超级电容组霍克锂电池特性分析论文

篇1：超级电容组电池特性剖析论文

500kV变电站电容器组反常动静原因剖析及对策

 

摘 要 500kV变电站电容器组毛病问题是常见问题，其间反常动静也是毛病问题之一，本文结合某区域500kV变电站电容器组反常动静的实例，剖析了动静发生的原因并提出了科学的处理对策。

 

要害词 500kV变电站；电容器组；反常动静；原因；对策

 

中图分类号 TM6 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0194-02

 

反常响声概略

 

某区域500kV变电站为枢纽变电站，低压端最新装备了一对电容器组，然而，该对电容器组刚作业几个小时，就遽然宣布非正常动静，该动静略接近变压器噪音，到达80.6dB，超出了规则规范，影响了变电站体系的安全作业。500kV变电站电容器组反常响声的原因剖析

 

500kV变电站电容器组反常动静的检测与原因查找应该要点从2方面出发，一方面要立足于客观理论，另一方面则要深化实践，从理论与实践两边下手，进行全方位地勘测、剖析。

 

2.1 理论视点切入

 

1）电容器衔接。依据电气设备相关的技能规程、规范规则，软衔接一般用于电容器及其横联线中心，而且接头要经过铜质资料进行压接，规则电容器有必要挑选双套管构造，其接线方式为：先串联、再并联，规则各相路的并联容量也要在操控在3？900kVar范围内，保证电容器组的各个部件结实联络、没有任何变松现象。

 

2）母线原料挑选。优选铜质母线，把握好其截面巨细，经过的电流巨细需大于回路的1.5倍，而且当发生三相短路毛病时，该母线依然可以安然无恙，要到达必定的热等级。

 

3）衔接线。首要是指坐落电容器与母线中心的线路，要保证其惯例可以接受必定程度的电流，具体的电流巨细应该到达单台电容器额外电流的1.5倍以上。优选软质的铜原料做衔接线，这样才干有用抵御外部热力、温度等的不良影响。

 

4）绝缘防护要求。所谓的绝缘防护指的是电容器组、阻隔开关以及避雷器等衔接处的绝缘防护，具体可以挑选热缩绝缘套管，到达安全绝缘的目的。

 

5）不平衡电流的丈量。一般情况下，电容器组或许呈现电流巨细不

 

一、不平衡等问题，对此就要做好电流丈量作业，具体丈量数值应该在特定范围内，操控在规则的安全范围内。

 

当发现变电站电容器组呈现反常动静时，第一步要考虑到以上理论因素，从理论视点剖析动静反常的原因，深化现场查看各项设备能否到达规则的技能要求。按照相关的技能规则进行逐项排查，保证及时消除毛病。

 

例如，现场实测电容器将是否选用了软衔接，相关的衔接处有无松动现象，假如呈现松动就简略呈现反常动静。一起，查看绝缘子能否达标，绝缘子质量不合格同样会形成动静问题。具体见表1。

 

2.2 实践检测剖析反常动静的原因

 

2.2.1 红外测温

 

红外测温是常见的电容器作业监测办法，一般来说应该选用盯梢测温的办法，反复丈量，一般要接连盯梢4回进行测温。此次反常动静呈现后，对电容器进行测温，发现其间一次测温>100℃，其他3次<60℃。

 

2.2.2 布景噪音丈量

 

当呈现非正常动静时，用普通的耳朵试探，感觉到动静大致呈现在电抗器和电容器二者中心，在此处引进噪声监测设备进行查看、监测，测出电容器布景噪音，得出如下成果：1-1C？A相，噪音到达80.6dB，超出规则值，1-2C？C相噪声到达87.7dB，也超出了规则值。

 

2.2.3 电容器外观查看

 

电容器外观查看也是反常动静查看的一项重要环节，具体的外观查看办法为：对电容器每组内的单个电容器来核对，查看有无反常问题，经查看一切正常，没有油体泄漏现象，也无设备起鼓问题，未曾有部件不牢、螺丝衔接松动等问题。一起，为了判别该反常动静是否来自于设备共振，先堵截电源，再深化查看各相支柱瓷瓶概略，查看有无破损现象，经查看瓷瓶一切正常。

 

2.2.4 电容量丈量

 

在断电状况下，深化查看各个电容器单元的电容量，本次事故后对电容器INXS丈量，发现没有任何反常现象，其容量也处于规范合格状况，单体电容器也未曾呈现油体渗漏、变形等问题，各个部件间衔接严密，没有任何松动问题。对此可以判定出问题并非来自于部件衔接不严密，一起，也证明电容器自身并无任何毛病问题，这样就排除这两大毛病原因。经屡次剖析、判别得出：电抗器和电容器之间的链接线质量低下，并未挑选软衔接，然后导致了电容器组反常动静。

 

2.3 其他毛病原因

 

导致电容器组反常动静其他毛病还有很多，例如：断路器毛病、操作组织压力反常、操作回路发生反常问题、沟通储能电源毛病等，各个电气元件假如未能科学规划，实践运用中都或许对电容器的作业带来影响，导致反常动静的呈现。

 

电容器组实践作业进程中，假如呈现过热、温度过高级现象时，首要热源一般来自于导电衔接处，所以，有必要加大对导电衔接部位的查看与维护，避免其呈现过热问题。电容器组反常动静的处理对策

 

3.1 全新排查、检修

 

电容器反常动静呈现后，首先应做好毛病排查与检修作业，先确认电容器组内铝排链接方位，深化加工与处理，并做下细致的剖析。关于特别的毛病，需求先堵截电源，围绕电容器组展开全面的检修。

 

关于此次反常动静毛病，经查看发现毛病来自于电容器和电抗器间衔接毛病，而且单个衔接部位呈现了少许松动，然后导致了振动现象，对此可以挑选增设垫片来操控动静，以此来进步电容器组的作业功率，一起，保证电力体系的电压质量。电容器组一旦投入运用，就有必要对噪声实施动态监控，做好相关的测温等作业，及时总结经验，削减毛病问题的呈现。

