓄电池在任何情况下都工作于额定功率以下的最佳工作状态,有效的保证了蓄电池免受冲击,能有效的延长了蓄电池的使用寿命。通过试验证明了该设计的可行性和有效性,随着超级电容的不断开发和价格的下降,组合电源运用于电动自行车将具有较好的发展前景。

参考文献:

[1]胡毅,陈轩恕,杜砚.超级电容器的应用与发展[J].电力设备,2008.9(1).

[2]陈英放,李媛媛,邓梅根.超级电容器的原理及应用[J].电子元件与材料,2008.27(4).

[3]薛龙均,于洪涛.超级电容器及其在电动自行车中的应用[J]. 中国自行车,2010,8:52-54.

[4]陈立超,张昕,张欣.超级电容式混合动力电动汽车控制策略的研究[J].北京汽车,2011,2:9-14.

超级电容范文第4篇

关键词:混合动力系统;充电;放电

中图分类号:u48 文献标识码:a1概述

在我国,带有超级电容的混合动力系统应用较少,目前还处在起步阶段,近年来在公共交通特别是城市有轨电车中逐渐被应用,但要使其高效、充分发挥效能,仍需要长期的实验摸索和研究,首先我们要加深对混合动力系统了解,通过实验有效控制其充放电参数,进而改变其性能,最终达到双向电源(即斩波器)与蓄电池及超级电容的最优匹配。

2 混合动力系统组成及工作原理

现代城市有轨电车混合动力系统主要由双向dc/dc变换器,超级电容和蓄电池组成。

混合动力系统为双向dc/dc电源系统,当车辆正常运行时,双向斩波器将dc750v网压转换成两路dc480v分别给蓄电池、超级电容充电,当通过无电区时,系统可以将超级电容、蓄电池的电压转换成dc750v的电压回馈车辆牵引及辅助供电系统。由超级电容与蓄电池组成的混合动力系统,使蓄电池比能量大和超级电容器比功率大的特点相结合,无疑大大提高了电力储能装置的性能。超级电容与蓄电池并联使用,可以增强混合电源的负载适应能力,特别是对于大功率脉动负载,超级电容与蓄电池并联混合使用,能够降低蓄电池的内部损耗、延长其放电时间、增加使用寿命,超级电容的存在还可以缩小电源的体积、改善可靠性和经济性。

2.1 dc/dc双向变换器

dc/dc双向变换器有两种工作模式,即正向工作模式和反向工作模式,当电能正向传输时,变换器将dc750v的网压降到dc480v,为混合动力系统蓄电池及超级电容充电;当能量反向传输时,变换器将混合动力系统dc480v的升到dc750v,将电能回馈给车辆牵引及辅助系统,保证车辆正常运行。

2.2 蓄电池

混合动力系统用蓄电池选用锂电池,锂电池具有较高的能量密度,耐充放电,自放电率低、无记忆效应、高低温适应性强等优点,同时锂电池又具备高功率承受能力,便于车辆平时的高强度的启动加速。

2.3 超级电容

尽管混合动力系统采用了锂离子电池组作为车辆通过无电区域的动力电源,但是有轨电车牵引系统对储能系统的能量密度和功率密度要求较高,如果单独采用蓄电池组不能满足车辆在这两方面的要求。

同时,在车辆启动、加速时,电池要经常遭受大放电电流的冲击,电池寿命将因此急剧衰减,如果频繁更换蓄电池,这对成本控制也是一个极大的考验。

另外,蓄电池所需充电时间较长,车辆在制动时产生能量不能及时有效的回收,也是单一使用蓄电池组所存在的重大缺点。

超级电容与锂离子蓄电池联用作为车辆的动力系统,在车辆正常行驶过程中,超级电容提供车辆需要的峰值功率。与此同时,通过dc/dc变换器控制系统,可以实现制动能回收。

另外,超级电容还通过控制系统从蓄电池系统快速充电,并为车辆下一次对峰值功率要求做

好准备。因此,可以看出,在混合动力系统中,超级电容的存在减少了蓄电池的功率负荷,避免了大电流冲击蓄电池,延长了蓄电池寿命。

3 充放电实验

蓄电池:采用dc750v电源箱为混合动力系统供电,保持蓄电池充电电流80a,如上图1实验曲线所示,经过32min蓄电池箱充电完成,此时蓄电池组电压接近510v;此时送入牵引信号,负载采用水阻,启动混合动力电源箱蓄电池dc/dc,调节v1端的电压为dc750v,将蓄电池端的电流加到120a持续运行,蓄电池组能够持续放电22mim以上。

