充电方式对超级电容能量效率的影响

超级电容不同于一般的储能电池,由于其自身的优点在储能中占据越来越重要的角色。对超级电容原理、优势以及应用场合做了简要的描述,给出了超级电容在理论计算下电路的等效模型,针对超级电容的充电效率、放电效率和储能效率给出了明确的定义。通过对恒流、恒压和恒功率3种充电方式的分析,得出恒压充电效率低不适合超级电容充电,恒流充电具有快速高效的特点,恒功率充电仅适用于特殊场合。

混合动力汽车超级电容能量控制研究

超级电容的高功率密度特性可作为混合动力汽车辅助电源。研究了超级电容数学模型,给出了超级电容荷电状态估计方法,在分析升降压双向直流功率电路基础上,提出了超级电容能量存储系统控制策略,在超级电容荷电状态允许范围内,该控制策略满足混合动力汽车启动、加速、制动要求,实验证明该能量存储系统能适应各种负载变换情况。

ZVS双向DC-DC变换器在超级电容能量回收中的研究

针对超级电容器能量回收系统采用硬开关电路存在损耗大的问题,研究了一种基于谐振的双向DC-DC软开关拓扑结构,该拓扑使用四个功率开关管实现功率双向流动,通过开关管的零电压(ZVS)导通,减小了开关损耗。分析了变换器在Buck和Boost模式下的工作模态,并推导了稳态工作时的基本方程。建立了20V/100V、240W双向DC-DC变换器的仿真模型,研制了实验样机,对变换器的工作模式进行了仿真和实验,仿真和实验结果表明变换器的效率可达到95%以上。

混合电动车用超级电容能量源建模

阐述了超级电容的一种基于试验数据的建模方法。结合试验研究超级电容容量特性和内阻特性,全面分析了对建模有影响的超级电容各种功率特性,继而得出超级电容数学模型,最后用MATLAB/Simulink做出仿真模型进行仿真示例。

供墨系统中电动阀用超级电容能量源建模

喷绘机供墨系统中使用的控制阀主要为电磁阀。但在一些特殊的状况下,电磁阀的性能很难满足使用要求。针对这一问题,本文通过采用电动阀替代电磁阀的方法进行解决,而在电动阀的应用中超级电容起到至关重要的作用,它可以在系统意外掉电时帮助电动阀自动复位。本文在分析超级电容结构的基础上,结合其自身特性建立数学模型,并利用MATLAB/Simulink进行模型仿真研究。仿真结果表明,1 F/5.5 V超级电容在系统意外掉电时能够维持电动阀正常工作2~3 s左右,完全可以满足系统的使用要求。

轨道交通超级电容能量回收控制系统设计

根据能量回收系统检测、控制策略与通信功能要求,设计了控制系统软硬件,较好实现了对能量回收系统的控制。系统通信部分采用光纤CAN总线进行内部通信,有效解决了高压强电磁环境抗干扰问题。文章还设计了一种简易光纤集线器,用于实现光纤构成CAN总线形式。

电动汽车运行模拟以及超级电容能量回收系统设计

针对目前燃油汽车对环境造成严重的破坏并且引起能源紧缺的问题,而电动汽车将逐渐成为汽车发展主流的的现状,给出了一种基于STM32103VE控制器和电压空间矢量SVPWM技术的双永磁同步电机拖动、采用超级电容组进行能量回收的电动汽车运行模拟硬件开发平台。实验结果表明,该系统具有结构简单、功能强大等优点,能够实现模拟电动汽车运行以及采用超级电容组进行能量回收的目的。

