超级电容器和电池的区别.doc
电动汽车的电池和超级电容
电动汽车的电池和超级电容仿真结果表明，省油的混合动力电动汽车可以设计成使用电池或者超级电容，而这是由两者之间的技术成本和使用年限决定的。
摘要电池和超级电容器在纯电动汽车、充电保持型混合动力汽车和插电式混合动力汽车上的电能存贮单元中应用已经被详细地进行了研究。
对于混合动力汽车而言，内燃机和氢燃料电池的使用时作为初级的替代能源来考虑的。
研究重点是锂电池和碳/双层碳超级电容器作为能量存贮技术非常可能应用在未来汽车上。
这项研究的主要结果如下：1）电池和超级电容器的能量密度和功率密度特点对设计纯电动汽车、充电保持型混合动力汽车和插电式混合动力汽车有着足够的吸引力。
2）持续充电，混合动力汽车引擎动力可以被设计成使用电池或者超级电容器从而使燃油经济性改善50%甚至更好。
3）插电式混合动力汽车可以设计成相对较小的锂电池使有效行程在30-60公里的范围内。
对较长的日常驾驶范围（80-150公里）插电式混合动力汽车燃油经济消耗率可以非常高（大于100mpg），因为绝大部分能量（大于75%）通过电流用于驱动汽车。
4）轻度混合动力汽车可以设计使用一个储能容量75-150Wh的超级电容器。
使用超级电容器时的燃油经济性提升要比使用同质量的电池组高10%-15%这是因为超级电容器的高效率和更高效率的引擎运转。
5）用氢燃料电池供能的混合动力汽车可以使用电池组或者超级电容器作为储能器。
仿真结果表明，在同等车重和道路负载情况下，燃料电池汽车的等效燃油经济性是汽油机汽车燃油经济性的2-3倍。
相比一辆引擎驱动的混合动力汽车，氢燃料电池的等效燃油经济性会是它的 1.66-2倍。
关键词：电池组控制策略燃料电池混合动力汽车改善燃油经济性超级电容器I. 引言为了提高传动系统效率，提供比其他道路交通方式更加节省石油能量，世界各地的汽车公司正在开发混合动力和燃料电池引擎。
这些车辆的动力传动系统利用电动机和电能储存器补充引擎输出或者车辆在加速和巡航时燃料电池的补充以及制动时的能量回收。
超级电容与电池的关系
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。
锂电池与超级电容的对比
锂电池与超级电容的对比
说起超级电容，很多人都处于蒙圈状态。
这是个什么东西，和我们的世界有关系么？
首先，我先介绍一下什么是超级电容，超级电容是介于传统电容器和电池之间的一种可以储存电能的装置，因其具有功率高、循环寿命长、安全可靠等特点，被广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域，因而成为近年来重要的储电研究项目。
本文重点对比锂电池与双电层电容。
下表为锂电池与一种超级电容双电层电容的对比。
从表中可以看出，双电层电容器在存储量、使用寿命等方面存在巨大优势，但在能量密度方面也存在极大的缺点，也将成为今后双电层电容器乃至超级电容器的研究焦点。
如何辨别超级电容器是双电层原理的还是电化学原理的还就是电池
6.12.1超级电容器与电池的鉴别首先，双电层原理的超级电容器的充放电过程中没有电化学过程。
因此，超级电容器的电压可以释放到零，所以双电层超级电容器在存储过程中超级电容器两端是短接的，也就是说在不用时不希望超级电容器带有电荷或电压。
而蓄电池的电压是不允许释放到零的也不允许正、负电极短接的，这样会造成短路并损坏电池。
因此，仅仅从平时的两个电极是否短接就可以简单的判别出来。
当然，用是否可以放电到零作为区分超级电容器和电池的方法也是行之有效的；第二，从理论上讲由于超级电容器的两个电极是对称的，因此允许反向电压工作，而蓄电池决不允许也不可能反向电压工作；第三，双电层原理的超级电容器的充电过程的电压与电荷之间的关系是线性关系，而电池的电压与电荷之间的关系不是线性关系。
如果是电化学超级电容器与蓄电池之间的鉴别要比双电层原理的超级电容器与蓄电池之间的鉴别困难一些。