超级电容:采用相同电源箱对超级电容进行充电,充电电流300a,经过34s,如上图2实验曲线所示,超级电容达到额定电压450v;送入牵引信号,采用水阻,保持v1端的电压为dc750v,将超级电容端的电流加到700a持续运行,超级电容持续放电25秒以上。

由以上两个充放电曲线可以看出,蓄电池充电完成瞬间比超级电容充电完成瞬间电压压升大很多,主要原因在于蓄电池

等效电阻较超级电容大很多,减小等效电阻阻值,有利于提高端电压的工作效率。

结语

经过系统充放电试验,证明现代城市有轨电车所采用的混合动力系统,蓄电池组储存能量基本能够保证车辆顺利经过指定长度无电区;系统超级电容对于车辆制动能量的吸收及时可靠,保证了车辆启动瞬间能够提供足够的大功率电能;系统能够满足现代城市有轨电车的性能要求。

参考文献

[1]gao l,dougal r a, liu s. power enhancement of an actively controlled battery/ultracapacitor hybrid[j]. ieee trans on power electronics,2005,20(1):236-243.

[2]李韶杰.超级电容器蓄电池混合电源性能研究[j].电源技术,2010.

超级电容范文第5篇

关键词:配电网自动化 负荷开关 超级电容 反激 EMC

引言

在配网自动化电力设备中,稳定可靠的控制电源是必不可少的,所需的电源不仅需要为控制电路提供低压控制电源,也要驱动分界负荷电动开关。目前各电网公司使用比较普遍的电源模式如图一所示:

图一:典型配电网自动化电源模式

电源包括两路,一路为主电源,用于日常正常供电;另一路为蓄电池配充电器,用于失电后的备用电源。这种电源模式成本高,电路较复杂,维护也比较麻烦。另外驱动负荷开关需要的功率较大,以日本高压电气的CNCG-601H-4型分界负荷开关为例,工作电压是24V,合闸平均电流9.5A,分闸瞬间电流可达21.5A,常常需要蓄电池辅助才能驱动,但蓄电池失效的可能性较大,所以有些电网公司要求在没有蓄电池的情况下也能驱动符合开关,这就需要使用较大功率的主电源。但是在正常使用过程中负荷开关开合的几率小,开关时间短(合闸的时间不会超过3秒),而控制板电源一般在5W左右,所以电源几乎处于待机状态,没有充分的得到应用。我们知道功率大同时又能满足电力类国标最高级标准的电源的价格是相当昂贵的,而且也很难购买到,市场上大部分电源只能达到二级、三级。

本文提出了一种配用较小功率(80W以下)开关电源就能驱动大功率负荷开关的电源设计方法,同时介绍了一些实践证明非常实用的EMC解决方案。

一、输入部分的设计

输入部分的设计很重要,大部分测试都是与输入相关。对于电源的EMC的测试中,最难最致命的要数浪涌(冲击)抗扰度测试,根据GB/T 17626.5四级要求:差模(相对大地)4000V,共模(相与相之间)2000V[1],除了需要留足够的安全距离(大于8MM)以外,保护器件是必不可少的,这里采用压敏电阻串联气体放电管,经过多次实践证明是非常有效的防雷击方法,电路如图二所示。 图中D1为气体放电管,气体放电管残压低,流通量大,与压敏电阻结合能起到很好的防雷击作用。需要注意的是接地连线要尽量的短,且有足够的截面泄放暂态大电流。