 

3.2 挑选高质量电容器组

 

电容器组自身的质量会直接影响作业作业，优选高质量电容器组。例如，进步铝箔极板质量，优选凸箔结构的铝箔板。电容器外部各个部件应该挑选自动化的氩弧焊焊接，而且也要优选高质量、现代化的真空注油工艺。进步熔丝产品质量，保证其工艺合格，未有任何缝隙问题，要常常查看外熔丝，保证其质量。

 

一起，也要注意电容器组类型的挑选，常见的类型为：片架式、集合式。一般来说，2种电容器在作业安全性、投运时刻方面存在着必定的差异，一方面要结合实践经验，不断总结不同类型电容器组的功用和效果；另一方面则应查看变电站的具体情况，对应优选合适的类型。

 

3.3 增设内外熔丝维护

 

变电站电容器组需求熔丝的维护效果，这其间需求内、外熔丝的双向维护、双向支持。然而，因为外熔丝所处环境较为杂乱，简略受到外部环境、温度、设备质量等的影响，起维护功用会受到影响，然后进步其毛病率。所以，也要附加内部熔丝维护，可以维持电容单元持久作业。假如挑选了外熔丝维护方式，就要参照体系作业状况来把握好外熔丝的额外电流，一般应该挑选规范规则上限值1.6倍额外电流，而且要积极操控因为过热导致的熔丝烧断现象，对此可以选用高端、升级版的双熔芯熔丝，然后操控发热问题的呈现。定论

 

变电站电容器在正式运用前，有必要严格依据国家的相关准则规则，做好质检作业，保证其各项功用、功用等合格，在此根底上加强其作业进程中的监管，其间要注重在电抗器和电容器间挑选软衔接，以此来操控电容器组呈现反常动静，进步电容器组的运用功率。

 

参考文献

 

[1]蒋跃强，周行星，陆志浩.华东500kV电网无功补偿电容器毛病剖析[J].华东电力，2008.[2]李胜川，高殿滢.一起66kV电容器毛病的剖析及预防办法[J].电力电容器与无功补偿，2009，30（3）：51-56.

 

篇2：蓄电池组电容量的在线剖析体系

铅酸蓄电池组 (VRLA) 作为备用电源, 被广泛运用于通讯、电力和交通等范畴, 为体系安全牢靠供电供给最终的保证。所以, VRLA的蓄电才能直接影响整个供电体系的安全牢靠地作业。蓄电池蓄电才能的在线检测是保证蓄电池牢靠供电的有用办法。蓄电池的蓄电才能跟着运用年限的添加而逐渐下降[1]。这种才能的下降不只与电池出产的质量有关, 而且也与电池的日常运用和维护有重要联系[2]。准确地了解电池的蓄电才能或剩下电量, 准确地把握蓄电池充放电等作业参数, 是保证电池供电体系牢靠作业的重要参数。关于点评电池的质量和功用, 判别电池维护是否合理, 把握上述参数是非常重要的。现在丈量电池蓄电才能常用的办法有电解液密度法、放电电压剖析法、电池内阻剖析法和放电统计丈量等办法。本文首要是选用作业电流放电法。

 

 

1检测电池组蓄电才能的完结计划

 

 

蓄电池蓄电才能的点评单位是A·h。这个点评单位实践上也是个计量单位。以0.1 C的放电电流, (规范温度一般为25℃) [3,4,5], 规则的放电中止电压 (单节电池电压1.8 V) 条件下, 电池所能放出的电量称为电池蓄电容量。关于室内设备的供电设备, 电池实践的供电才能首要取决于放电电流。按照实践的作业电流进行放电, 一直放到规则的放电中止电压, 这样统计出来的放电量自然是最客观的计量成果。经过实践放电来丈量电池蓄电才能的办法是检测电池蓄电才能最准确和有用的办法。

 

 

 

丈量充沛充电电池的内阻可以点评电池蓄电功用是否发生了改变。运用现代电子设备具体记载电池作业的作业参数, 可以得到满意的电池参数检测成果[6]。本应急电源蓄电池组归纳检测体系首要包含三项检测内容:电池放电量检测、单节电池电压检测和单节电池内阻检测。

 

 

 

电池放电量检测完结计划如图1所示。在电池组回路上加装电流变送器, 对放电电流进行采样。当电池组开端放电作业, 电池组的放电电流大于0时, 开端累计电池的放电量。当电池组的总电压到达最低答应电压, 电池组中止放电作业, 对放电电流进行全程累计, 这样就得到了作业电流放电的实践蓄电量。

 

 

 

 

充沛充电后的全程放电量累计, 反映了电池的实践蓄电才能。另外, 用电池的核算容量减放电的累计电量就得到电池的剩下电量。这样测到的剩下电量具有杰出的线性显现值。电流采样还可以检测电池组充电的情况, 依据电池的充电量可判别电池的充电程度。

 

 

 

运用电池电压巡检表, 检测单电池电压, 单电池检测原理如图2所示。

 

 

 

 

丈量单数节电池电压时, 闭合开关K2n-1、K2n和KA, 对应电池的电压为:

 

 

 

U1=E2n-1 (n=1, 2, 3, …) 。

 

 

 

丈量偶数节电池电压时, 闭合开关K2n、K2n+1和KB, 对应电池的电压为:

 

 

 

U2=E2n (n=1, 2, 3, …) 。

 

 

 

在放电状况下, 电池组单电池电压的改变也可以反映电池功用的改变。功用杰出的电池, 放电时电压改变缓慢, 恒压放电时刻较长。功用下降的电池, 恒压放电的时刻相应缩短。

 

 

 

选用沟通法对单电池内阻进行在线检测[7], 可以在不放电的情况下, 便利地依据电池内阻的改变完结检测电池功用的改变。丈量原理如图3所示。沟通讯号源可选用50 Hz市电电源, 经变压器降压供电。

 

 

 

 