飞跨电容型三电平电路在超级电容能馈系统中的应用研究

超级电容能馈系统是储能式回馈系统的重要发展方向,然而超级电容器较高的器件成本限制了其推广应用。为了降低超级电容储能系统成本,本工作从拓宽超级电容工作电压范围、提升能量利用率的角度出发,论述了超级电容能馈系统中传统双向DC/DC方案存在的不足,通过对三电平电路的对比研究,提出了一种适用于超级电容能馈系统的飞跨电容型三电平电路结构,并详细分析了该电路的工作模态及其PWM控制方法,最后通过PSIM软件仿真验证了理论分析的正确性。相比于传统两电平DC/DC方案,本文提出的三电平电路结构将超级电容的工作电压范围拓宽了1倍,提高了系统能量利用率。同时,该电路可以提高系统耐压、降低输出谐波及拓扑损耗,在制动能量/势能回馈这种大功率充放电场合具有广泛的应用前景。

澳科学家用石墨烯制造出超级电容能量密度为现有超级电容的12倍

据每日科学网站近日报道，澳大利亚科学家用石墨烯制造出了一种更致密的超级电容，其使用寿命可与传统电池相媲美，且能量密度为现有超级电容的12倍，可广泛应用于可再生能源存储、便携式电子设备以及电动汽车等领域。相关研究发表在最新一期的《科学》杂志上。

基于双金属高核钛氧簇基电极的高性能超级电容器的制备

制备了一系列专为超级电容器设计的新型钛氧簇(TOCs,包括Zn-Ti11和Cd-Ti11),扩大了TOCs材料的潜在应用范围。此类材料具有的优异赝电容性能充分展示了钛基材料的优点。所制备的TOCs基超级电容器的最大功率密度为9.5 W·kg^(-1),能量密度为463 Wh·kg^(-1)。

富氧多孔石墨烯薄膜制备及其超级电容器性能

目的改善传统的激光诱导石墨烯薄膜电极本身储电能力差、应用范围有限的问题。方法利用CO_(2)激光扫描自制的高含氧酚醛树脂薄膜制备了一种富氧的多孔石墨烯薄膜电极,并对其进行电化学活化处理,用以增强内部含氧基团的活性和含量,对石墨烯薄膜的形貌、组成以及电化学性能进行了表征。结果在激光的高温高压下,酚醛树脂分解释放的大量气体会使石墨烯薄膜内部形成丰富的纳米孔隙结构,氮气吸附解吸曲线的结果显示其比表面积达到了324m^(2)/g。此外,在酸性电解质下采用电化学激活的方式,能够使石墨烯薄膜内部碳原子上的含氧基团发生转化反应,并且它们与碳原子的键合也为电极提供了更稳定的结构。在电化学性能测试中,石墨烯薄膜上的氧官能团发生高效的可逆氧化还原反应,在0.5 mA/cm^(2)的电流密度下具有高达342.8 mF/cm^(2)的面积比容量,组装成超级电容器后也保持了优异的储能特性和循环稳定性,在0.0589mW/cm^(2)的功率密度下具有5.93μWh/cm^(2)的能量密度。结论利用该方法制备的富氧多孔石墨烯电极材料兼具高稳定性和高比电容的优势,有望在实际应用中为后续赝电容材料的可靠负载和异原子的高含量稳定掺杂提供一种更可靠的石墨烯骨架,为构筑新型高性能储能器件提供了设计思路。

NiCo_(2)O_(4)//GO非对称超级电容器电动汽车动力系统应用仿真

将制备的NiCo_(2)O_(4)电极进行电化学性能测试,结果表明,NiCo_(2)O_(4)电极活性材料通过准可逆的氧化还原反应进行储能,表现出良好的电化学性能.进而使用Simulink仿真模拟了非对称超级电容器单体的放电过程,并使用AVL CRUISE仿真计算了超级电容器-锂离子电池复合储能系统的电动汽车行驶过程.结果表明,汽车在WLTC循环工况下的最大电池功率为38.0 kW,行驶时间为4.9 h,续航里程为224.4 km,相比单独的锂离子电池储能系统最大电池功率减小了31.3%,续航里程提高了11.4%.超级电容器对复合储能系统的电动汽车起到了平衡电池功率和提高续航里程的作用.