图二 输入部分的原理图

对于群脉冲、传导和震荡波等测试,需要接热敏电阻、X电容、Y电容和共模电感,必要时,在输入线上套磁环,这些方法很多资料都有介绍,这里不再详细介绍。

二,控制部分的设计

鉴于电源功率在80W以下,我们采用比较简单的单管反激式电路,控制芯片采用常用的UC3843,需要注意的是电力控制电源在室外取电,电网波动较大,所以场效应管的耐压值的选取一般需要留较大的余量,比如2SK2850(6A900V)。为了满足耐压要求,变压器需要加当4mm挡墙或次级用三层绝缘线[3],初次级绕组用铜箔隔离。对于具体的控制电路和变压器设计方法,很多开关电源书上都有详细介绍,如张占松的《开关电源原理与设计》、Sanjaya Maliktala的《开关电源的设计与优化》等等。

三,输出部分的设计

输出部分就比较特殊了,前半部分和通用的开关电源一样整流滤波电路,后半部分的设计如图三所示,FC1为超级电容,用于储能,同时也能吸收一部分外界干扰;R1,R2是大功率水泥电阻,起到调节充电电流的作用,通过改变该电阻的大小,可以改变为超级电容充电的时间,电阻阻值越小,充电越快,当然,充电功率不能超过前端电源的最大设计功率;C1、C2是高压瓷片电容,也可以用Y电容,在这里对遥信遥控回路浪涌(冲击)和群脉冲抗扰度测试起到泄放瞬时电流尖峰的作用,其电容值可在EMC测试中调节。图中,左边的接口(V+)用作小功率控制电源输出,右边接口(KV+)作为瞬时大功率输出(负荷开关)。

图三 输出端电容充电电路图

整个电源系统模式如图四所示:

图四电源系统图

这里使用的超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor),又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能,是近几年才发展起来的一种专门用于储能的特种电容器,有着法拉级的超大电容量,比传统的电解电容器的积能密度高上百倍,漏电流小近千倍,它的放电比功率较蓄电池高近十倍,可反复充放电十万次,不需要任何维护和保养,寿命长达十年以上,是一种理想的大功率物理二次电源[2],在这里我们用超级电容取代蓄电池,该充电电路充电简单可靠,既可以辅助驱动电动开关,又可以在掉电的情况下维持控制电路正常工作一段时间,而且过充、过放都不对其寿命构成负面影响,相对于用蓄电池作为备用电源来说,大大减少了维护费用,提高了可靠性。

当然,如果要求在掉电的情况下能继续工作更长的时间(比如工作30分钟以上),那么,继续增大电容的容量就不太可取了,因为成本太高。这种情况下可以直接把蓄电池接在图四中的KV+和V-端,但主电源的输出电压需要提升到蓄电池的浮充电压(一般为27.2V),让蓄电池一直保持浮充状态,可以更好的延长蓄电池的寿命,唯一的缺点是充电速度不如专用充电器快,但是在正常使用过程中充电的快慢并不重要;另外,在投入电池之前最好先给超级电容充电,以免电池给没有电压的超级电容充电。

四,超级电容容量及放电时间计算方法

超级电容器的荷电状态(SOC)与电压构成简单的函数,因为计算较为容易。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。我们这里主要考虑容性。

超电容容量的近似计算公式: 保持所需能量=超级电容减少的能量

保持期间所需能量= 1/2 I (Vwork + Vmin) t

超电容减少能量 = 1/2 C (Vwork2 - Vmin2)

其中: Vwork(V):正常工作电压

Vmin(V): 截止工作电压;

t(s): 在电路中要求持续工作时间;

I(A): 负载电流;

C(F): 超电容的标称容量;

因而,可得其容量(忽略由内阻引起的压降) :

C=(Vwork + Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)

如果要求在这期间驱动开关一次,则保持期间所需能量还需加上驱动开关所需的能量。

驱动开关所需能量 =Ib 2 R(Ω)tb,其中Ib是驱动开关的平均电流;tb是驱动一次开关所需的时间;R(Ω)是超级电容的内阻。

五,总结

此电源电路简单可靠,寿命长,成本低,维护方便,特别适用于对掉电后保持工作时间要求不长的末端站及用户站。可以预料随着超级电容技术的不断发展和成本的降低,此结构的电源会越来越广泛的被应用电网自动化电源中。

参考文献:

[1] 广东电网公司. 广东电网配电网自动化终端技术规范,南方电网,2011:11-12.

[2] 省略/news/read.asp?id=340.