丈量时先闭合开关KA和KB, 对电池组施加一个正弦沟通电流, 丈量电流有用值为I。然后再闭合开关K1与K2, 经过采样电容C1和C2丈量电池E1上沟通电压的有用值U1。由这两个丈量值算出电池E1的内阻:

 

 

 

R1=U1/I。

 

 

 

顺次接通开关Ki和Ki+1, 测得电池Ei上沟通电压有用值Ui, 就可以得到各电池的内阻ri。严格地说, 这个成果应该是电池E1的内阻抗。当电池内阻添加时, 其内阻抗必定随之添加。也就是说电池内阻抗的改变与内阻的改变密切相关。新电池的内阻一般比较接近, 因为电池内阻表接线办法的不同, 实践丈量成果或许会有所差异, 这是因为部分丈量线串联了电池的衔接电缆, 引进了包含电极桩在内的附加欧姆电阻。这部分附加电阻, 以及电池内阻抗的电抗分量, 在电池作业中一般不会有显着改变。将最初的丈量成果加以保留, 和今后的内阻丈量成果进行比较, 电池内阻添加时, 阐明电池的功用变坏, 蓄电才能将下降。现在一般免维护电池的平均运用寿数在5年以上, 充沛充电后电池内阻不会快速改变。内阻丈量的频度可以每月丈量一次, 或经历放电再充电后添加一次[8]。内阻检测进程较短, 最好在丈量时暂时中止电池组的浮充电, 以便避免浮充电对丈量内阻信号的影响。

 

 

2电池作业参数记载

 

 

表1是摘录核算机检测体系记载的电池组全放电测验数据。表1中Q列对应的参数为累计放电量。Q′/%列为依据累计放电量算出的剩下电量百分数。因为选用了直接依据输出电流累计蓄电池的电力耗费, 剩下电量百分数反映的成果愈加客观准确, 克服了电压式电量表电力耗费过半才有电力下降显现的缺点。

 

 

 

 

 

 

 

 

表中所列的参数别离为:

 

 

 

I—总电流 (A) , Q—累计放电量 (A·h) ,

 

 

 

U—总电压 (V) , Ei—单节电池电压 (V) ,

 

 

 

Q′ (%) —剩下电量百分数。

 

 

 

电池的核算容量是依据实践放电量进行批改的。例如在表1中电池的核算容量是依据前次全放电的记载批改的成果, 57 A·h, 它反映了电池作业的实践情况。关于EPS (应急电源) , 实践负载和规划负荷会有必定偏差。其它类型的蓄电池电源有许多也有上述相似的特色。蓄电池运用的年限不同, 电池实践负载率不同, 都会影响电池的实践蓄电容量, 经过累计作业电流完全放电量, 当实测的电池容量与电池的核算容量差值到达一个预订的等级时, 体系将对电池当时的核算容量进行批改, 其成果可以愈加客观地反映电池的蓄电才能。

 

 

 

在浮充状况, 经过对电池内阻的巡检, 可以非放电地发现电池失效的毛病。表2列出了电池组放电前电池内阻巡检的成果。

 

 

 

 

 

 

 

 

在一切18节电池中, 第4、11、13、16、17节电池的内阻, 显着高于其它电池的内阻, 反映出这五节电池功用已发生了改变。从表3所示的后来放电时, 单电池电压记载可见, 电池内阻显着添加的五节电池电压, 在放电时迅速跌落。而其它内阻正常的电池 (表3中的E1、E12、E18) 电压在放电进程中平稳地改变。由此可以证明这五节电池已经失效。

 

 

 

 

 

 

 

3作业数据远传完结了核算机数据保存

 

 

电池组供电体系往往安置在鲜为人知和安静寂寞的当地, 它的作业、表现和待遇, 平时往往无人问津。现在的核算机具有海量的数据存储才能和高速的数据处理才能, 监控电池只需求占用它极少的时刻和资源。现在电池组作业的数据可以经过简略的数据通道传到远方的核算机里, 由值勤核算机代为监管和保存。

 

 

4核算机在线监测成果

 

 

归纳检测体系运用的核算机体系是北京三维力控科技的力控6.0监控组态软件。本应急电源蓄电池组共有18块单体蓄电池。

 

 

 

将电池柜中的数据收集体系收集到的数据信息经过串行通讯口传到核算机监控体系, 就可以得到如图4所示的蓄电池检测体系电压实时丈量的界面。

 

 

 

 

该监测体系可以显现电压丈量的实时值, 可以以图形的方式显现电池电压检测成果和体系的各个首要参数, 还可以生成各个单体蓄电池的电压报表。

 

 

5定论

 

 

选用记载作业电流放电法检测蓄电池的蓄电才能, 较电池放电电压剖析法更为准确。经过丈量电池内阻可以有用判别电池功用是否发生改变, 可以得到愈加全面客观准确的剖析成果, 为日常电池组的维护供给快捷。而且该丈量办法简略、实用、牢靠。而且结合了核算机监控体系, 可以更具体地反响当时蓄电池的作业状况, 完结了线性电力耗费指示、动态的电池容量批改和电池功用的非放电测验, 完结了实时在线的准确反响电池组的作业状况, 进步了体系的安全作业、牢靠性和自动化程度。

 

 

摘要：依据铅酸蓄电池组的充放电特性, 选用作业电流放电法丈量蓄电池组的蓄电才能。规划了铅酸蓄电池组蓄电容量的核算机在线监测体系。该体系在丈量进程中可以对电池放电时的剩下电量给出线性的指示。蓄电池组放电时对电池组单节电压进行巡检, 发现功用开端下降的电池, 排除电池失效的隐患。在浮充状况下在线丈量电池的内阻, 在非放电的条件下发现电池功用的改变。经过核算机对铅酸蓄电池组的各参数的在线监测, 完结了铅酸蓄电池组监测和预警的自动化。

 

要害词：铅酸蓄电池组,容量,内阻丈量,在线监测

 

参考文献

 

[1]朱永祥.蓄电池剩下容量在线检测办法研讨.长沙大学学报, 2006;20 (5) :39—41

 