超级电容技术支持下电力储能功率调节系统仿真

储能过程中,相电压、相电流的频繁变化是导致电力功率无法保持稳定状态的主要原因,为解决上述问题,针对超级电容技术支持下电力储能功率调节系统进行仿真设计。在主电路传输回路中,设置有源滤波器与并网逆变器,实现对储能功率的调节,完成电力储能功率调节系统硬件单元的仿真设计。定义超级电容模型,并将其串联在电力回路中,从而在控制电力脉冲功率的同时,实施对电功率的等效调试,完成对电力系统储能功率的全面调节。

超级电容器用生物质衍生多孔炭材料研究进展

能源消费增加促使绿色能源开发成为趋势,同时推动能源存储系统快速发展,超级电容器以高功率密度和长循环寿命的优势得到广泛关注,其中电容炭材料逐渐成为研究热点。用来源广泛、有可再生性、价格低廉、绿色环保的生物质制备超级电容器用多孔炭材料,在开发绿色能源的同时解决了能源存储问题。多孔炭材料结构调控与性能完善是提高超级电容器性能的重要途径之一。综述了生物质衍生多孔炭材料及其在超级电容器领域的应用,按原料来源(植物、动物和微生物)及材料维度(0D、1D、2D和3D)的分类体系,多孔炭材料制备方法及技术现状。将多孔炭的制备分为炭化和活化,简述了炭化与活化机理、活化方式选择和常见活化剂特性,但生物质衍生多孔炭材料制备过程中影响因素多,且性能不及传统煤基碳材料,需进行多方面设计优化,包括选择生物质前驱体、合理使用炭化技术、调控活化过程各影响因素和选择改性过程中掺杂物等。基于在超级电容器领域的应用需求,重点探讨生物质多孔炭材料优化方式,包括孔结构调控、表面元素掺杂及与石墨烯复合形成新型炭材料等。梳理多孔炭材料用于超级电容器中时的难题与重点,通过寻找多孔炭材料在高比表面积、均匀孔隙分布和高导电性3方面的最优组合,提升电极材料电荷存储能力攻克超级电容器能量密度低的问题,同时确保超级电容器耐压能力达到要求。在此基础上,提出提升材料电化学性能和循环稳定性、确保原料来源稳定性和一致性、逐步实现量产的商业化需要等有望取得突破的研究方向。

BMIMBr水泥基电解质的制备及其在结构超级电容器中的应用

为了提高离子电导率和电化学性能,本文选用室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴化物(BMIMBr)作为氧化还原活性添加剂,制备了一种具有高离子电导率和良好力学性能的水泥基电解质,该材料可用于制作结构超级电容器。结果表明,含20%(质量分数)BMIMBr的水泥基电解质的离子电导率最高,为35.91 mS·cm^(-1)。BMIMBr能够提供可产生还原反应的Br-,同时增加游离态离子的数量,这有利于电解质中的离子传导,并获得更高的比电容。当电流密度为0.05 A·g^(-1)时,结构超级电容器具有20.07 F·g^(-1)的高比电容。恒定电流充放电循环1 000次后,电容保持率达到83.6%,库伦效率为97.56%,展现了良好的循环寿命。

基于分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波算法的超级电容SOC估计

对超级电容的SOC估计展开了研究。首先,搭建了超级电容测试平台,用于超级电容的参数辨识,并对超级电容进行了常规性能测试;其次,在不同的环境温度和动态工况下采用多种算法进行超级电容SOC估计。结果表明,采用分数阶模型多新息无迹卡尔曼滤波(FOMIUKF)算法对超级电容SOC的估计精度最高,对超级电容的路端电压跟随情况最好,估计结果的均方根误差和平均绝对误差的最大值分别约为1.8%和1.73%。