超级电容范文第6篇

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、铁路、通信、国防、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。

美国《探索》杂志2007年1月号,将超级电容器列为2006年世界七大科技发现之一,认为超级电容器是能量储存领域的一项革命性发展,并将在某些领域取代传统蓄电池。

全球超级电容器技术生产新动态

目前全球已有上千家超级电容器生产商,可以提供多种类的超级电容器产品,大部分产品都是基于一种相似的双电层结构,采用的工艺流程为:配料混浆制电极裁片组装注液活化检测包装。

超级电容器根据制造工艺和外形结构可划分为钮扣型、卷绕型和大型三种类型,三者在容量上大致归类为5F以下、5~200F、200F以上。钮扣型产品具备小电流、长时间放电的特点,可用在小功率电子产品及电动玩具产品中。而卷绕型和大型产品则多在需要大电流短时放电,有记忆存储功能的电子产品中做后备电源,适用于带CPU的智能家电、工控和通信领域中的存储备份部件。

2007年,全球钮扣型超级电容器产业规模为10.2亿美元,卷绕型和大型超级电容器产业规模为34.8亿美元,超级电容器产业总规模为45亿美元,同比增长45%;预计2008年全球钮扣型超级电容器产业规模为15.3亿美元,卷绕型和大型超级电容器产业规模为为52.2亿美元,超级电容器产业总规模为67.5亿美元,同比增长50%。

在超级电容器的产业化方面,美国、日本、俄罗斯、瑞士、韩国、法国的一些公司凭借多年的研究开发和技术积累,目前处于领先地位,如美国的Maxwell,日本的NEC、松下、Tokin和俄罗斯的Econd公司等,这些公司目前占据着全球大部分市场。

我国超级电容器技术生产新动态

近年来,由于看好这一领域广阔的应用前景,中国一些公司也开始积极涉足这一产业,并已经具备了一定的技术实力和产业化能力。

目前国内从事大容量超级电容器研发的厂家共有50多家,然而,能够批量生产并达到实用化水平的厂家只有10多家。

2005年,中国超级电容器产业总规模达到3.9亿元人民币,较2004年的2.48亿元增长57.2%,其中,纽扣型超级电容器为4千万元,卷绕型和大型超级电容器为3.5亿元。2006年产业总规模达到5.7亿元人民币,增速高达46.2%。其中,钮扣型超级电容器市场规模为9千万元,卷绕型和大型超级电容器为4.8亿元。2007年产业总规模达到8.6亿元人民币,增速高达50%。其中,钮扣型超级电容器市场规模为1.4亿元,卷绕型和大型超级电容器为7.2亿元。预计2008年产业总规模可达13.3亿元人民币,增速可达55%。其中,钮扣型超级电容器市场规模可达2.1亿元,卷绕型和大型超级电容器市场规模可达11.2亿元。

目前,国内厂商大多生产液体双电层电容器,重要企业有锦州富辰公司、北京集星公司、上海奥威公司、锦州锦容公司、石家庄高达公司、北京金正平公司、锦州凯美公司、大庆振富公司、江苏双登公司、哈尔滨巨容公司、南京集华公司等十多家。据称,国产超级电容器已占有中国市场60%~70%的份额。

由于新兴公司不断涌现,超级电容器在国内的大规模应用也渐行渐近。国内供应商正积极地从不同角度来应对规模应用所面临的问题。例如,由于是一个相对较新的产业,国内供应商目前正积极地进行市场及技术推广工作,越来越多的买家也逐步开始了解并认可超级电容器。此外,目前供应商正积极从事应用开发,帮助买家开发出成熟的替代方案。

在克服大功率应用超级电容器一次性投入成本较高的问题上,国内供应商也在通过提高其性价比方面积极努力。业内人士指出,超级电容器相对蓄电池的优越性要靠性价比来体现。以铅酸蓄电池为例,目前一般可充放电5000次,但超级电容器理论上的充放电次数可达数万次乃至数十万次,就实际水平而言,国内某些厂商的超级电容器已经可以实现充放电20000次。这样一来,如果超级电容器在使用寿命上是蓄电池的4~5倍,而价格却仅为其3倍左右,就可以体现出更具竞争优势的性价比。