[2]刘险峰, 倪洪权, 张旭, 等.蓄电池容量在线检测研讨.通讯电源技能, 2009;26 (3) :51—54

 

[3]刘百芬, 程海林.一种新式的蓄电池内阻丈量办法的研讨及完结.仪表技能与传感器, 2004; (5) :49—50

 

[4]李立伟, 邹积岩.内阻丈量设备的研讨.电源技能, 2003;27 (1) :42—44

 

[5]徐曼珍.新式蓄电池原理与运用.北京:人民邮电出版社, 2005:21—33

 

[6]吴中明, 吴昊.密封铅酸蓄电池容量快速测验技能难点剖析.通讯电源技能, 2006;23 (1) :59, 60, 67

 

[7]龙顺游, 强锡富.阀控铅酸蓄电池劣化程度猜测研讨.哈尔滨工业大学学报, 2003;35 (1) :118—121

 

篇3：智能电网中超级电容器的运用剖析

要害词：智能电网；超级电容器；运用

 

中图分类号： TM3 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）10-191-2

 

0 引言

 

近年来，人们关于动力的需求量越来越高，使得动力产业之间的竞争也反常激烈，智能电网作为现代化输电与配电的总称，其可以有用节省动力，在智能电网的建造进程中，新动力技能将重新来界说人们的生活。若将电网技能与通讯手段进行衔接，那么就能很好地保证根底电网的储能技能，而超级电容器是十分重要的储能设备，关于智能电网的长远开展有着重要的意义。

 

1 智能电网的首要特色

 

智能电网的建造是为了更好地完结以下几个方针：分布式动力的运用、电力供应商间的良性竞争、电网自动化监测体系的完善、电力供应质量的加强、电力用户间的互动、节省动力，其间节省动力为首要目的。今后的智能电网其会由自动化输电体系与配电体系来构成，其运作办法也会愈加和谐、牢靠，而且其有着以下几个特色：快速满意电力市场供应需求、安全灵活运用现代通讯技能、供给安全牢靠电力服务、快速确诊与消除毛病等功用。将智能电网与以往的用电、配电方式比较较，智能电网首要是依托现代信息与通讯技能来完结电网的自动化和智能化，经过低碳、绿色的相关概念来削减电力动力的耗费，这样就能更好地满意电力市场可持续开展的方针。智能电网的技能要害在于电网作业办理、分布式动力、用户办理几个方面，分布式动力是由储能技能与分布式发电组成的，将超级电容器作为储能技能的首要体系，有利于进步智能电网的电力供应质量。

 

2 超级电容器的分类

 

2.1 双电层电容器

 

双电层电容器是指运用电极与电解质间所构成的界面双层来完结能量存储的元器件，详见图1，一旦电极与电解液之间进行触摸，那么就能依据分子间力、原子间力之间的效果，来使固液界面具有愈加稳定的双层电荷，以此被称为界面双层。双电层电容器首要运用的电极资料有以下几种：多孔碳资料（见图2）、有活性炭、碳纳米管等，因双电层电容器容量巨细与电极资料之间的孔隙率有着直接的联络，所以孔隙率越高，那么电极资料的外表积就会越大，自然双电层电容量也就越大，但这也不意味着一切的孔隙率高，电容器容量都会增大。将电极资料的孔径巨细保持在50nm以下，就可以很好地进步孔隙率的外表积。

 

2.2 赝电容器

 

赝电容器又被称为法拉第准电容，其是依据电极资料外表与体相间的二维空间之上，使电活性物质呈现欠电位沉积，而发生的复原反响、化学吸附，最终发生电极相关的电容。因一切的反响在体相之间进行，所以才使得体系需求

 

完结的最大电容值更大，而关于氧化复原型电容器来说，在相同体积下的赝电容器容量是双电层电容器容量的近100倍。

 

3 智能电网中超级电容器的运用途径

 

3.1 短时供电

 

微电网有两种较为特别的作业方式，一种是在正常情况下，微电网与惯例配电网之间进行并网作业，故而被称为并网作业方式，另一种是在检测电网呈现毛病或无法满意其相关要求时，微电网及时断开自身而进行独立作业，故被称为孤网作业方式。微电网需求在惯例配电网中吸收一些功率，所以微电网作业方式改变时，就会呈现功率缺少的现象，安全、牢靠的储能设备设备有利于两种方式之间的平稳转化。

 

3.2 缓冲设备

 

微电网规模很小，其体系惯性也小，所以使得网络与负荷常常发生一些动摇，这些动摇会对微电网的作业发生较大的影响，一般作业人员会将微电网中的高效发电机额外容量进行固定，但微电网的负荷却会因为天气等客观因素而发生改变，这就意味着若想满意峰值负荷供电，那么就有必要挑选燃油或燃气来进行调整，但因为这一类动力的作业费用较为昂扬，故而只能作罢。将超级电容器用于此体系之中，其能在负荷期间自动调整微电网的功率需求，因超级电容器的密度较大，所以愈加合适负荷最高峰的挑选。

 

3.3 改善质量

 

超级电容器储能体系有利于改善微电网的电能质量，其可以运用逆变器的操控单元，来对用户和网络进行超级电容器储能体系的调理，这样一来就能完结进步电能质量的目的。超级电容器具有吸收快、功率电能扩大快的特色，若将其用于微电网电能质量设备的调理进程中，有利于处理一系列体系暂态问题，如瞬时停电、电压骤降等问题，能夠运用超级电容器来为其供给功率之间的缓冲，自然也就可以吸收和开释电能，以到达电网电压动摇的稳定性。

 

3.4 优化作业

 

绿色动力是指风能、太阳能，其没有均匀性，会在电能输出方面发生较大的改变，依据这一特性就需求运用缓冲器来进行能量的存储。因这一类动力所发生的电能输出是无法满意微电网契合高峰电能需求的，所以愈加需求为储能设备在短时刻内供给愈加满意的电能，一直到发电量开端添加，那么才可以逐渐削减电量的需求量。例如，太阳能发电的夜晚，风力发电的无风等情况下，都需求运用储能体系来处理这些问题，来完结电能需求的过渡阶段。

 

4 结语

 

综上所述，本文就智能电网中超级电容器的运用进行了具体地剖析，得知动力出产进程需求稳定地开展，而不是不断改变的进程，若将储能设备更好地运用在动力出产进程中，不只可以高效、牢靠的将能量存储在储能设备之中，更能在最短时刻内为其供给相应的动力。总之，超级电容器具有寿数长、无污染等长处，将其运用于智能电网中有利于电力企业的长远开展。

 

参 考 文 献

 

[1] 罗星，王吉红，马钊.储能技能总述及其在智能电网中的运用展望[J].智能电网，2014（01）：7-12.