二维材料基柔性纤维超级电容器的研究进展

随着智能可穿戴设备的兴起,高性能的纤维超级电容器(FSC)有望为智能可穿戴设备的持续发展做出巨大贡献。二维材料因质量轻、比表面积大、导电性高、机械强度卓越等特性而闻名,这些特性使得二维材料成为制备高能量/功率密度、具备可靠安全性、稳定灵活性以及长周期循环寿命的FSC的理想选择,被认为是未来可穿戴储能设备中最具前景的候选材料之一。随着制备工艺的不断进步,FSC在理论实验和实际应用之间的差距已大大缩小。本文系统回顾了不同的二维材料在FSC的优化设计和纤维结构方面的最新进展,并对其未来的发展进行了展望。

锂离子电池/超级电容器混合储能系统能量管理方法综述

锂离子电池/超级电容器混合储能系统因其良好的性能、较低的成本和较强的通用性,已成为应用最为广泛的混合储能系统。能量管理技术是混合储能系统的核心技术之一,也是当前主要的研究热点。为了系统地对混合储能系统能量管理方法进行综述,本文首先对锂离子电池/超级电容器混合储能系统的拓扑结构、能量管理架构以及功率分配控制进行了介绍;而后,本文将现有的混合储能系统能量管理方法分为基于经验、基于优化、基于工况模式识别和基于机器学习5大类并进行了详细的对比分析,重点针对规律性工况与随机性工况讨论了各类能量管理方法的效能,并分析了各类方法的鲁棒性与计算复杂度;最后,本文对现有的能量管理方法进行了总结,并对该领域未来的研究方向和发展趋势进行了展望。综合分析表明,提高对随机性负载未来工况的预测精度、建立更加精准的混合储能系统模型并通过云端协同进一步提升能量管理方法的实时性将是未来混合储能系统能量管理研究的重点。

三维一体针织结构超级电容器的储能性能

为提高能源储存器件的柔韧性及安全性,开发柔性可穿戴三维一体储能设备。制备二维过渡金属碳化物Ti_(3)C_(2)T_(x)(MXene)/锌(Zn)三维一体针织结构超级电容器(ZSC)。通过透射电子显微镜和X射线衍射仪对MXene纳米片微观形貌和涂层情况进行表征,利用电化学工作站探究其储能性能。结果表明,ZSC具有优异的倍率性能,在电流密度为1 mA/cm^(2)时,ZSC面积电容为345.56 mF/cm^(2)。分析超级电容器的储能机制为负极侧的可逆Zn沉积/剥离和正极离子吸附/解吸。经过10000次充放电循环,ZSC仍具有93.51%的电容保持率和92.43%的库伦效率,且能量密度为25.05μW·h/cm^(2)时,功率密度为10 mW/cm^(2)。ZSC在空气中放置30 d,其储能性能保持稳定,表现出良好的电化学耐久性与稳定性。

基于MMC的超级电容与蓄电池混合储能系统及其混合同步控制策略

为满足储能系统提供惯量和一次调频支撑功能需要对多类型储能介质集中配置和优化调控的需求,针对基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的新型混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)MMC-HESS,提出了混合同步控制(hybrid synchronous control,HSC)整体策略。MMCHESS采用模块化设计,将超级电容和蓄电池分别安置在高压直流母线侧和子模块内,具备高功率密度和高能量密度的优势。阐述了混合储能系统的拓扑结构和工作原理并采用混合同步控制策略提供系统惯量和一次调频功能及故障限流时的同步能力和孤岛并网切换功能,采用滤波器实现储能功率分配,采用荷电状态(state of charge,SOC)均衡控制实现蓄电池能量均衡。最后,基于硬件在环实验平台,验证了所提拓扑结构与控制策略的可行性和有效性。实验结果表明:所提混合储能系统及其控制策略具备惯量与频率支撑能力,在故障限流、正常并网、孤岛运行之间可灵活切换,能够有效发挥混合储能的综合优势,在中压配电网中具有良好的应用前景。