在具体应用开发上,国内供应商已经开始在各自擅长的领域取得具体应用成果。在小功率应用超级电容器方面,国内不少厂商都开发出了相应的应用或替代方案,使其产品获得了具体应用。部分公司的产品已经应用到太阳能高速公路指示灯、玩具车和微机后备电源等领域。

目前,国内厂商也很注重超级电容器的大功率应用,如环保型交通工具、电站直流控制、车辆应急启动装置、脉冲电能设备等。

应用需求及市场前景广阔无限

业内专家预测,目前中国市场的年需求量可达2150万只,约1.2亿Wh,且每年都在以约50%的速度增长;整个亚太地区的年需求量超过9000万只,约5.4亿Wh,增长速度约为90%;全球的年需求量约为2亿只,约12亿Wh,增长速度约为160%。由此可知,市场前景非常广阔。美国市场研究公司Frost & Sullivan的一份报告预计,2002年到2009年之间,全球超级电容器产业的产量和销售收入将分别以157%和49%的年复合增长率保持高速增长。目前,超级电容器占世界能量储存装置(包括电池、电容器)的市场份额不足1%,在我国所占市场份额约为0.5%,因此超级电容器存在着巨大的市场潜力。

超级电容范文第7篇

[关键词]直流微电网 燃料电池 超级电容 蓄电池 控制

中图分类号:TM121.1.3 文献标识码:B 文章编号:1009-914X(2015)46-0067-02

分布式电源DGs(Distributed Generations)由于污染小、安装灵活等多方面优点近年来得到快速发展,但大量的DGs 接入电网中产生了一些不良影响。作为新能源接入的一种解决方案,21 世纪初提出了微电网概念。微电网分为直流微电网和交流微电网。直流微电网不仅可以连接直流微电源,如光伏阵列PVA(PhotoVoltaic Array)、燃料电池FC(Fuel Cell)和超级电容SC(Super-Capacitor), 而且可以随时增大线路传输容量,提高供电可靠性,降低系统线路损耗。随着直流负载的不断增多,如电动汽车、电子负荷等,为直流微电网的应用提供了发展机遇。直流微网已引起国内外学者的广泛关注。

文献讨论了直流配电在商业办公和居民住宅应用的可行性,认为在有直流微电源接入的情况下,采用直流可以有效地降低系统损耗。提出了基于直流模块的建筑集成光伏系统的电气结构,论述了直流变换器拓扑的设计原则,研究了光伏直流建筑模块与集中逆变模块的协调控制策略,但没有涉及多种分布式能源的互补应用。探讨了直流微电网的稳定性问题,重点讨论了变换器控制参数的影响,但没有计及DGs 特性。] 建立了光伏阵列和燃料电池的模型,验证了模型的有效性,但没有涉及储能装置和微电网能量管理控制策略。研究了直流微电网运行模式切换控制策略,通过控制汽轮机的工作个数维持网内功率平衡,但没有涉及微电源数学建模。目前对DGs 的研究主要在交流微电网下进行,大多探讨单一类型微电源的并网控制,含有储能装置的混合发电系统在直流微电网中的研究并不多。通过探讨DGs 在直流微电网中的应用,研究考虑DGs 特性的孤立直流微电网运行控制策略, 在MATLAB / Simulink 下验证控制策略的有效性。主要内容包括:建立光伏阵列、超级电容、燃料电池和蓄电池的数学模型;跟踪光伏阵列最大功率。

1 系统结构

图1为系统总体框图。直流微电网主要由微电源、变换器、直流配电网、储能装置和直流负荷组成。对超级电容进行充放电管理,防止过充或过放,并维持直流母线电压稳定;对蓄电池充放电管理进行优化;对燃料电池输出功率变化率进行控制,保持网内功率平衡;提出以直流母线电压为控制信号,根据储能的特性将不同储能设立优先级,用下垂法设置各储能的阈值电压,优化能量分配,从而达到稳定直流母线电压的目的。