 

[2] 王彦庆.超级电容器在智能电网中的运用[J].电子元件与资料，2014（01）：79-80.

 

[3] 王承民，孙伟卿，衣涛，颜志敏，张焰.智能电网中储能技能运用规划及其效益评估办法总述[J].我国电机工程学报，2013（07）：33-41+21.

 

[4] 甄晓亚，尹忠东，孙舟.先进储能技能在智能电网中的运用和展望[J].电气年代，2011（01）：44-47.

 

篇4：超级电容组电池特性剖析论文

近年来, 跟着动力危机与环境污染日益严峻, 太阳能、风能等分布式可再生动力以其资源丰富、污染小等长处将在未来动力格式中扮演重要角色。因为太阳能、风能等的随机性和动摇性, 储能体系是必不可少的[1]。

 

蓄电池作为能量型储能元件, 具有能量密度大、便于电能的长期存储等特色, 但其功率密度小, 充放电功率低, 大功率、频频充放电时循环寿数短[2]。超级电容器作为功率型储能元件, 功率密度大, 充放电速度快, 储能功率高, 循环寿数长, 可有用地按捺体系中的短时能量动摇和平滑体系中的瞬时能量, 但能量密度偏低[3]。因此可以看出, 蓄电池储能和超级电容器储能具有互补性, 将蓄电池和超级电容器一起作为储能设备, 将会给储能设备的功用带来很大的进步[4]。

 

为了优化蓄电池的作业进程, 延伸其运用寿数, 文献[5]提出了超级电容器与蓄电池混合储能的思路, 从理论上证明了混合储能体系可以充沛运用蓄电池和超级电容器的互补特性, 进步储能的功率输出才能, 削减蓄电池的充放电次数, 然后延伸其运用寿数。在电动汽车[6]、工程机械[7]等范畴也都有混合储能的运用研讨。文献[8-9]对混合储能运用于独立光伏等分布式发电体系进行了研讨, 成果表明, 混合储能可以优化蓄电池的充放电进程, 削减充放电小循环次数, 延伸蓄电池的运用寿数。但上述内容是针对超级电容器与蓄电池混合体系电路拓扑及操控办法方面的研讨, 对超级电容器与蓄电池优化装备方面缺少理论研讨。

 

本文针对储能在大功率、大容量、动摇性较强的运用场合, 在剖析负荷特性需求的根底上, 给出了储能总容量装备的办法, 提出了依据本钱剖析的超级电容器和蓄电池的混合装备计划, 经过算例剖析, 验证了所提办法的有用性。

 

1 储能体系的结构图及Ragone曲线

 

1.1 储能体系结构图

 

超级电容器与蓄电池混合体系由蓄电池组、超级电容器组、DC/DC变换器及负载组成, 其结构简图如图1所示。

 

体系中装备的超级电容器组、蓄电池组共同为负载传递能量, 超级电容器组经过DC/DC变换器与蓄电池组衔接, 经过操控DC/DC变换器完结超级电容器组向蓄电池或负载的能量活动, 优化蓄电池组的充放电进程, 削减充放电循环次数, 延伸运用寿数, 下降混合储能体系的本钱, 进步其经济性。

 

1.2 储能元件Ragone曲线

 

1.2.1 储能元件Ragone图

 

储能元件的功率密度和能量密度是区别功率型储能元件和能量型储能元件的重要指标, 储能元件的功率密度和能量密度的巨细可以用Ragone图[10]表明, 见附录A图A1。可以看出, 铅酸蓄电池能量密度大, 功率密度小, 呼应速度慢;超级电容器功率密度大, 能量密度小, 呼应速度快。

 

1.2.2 储能元件Ragone曲线的制作

 

在以功率密度p为横坐标, 能量密度e为纵坐标的坐标系中, 单位质量储能元件的放电功率与能输出的能量之间的联系用Ragone曲线[11]来表明, 记作:

 

储能元件的Ragone曲线如图2所示, 它与储能元件的类型、储能元件充放电初始状况及充放电条件相关。可以看出, 当储能元件以恒功率pA放电时, 能输出的最大能量为eA, 最大放电时刻为TA, 一起TA也是衔接点A与原点O的直线的斜率, 因此e=TAp。

 

一般情况下, 储能元件以RC串联为模型, 关于外电路来说, 可以用一个受控电压源V (Qs) 和等效内阻R的串联来等效, 见附录A图A2。Qs表明储能元件可运用电量, 它既是储能元件作业束缚条件的函数, 也代表储能元件存储的电量, 因此它决议着储能元件合理的作业范围。内阻R是储能元件在充放电时元器件的功率损耗。储能元件的Ragone曲线如式 (2) 所示, 其推导进程及变量意义见附录B式 (B1) —式 (B4) 。

 

关于数学模型比较杂乱的储能元件, 如铅酸蓄电池, 其Ragone曲线可经过查询用户手册中的恒功率放电表, 依据表中所列的功率值和时刻, 经过曲线拟合的办法, 得到该类型蓄电池的Ragone曲线。储能元件的Ragone曲线集成了储能元件的荷电状况束缚、能量密度和功率密度束缚、温度束缚和极限功率吞吐能量束缚等。

 

2 储能体系的优化模型

 

2.1 储能体系总容量装备

 

从t0时刻开端, 储能负荷PL在作业的时刻段I内, 需求储能体系供给的最小放电能量E1和需求储能体系吸收的最小充电能量E2的表达式见附录B式 (B5) 和式 (B6) , 由此得到储能体系最小额外容量Erate的表达式为:

 

式中:ηdis为储能体系的放电功率;ηch为充电功率;ηinv为变换器功率;Smax和Smin别离为储能体系荷电状况上下限。

 

储能体系的额外功率要求可以补充或吸收储能负荷在时刻段I内或许呈现的最大功率缺额P1或最大过剩功率P2的表达式见附录B式 (B7) 和式 (B8) 。作业时, 时刻段I内的储能负荷功率缺额或过剩功率的最大值为负荷功率绝对值的最大值。考虑充放电功率和荷电状况束缚, 储能体系的额外功率Prate的表达示为:

 

2.2 方针函数

 

超级电容器和蓄电池混合储能体系在整个寿数周期内的本钱包含购买第1批次储能元件及隶属配件的一次出资本钱L1、储能元件因为老化和损坏形成的储能元件替换所发生的二次出资本钱L2、对失效的储能元件进行处理所发生的收回环保本钱L3。

 

一次出资本钱由选用储能元件的类型、第1批次储能元件的数量及价格决议, 如式 (5) 所示。

 

式中:Cb和Cc别离为蓄电池和超级电容器价格;nb和nc别离为每批次蓄电池和超级电容器数量。

 

二次出资本钱与储能元件替换的批次、储能元件的类型、每批次储能元件的数量及价格相关, 联系式如下:

 

式中:κb和κc别离为整个寿数周期内蓄电池和超级电容器替换的批次。

 

收回环保本钱由储能元件替换的批次、储能元件的类型、每批次储能元件的数量及收回价格决议, 联系式如下:

 

式中:Cbr和Ccr别离为蓄电池和超级电容器的收回价格。

 

优化规划方针是在满意体系功用指标的情况下, 储能体系的整个生命周期出资本钱L最小, 即

 

2.3 束缚条件

 

超级电容器和蓄电池混合储能体系要满意功率平衡束缚条件, 如式 (9) 所示, 储能元件荷电状况和吞吐功率束缚条件都体现在其Ragone曲线中。

 

式中:Pc (t) 和Pb (t) 别离为t时刻超级电容器和蓄电池的输出功率;PL (t) 为t时刻的负载功率。

 

将负载经过一阶低通滤波器滤波后, 得到蓄电池负荷指令, 见附录B式 (B9) 。超级电容器和蓄电池别离承当负载中小尺度功率动摇和大尺度功率动摇, 储能元件承当着的负荷曲线将影响优化方针函数中的决议计划变量, 即它们每批次的数量和在体系整个寿数内的批次。混合储能体系核算流程见图3。

 

3 决议计划变量的核算办法

 

3.1 储能元件数量n的核算办法

 

依据储能元件的Ragone曲线, 储能元件的放电功率越大, 则储能元件能输出的能量越小。假如储能元件在以巨细为PLmax的峰值功率进行恒功率放电时, 能输出巨细为ELmax的能量, ELmax的表达式见附录B式 (B10) , 则该储能元件可以满意参数为PLmax和ELmax的恣意负载。

 

假设在Qu0下, 储能元件的Ragone曲线记作e=f (p, Qu0) , 为了满意负荷所需, 则储能元件在以巨细为PLmax的峰值功率进行恒功率放电时, 能输出的最小能量要不小于ELmax, 若质量为m的储能元件满意负荷需求, 则有:

 

E=ELmax时, m就是满意规划要求的最小值。将式 (10) 变形得到:

 

式 (11) 符号左边是储能元件的Ragone曲线上某一点与原点O相连直线的斜率, 右侧是储能负荷的最小持续时刻, TL=ELmax/PLmax。

 

在pe坐标系中, 为了满意负荷需求, 储能元件的Ragone曲线上至少存在一点使得衔接该点与原点的直线的斜率不小于储能负荷的最小持续时刻。

 

结合图2可得到每批次所需最少储能元件的数量为:

 

式中:m0为单个储能元件的质量;eL和pL别离为单个储能元件的最大输出能量和放电功率。

 

3.2 储能元件批次κ的核算办法

 

储能元件的批次κ由超级电容器/蓄电池混合储能体系的规划作业寿数D和储能元件的等效循环寿数N来决议, 即为:

 

因为超级电容器运用寿数长达数十年, 循环次数可高达500 000次, 在混合体系规划中, 可以以为超级电容器的替换批次为常数, 因此本文要点介绍蓄电池批次求解办法。

 

在规划超级电容器/蓄电池混合储能体系时, 其作业寿数D是可以确认的, 因此储能元件的批次κ由其等效循环寿数N决议。蓄电池的寿数与作业办法有关, 当选用循环办法作业时, 蓄电池的循环寿数与其放电深度H有关, 放电深度越大, 蓄电池的循环寿数越短。

 

因为蓄电池在混合体系的一个循环周期内进行了不同深度的放电, 界说蓄电池第i次放电时的放电深度为:

 

式中:Wb为单个蓄电池的能量。

 

电池在出厂时, 制造商会给出电池在不同放电深度下的电池循环寿数数据。这些数据是在特定条件下丈量得到的, 一般是在25℃恒温下且电池容量下降到标称容量的80%时, 以为电池寿数中止。依据电池厂家供给的数据进行拟合得到蓄电池寿数曲线, 见附录A图A3。选用等效充放电循环次数求解N[12], 如式 (15) 所示:

 

式中:Ncyc (H0) 为在基准放电深度H0下的循环运用寿数;Ncyc (Hi) 为在放电深度Hi下的循环运用寿数。

 

4 优化算法

 