2 储能模型

2.1 超级电容的数学模型

对超级电容建立数学模型,超级电容模型主要有德拜极化模型、传输线模型和经典等效模型。图2(a)为经典等效模型,图中是等效串联电阻,代表电容器内部发热所消耗的功率,对电容器的充放电过程影响较大;是等效并联电阻,代表超级电容的漏电流,影响电容的长期储能性能;是理想电容。在实际应用中,电容器通常处于较快和频繁的充放电循环过程,的影响可以忽略[11],电容器可进一步简化为一个理想电容与等效电阻串联的模型,如图2(b)所示。根据式(1)-(3)确定超级电容的容量[12]:

2.2 蓄电池的数学模型

3 直流母线电压控制策略

直流微网仅需考虑有功功率的平衡,无需考虑无功功率流动,因此直流母线电压为衡量系统稳定的唯一指标,控制直流微网中的电压稳定,就可以控制系统稳定运行。直流母线电压下垂法是一种可以自动实现最优化的控制方法,直流微电网中的各个变换器会随着直流母线电压的跌落逐个/组的投入系统中。这种能量优化控制策略实施的第一步就是对每个变换器设定一个门槛电压,门槛电压的设置应该从优先级别最高的电源控制器开始,优先级最高的电源的电压就是系统工作的额定电压;然后依次设定下一个优先级的门槛电压,下一级的门槛电压的设定需要用到上一个门槛电压值;变换器的门槛电压设定遵循如下的公式:

为了降低系统的运行的成本,可再生能源作为系统中优先级别最高的单元模块,始终以最大功率输出,可以提供给系统的功率为由负载决定,通常为负载的平均功率。蓄电池,和超级电容作为系统的能量缓冲单元工作,当系统中的负载功率比较小的时候需要给蓄电池充电以防止母线电压升高,当系统中的负载的功率增加时,光伏电池不能够满足负载的需求时蓄电池对外放电以保证母线电压的相对稳定,因此将充放电速度快,寿命长的超级电容为系统能量优化的第二级的电源模块其次是蓄电池;燃料电池作为系统中备用的电源,只是在系统能量极其不足的情况下才投入运行,因此将燃料电池作为系统中优先级别最低的电源模块。

设置了七个参考电压,并且保证->>>>>,这也从另一方面反映了系统中的供电单元的优先级,优先级最高的是光伏电池,其次超级电容和蓄电池,最后是燃料电池,这样的一种电压设定的方法也体现系统运行成本的优化。按照母线下垂法可以分为以下的几个工作状态。考虑到系统运行的成本问题,燃料电池的以最小恒功率功投入运行控制。并且保证工作在燃料电池的经济运行带上。

4 仿真研究

根据图 1 所示的直流微电网的结构搭建了直流微电网的仿真平台,并采用的基于母线电压下垂法,对整个系统进行了系统能量控制的仿真。

从仿真的结果中,可以看出仿真结果与理论的分析基本一致,不论系统工作在那一个状态,变换器的端口电压都可以稳定工作在设定的电压阀值上。对于电和负载的功率冲击,母线电压都可以稳定在一个相对稳定的范围内。

5 结论

本文以直流微电网为研究对象,建立了微电源的数学模型,设计了简单直观的控制策略,以直流母线电压稳定为控制目标,实现了微电源间的协调控制。仿真结果表明:

a. 下垂控制可以实现能量的合理分配;

b. 该控制策略实现经济最优化;

c.能够稳定直流母线电压,暂态时电压波动在可接受范围内。

参考文献

超级电容范文第8篇

【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。由于该模型主要考虑的是系统的动态性能,所以可以不考虑并联内阻。在高频情况下由于存在分布电感,所以此模型的分析结果会产生一定的误差。但由于实际应用时超级电感器蓄电池混合电源的工作周期一般为毫秒至秒级,所以该模型是可行的。若将该模型进行拉氏变换,并利用戴维宁定理简化可得到另一种更加简单的等效电路。

3 内部损耗分析

超级电容器蓄电池混合电源应用于脉动负载时,负载电流的大部分由内阻很小的超级电容器支路承担,因此使得超级电容器与蓄电池混合电源中蓄电池的内部损耗降低了,蓄电池的发热量也大大减小,有效地延长了电池的使用寿命。