在要害参数核算办法中, 储能元件数量和批次的核算办法都是依据储能元件承当的负荷曲线进行的, 而储能元件承当的负荷曲线又与时刻常数T有重要联系。增大时刻常数T可以添加蓄电池负荷的时刻尺度, 使蓄电池的载荷更为平滑, 下降蓄电池负荷在储能负荷中的比重;减小时刻常数T可以减小蓄电池负荷的时刻尺度, 使蓄电池负荷和储能负荷趋于共同, 增大蓄电池负荷在储能负荷中的比重。

 

式 (8) 的方针函数是时刻常数T的杂乱函数, 含有杂乱的非线性联系, 很难树立时刻常数T与方针函数之间的解析表明式。在寻优进程中, 尽管仅有时刻常数T是变量, 可以经过列举的办法进行核算机仿真, 寻觅最优时刻常数T*, 但会形成核算量大、收敛速度慢等缺乏。

 

MATLAB优化工具箱为各种优化问题的求解供给了一个处理计划, 其间将黄金分割法和抛物线迫临法结合, 可以求解固定区间内单变量非线性问题的最优值。因此, 可以在MATLAB中树立方针函数的仿真模型, 选用优化工具箱对最优时刻常数T*进行求解。具体过程如下。

 

过程1:确认时刻常数T的改变范围[Tmin, Tmax]。混合储能体系的负荷往往具有多时刻尺度特征, 小时刻尺度功率动摇频频, 能量较低;而大时刻尺度功率动摇更平滑, 能量较高。结合超级电容器和蓄电池的特色, 时刻常数T的下限Tmin=1s, 上限Tmax=3 500s。

 

过程2:考虑到黄金分割法仅适用于单谷函数, 即在某一区间中存在唯一极小值点的函数。因此, 需求将时刻常数T的改变范围[1, 3 500]s进行分段, 以保证求得的最优解为大局最优解。本文以10s为一个区间长度, 将[1, 3 500]s分红350段。

 

过程3:对某个区间[ak, bk], 选用黄金分割法寻觅或许存在最优解的区间, 然后按照黄金分割点经过对函数值的比较不断缩小搜索区间, 当区间长度缩短到精度范围之内时, 选用抛物线迫临法求得最优解。

 

过程4:比较L在350个区间内的最小值, 挑选其间的最小值对应的时刻常数T作为最优时刻常数T*。

 

5 算例剖析

 

5.1 数据来历

 

为了验证本文提出的超级电容器与蓄电池混合体系优化装备计划的合理性和优越性, 选取文献[13]中大功率、动摇性较强的负荷数据, 处理后得到负荷功率随时刻改变的数据, 见附录A图A4, 其他数据参数见附录C。

 

5.2 成果与剖析

 

运用依据MATLAB优化工具箱中黄金分割法和抛物线迫临法优化算法来装备超级电容器和蓄电池混合储能体系, 其仿真成果见图4和图5, 储能元件质量和批次随时刻常数T改变, 见附录A图A5。

 

从仿真成果可以看出, 跟着时刻常数的添加, 每批次蓄电池的质量在逐渐削减, 超级电容器的质量在逐渐添加, 在混合体系的整个寿数周期内, 蓄电池的批次在削减, 但二者的本钱之和先削减后增大。这是因为增大时刻常数会削减蓄电池承当负荷中动摇频频的功率, 下降蓄电池每批次的质量和在整个寿数周期内的替换批次, 削减蓄电池的设备容量, 进而下降其本钱。但是当时刻常数增大到33min时, 持续添加其值, 对削减蓄电池批次的效果影响很小, 而超级电容器的容量持续在添加, 其价格也较高, 这样将会添加混合体系的本钱。本算例中在最优时刻常数取12min时, 混合体系的本钱最低。

 

满意算例中1个负荷循环内所需装备的总储能体系额外容量和额外功率别离为7.89kW·h和64.12kW。在单一蓄电池储能中, 总储能体系额外容量和额外功率悉数由蓄电池供给, 整个寿数周期共需蓄电池27批次, 本钱费用为159 561.9美元。其对应在混合储能体系容量装备中, 超级电容器的额外容量和额外功率别离为1.73 kW·h和60.28kW, 蓄电池的额外容量和额外功率别离为6.16kW·h和10.14kW。超级电容器和蓄电池各自承当的负荷曲线见附录A图A6, 其优化成果如附录A表A1所示。可以看出, 在承当相同的载荷时, 本文规划的超级电容器和蓄电池混合储能体系本钱是单一蓄电池储能本钱的33.8%, 这样大大进步了储能的经济性。

 

6 结语

 

针对储能在大功率、大容量、动摇性较强的运用场合, 比较较于单一蓄电池储能, 本文提出的依据本钱剖析的超级电容器和蓄电池混合储能体系装备计划, 可以削减蓄电池在整个寿数周期内的放电循环次数, 延伸蓄电池的运用寿数, 具有较高的经济性。本文仅对2种储能元件构成的混合储能体系优化装备进行了研讨, 可以进一步研讨由多类型储能元件构成的混合储能电站的优化装备。

 

附录见本刊网络版 (http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx) 。

 

摘要：超级电容器和蓄电池混合储能体系归纳了功率型储能元件和能量型储能元件的优势, 避免了单一储能技能的缺乏, 是储能技能的重要开展方向之一。针对储能在大功率、大容量、动摇性较强的运用场合, 在剖析负荷特性需求的根底上, 给出了储能体系总容量装备的办法, 提出了依据本钱剖析的超级电容器和蓄电池的混合装备计划。算例剖析验证了所提办法的有用性。

 

篇5：超级电容组电池特性剖析论文

这是能量密度的问题, 锂离子电池的能量尽管很大, 但却受限于放电速度, 超级电容器可以大爆发般地开释能量, 但在储能总量上不如锂离子电池。所以, 最要害的就是要在短期内将两者合二为一, 一起探究如何才干在超级电容器中储存更多的能量。

 

澳大利亚昆士兰科技大学正在研发一种轻量级的超级电容器, 它薄而巩固, 具有高能量密度, 由两个全碳电极构成。由其制成薄膜, 可集成至车身面板、房顶、门和地板。短期内, 它们将与锂离子电池结合, 使其可以储存满意的能量, 并在数分钟内完结电池充电。

 

博士研讨员Marco Notarianni表明, 车辆需求一个额外的能量冲刺来完结加速, 而这正是超级电容器的用武之地。它的存储量尽管有限, 但却可以完结快速供应。超级电容器可以在很短的时刻内完结高功率输出, 这也意味着汽车将到达更高的加速率, 充电时刻只需几分钟即可。

 

据昆士兰科技大学介绍, 选用超级电容器的车辆还将具有其他几点优势, 举个比如来说, 与锂这样的稀有金属比较, 超级电容器所运用的碳出产本钱低, 且毒性小。

 

据悉, 昆士兰科技大学的科学家们有望于5年内完结车身面板储能。

 

篇6：超级电容组电池特性剖析论文

“超级电容电池”结合了电池与电容的长处, 集超级电容器和锂离子电池的长处于一身, 将两者从器件内部完结结合, 是一种兼具高能量密度和高功率密度的新式储能器件。超级电容电池经过双电层电容与锂离子脱/嵌两种办法进行储能, 处理现行的二次电池与超级电容器无法独自处理的问题, 可望替代现行的二次电池或超级电容器而得到广泛运用。超级电容电池的结构与超级电容器和锂离子电池结构基本共同, 首要由正、负极资料, 电解液以及隔膜等组成。在现有的研讨中, 负极资料作为超级电容电池的要害资料之一, 影响着器件的充放电特性、能量密度、功率密度、循环功用和倍率功用。现在的研讨者一般选用单一的锂离子电池负极资料或超级电容器负极资料作为超级电容电池的负极。当这些负极资料运用于超级电容电池时, 受其资料自身的约束, 有着许多缺点: (1) 资料结构单一, 储能方式单一, 无法最大极限发挥超级电容电池“双功用”的功用特色, 即不能一起运用锂离子化学储能与双电层物理储能相结合而到达高能量密度与高功率密度的目的; (2) 因为资料的单一, 无法克服资料自身的缺点, 如石黑资料具有与溶剂相容性差以及倍率功用不理想等缺点, 锂钛氧化物存在导电功用很差、相关于金属锂的电位较高而容量较低的缺点。这些资料自身的缺点将会大大影响到超级电容电池的高倍率、大容量、以及大能量密度等方面的功用; (3) 功用杰出的电解液一般含有PC溶剂, 但现在商用碳负极均对PC溶剂敏感。

 

该发明克服现有技能之缺乏而供给一种工艺办法简略、操作便利、所制备的资料具有核-壳结构, 且掺杂有金属元素, 一起兼具杰出的双电层储能与锂离子脱/嵌储能特性、可有用进步锂离子电池的大倍率功用及功率密度的超级电容电池碳类复合负极资料的制备办法。包含下述过程:

 

1) 内核资料外表包覆三维层次孔结构多孔碳外壳 (1) 内核资料挑选:取外表纳米化的石墨作为内核; (2) 前驱体制备:将所述内核资料与粒径为1~100 nm的模板剂、有机溶剂、碳源充沛混合后, 于50℃~100℃低温蒸干, 得到前驱体; (3) 前驱体炭化:将所制备的前驱体在维护气氛下, 先按1℃~10℃/min的升温准则, 加热至200℃~400℃, 恒温2~5 h, 然后按1℃~5℃/min的升温准则加热至600℃~800℃, 恒温2~10 h, 然后随炉冷却;得到内核资料上包覆有微孔的三维层次孔外壳的核壳资料; (4) 去除模板剂:依据所运用模板剂, 在常温下选用溶解或腐蚀的办法去除炭化前驱体上的模板剂; (5) 前驱体体部分石墨化:将去除了模板剂的前驱体置于惰性气体维护气氛炉或真空炉中, 加热至2 000℃~2 500℃, 保温0.5~10 h, 使外表壳层的石墨化度介于10%~80%之间;

 

2) 壳层外表掺杂金属颗粒。将第一步所得产物经过化学镀或物理混合的办法掺杂占壳层质量1%~10%的Li、Mg、Ni、Ag、Zn、Cu、Al中的至少一种金属元素;

 

3) 将第二步所得产物经过电化学触摸预掺锂的办法在核壳资猜中掺入占其质量0.25%~1.25%的锂离子, 完结低电位化。

 

该种超级电容电池碳类复合负极资料的制备办法所制备的新式碳类复合负极资料, 具有以下长处: (1) 所制备资猜中, 核层是纳米化后的碳类复合资料内核, 因此具有愈加杰出的锂离子嵌/脱循环功用, 壳层具有三维孔结构, 因此, 具有优异的电容储能功用, 然后使得该资料可满意超级电容电池对负极资料的锂离子储能和双电层储能的两层要求; (2) 所制备资猜中, 共同的多孔外壳对溶剂化锂离子具有杰出的去溶剂化效果, 然后使得外壳对内核石墨发生维护效果, 使得该负极资料结构稳定, 循环寿数更长;因此该负极资料也可用在高功用锂离子电池中。3) 所制备资猜中金属元素的掺入, 可有用下降资料在大倍率充放电下的电阻极化;外壳共同的三维层次孔结构, 有益于缩短离子在外表壳层的分散通道和下降分散阻抗, 然后可有用进步外表壳层大倍率下的电容功用。归纳的成果是该资料具有杰出的大倍率充放电功用。4) 外表壳层的部分石黑化, 可下降外表壳层锂离子嵌/脱进程的不可逆容量, 然后使得资料的可逆容量高。

 

综上所述, 该发明工艺办法简略、操作便利、所制备的资料具有核-壳结构, 且掺杂有金属元素, 一起兼具杰出的双电层储能与锂离子脱/嵌储能特性、可有用进步锂离子电池的大倍率功用及功率密度;可满意超级电容电池对负极资料的锂离子储能和双电层储能的两层要求;可作为高功用锂离子电池负极;具有杰出的大倍率充放电功用。