经过整合分析结果,得出第一、当负载占空比越小、周期越小时、功率节约因子越大,超级电容起蓄电池混合电源的内部消耗就越小;第二、超级电容器及蓄电池的等效串联内阻对功率节约因子的影响是:超级电容器的等效串联内阻越小,功率节约因子越大:蓄电池的等效内阻越大,功率节约因子越大,超级电容器蓄电池混合电源的内部消耗就越小。第三、功率节约因子与超级电容器的电容量及等效串联电阻的关系:当超级电容器的等效串联内阻越小时,电容量越大,功率节约因子越大,超级电容器蓄电池混合电源的内部损耗越小。当电容量达到一定值时,功率节约因子会随着电容量的变化趋于平稳。第四、功率节约因子与超级电容器并联支路数的关系:当并联支路数增加时,功率节约因子会随之增大,但是在并联支路数增大到一定程度时,功率比例因子的变化将趋于平稳。

4 运动时间分析

利用超级电容器蓄电池混合电源驱动脉动负载,由于蓄电池的内部损耗降低了,因此延长了蓄电池的运行时间。使得超级电容器蓄电池混合电源与蓄电池单独供电相比,节约了许多能量。并且混合电源与蓄电池单独应用相比,其运行时间得到了延长。时间延长率与三个因素有关,其中包括了功率节约因子,脉动负载占空比以及负载电流率。基于以上分析结果,研究人员对超级电容器蓄电池混合电源的运行时间进行了仿真。

整合分析后得出了超级电容起蓄电池混合电源的时间延长率与负载参数的的关系。第一、脉动负载的频率越高,时间延长率就越大。第二,时间延长率还与脉动负载的占空比有关,占空比过小或过大时,时间延长率变小,并趋于零。一般情况下,时间延长率的最大值应在占空比变化范围内,即在零至一的某个点变化,具体的要依附于频率和负载电流率来决定。第三、随着并联支路的增加,超级电容器蓄电池混合电源的时间延长率变大了,当并联支路增加到一定值时,时间延长率的变化又将趋于平稳。

实验结果表明,超级电容器蓄电池混合电源在驱动脉动负载时,大部分的负载电流有超级电容器的支路分担。由于超级电容器的功率密度大,电流输出能力强。使得混合电源的峰值输出功率明显比单独使用蓄电池有显著提高。当脉动负载停止工作后,蓄电池组继续输出电流,给超级电容器组充电。

由上述分析可知,超级电容起蓄电池混合电源不仅降低了蓄电池的输出电流峰值,而且抑制了端电压的跌落,其作用相当于使蓄电池的等效源阻抗降低了,提高了蓄电池的动态响应能力,是电源在驱动脉动负载使得内部损耗降低,放电效率得到提高,放电时间得以延长。

5 总结

本文建立了超级电容器蓄电池并联的数学模型,针对负载为脉动的情况对混合电源在峰值功率的提升等方面进行了分析,并对几种主要的结构进行分析和验证,得到了以下几点结论:第一、超级电容起蓄电池混合电源在工作时,超级电容器和蓄电池同时向负载提供电流,且负载电流主要由超级电容器提供。在负载停止工作期间,蓄电池对超级电容器充电。第二、超级电容起蓄电池混合电源的峰值输出功率与脉动负载的周期、占空比、蓄电池内阻、超级电容器内阻、超级电容器的容量和并联支路数有着密切的联系。第三、采用超级电容器可以补偿蓄电池的电流,使得本来应与负载电流相等的蓄电池输出电流得以下降,缓解了蓄电池输出电流过大的压力。第四、超级电容器蓄电池混合电源十分适宜用于功率很高但平均功率较低的脉动功率负载。

在实际应用中我们要有效的利用超级电容器蓄电池混合电源的优势,可通过功率变换器的并联结构使系统配置具有很大的灵活性,从而更好地有优化蓄电池的工作。并且由于功率增强能力与混合电源自身的参数和负载参数有关,所以在实际的应用中,要根据具体情况合理的配置超级电容器组的结构,在满足系统要求的情况下实现混合电源的经济性和实用性。

参考文献:

[1]张国驹,唐西胜,齐智平.平抑间歇式电源功率波动的混合储能系统设计[J].电力系统自动化,2011(20).