其原因是，电化学超级电容器与蓄电池的原理是一样的，所不同的是电化学超级电容器的还有一部分双电层效应作为储能的一部分，如果没有这一点就从本质上不属于超级电容器；如果需要区分电化学超级电容器与蓄电池，可以从能量密度入手。
即电化学超级电容器的储能远低于蓄电池。
因此从放电能力的对比是可以区分出电化学电容器和蓄电池的。
6.12.2 双电层超级电容器与电化学超级电容器的鉴别由于电化学超级电容器的特性与蓄电池非常相像，区鉴别双电层超级电容器和电化学超级电容器的方法与双电层超级电容器与蓄电池的鉴别方法相同，即双电层超级电容器可以将电压释放到零，而电化学超级电容器不允许将端电压释放到零；也可以利用双电层原理超级电容器ESR远低于电化学超级电容器来鉴别是双电层超级电容器还是电化学超级电容器；第三种方法，由于电化学超级电容器在充放电过程中存在电化学反应，相应的能量存储与释放比双电层超级电容器高。
因此，电化学超级电容器的等效法拉数大于双电层超级电容器。
可以从法拉数区分电化学超级电容器与双电层超级电容器。
锂电 超级电容 调频
在能源储存和电力调度的领域，锂电池和超级电容器的应用正在越来越受到关注。
这两种不同的储能技术，各有其独特的特点和优势。
首先，我们来了解一下锂电池。
锂电池是一种使用锂金属或锂合金为负极，使用非水电解质溶液的电池。
它的能量密度高，充电时间短，使用寿命长，因此在便携式电子设备、电动汽车和大型储能设施中得到了广泛应用。
在电力调度的应用中，锂电池可以快速储存和释放电力，有助于稳定电网，减轻电网的负荷。
而超级电容器，又称为电容器储能器，是一种物理储能装置。
它利用极化电解质来储存电能，并具有高功率密度、快速充放电、循环寿命长、工作温度范围广等优点。
在电力调度的应用中，超级电容器可以提供瞬时大功率输出，应对电网中的瞬时波动，提高电力质量。
在调频方面，锂电池和超级电容器都有其独特的作用。
调频是指通过调整电力系统的频率来保持电力系统的稳定。
在这个过程中，锂电池和超级电容器都可以提供快速的电力支持，帮助系统稳定运行。
首先，锂电池在调频方面的应用主要依赖于其快速充放电的能力。
在系统需要增加电力供应时，锂电池可以迅速释放储存的电能，提供稳定的电力支持。
而在系统电力过剩时，锂电池又可以快速充电，储存多余的电能。
这种快速充放电的能力使得锂电池在调频过程中能够发挥重要的作用。
其次，超级电容器在调频方面的应用则主要依赖于其高功率密度的特性。
超级电容器可以提供瞬时的大功率输出，应对系统中的瞬时波动。
在系统需要增加电力供应时，超级电容器可以迅速释放储存的电能，提供稳定的电力支持。
而在系统电力过剩时，超级电容器又可以快速充电，储存多余的电能。
这种高功率密度的特性使得超级电容器在调频过程中同样具有重要的作用。
综上所述，锂电池和超级电容器在电力调度和调频方面都具有重要的作用。
未来随着储能技术的不断发展，这两种储能技术将会得到更加广泛的应用和发展。
锂电池与超级电容的对比
锂电池与超级电容的对比
说起超级电容，很多人都处于蒙圈状态。
这是个什么东西，和我们的世界有关系么？
首先，我先介绍一下什么是超级电容，超级电容是介于传统电容器和电池之间的一种可以储存电能的装置，因其具有功率高、循环寿命长、安全可靠等特点，被广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域，因而成为近年来重要的储电研究项目。
本文重点对比锂电池与双电层电容。
下表为锂电池与一种超级电容双电层电容的对比。
从表中可以看出，双电层电容器在存储量、使用寿命等方面存在巨大优势，但在能量密度方面也存在极大的缺点，也将成为今后双电层电容器乃至超级电容器的研究焦点。
超级电容与蓄电池的比较
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
锂电池与超级电容的对比
锂电池与超级电容的对比
说起超级电容，很多人都处于蒙圈状态。
这是个什么东西，和我们的世界有关系么?
首先，我先介绍一下什么是超级电容,超级电容是介于传统电容器和电池之间的一种可以储存电能的装置，因其具有功率高、循环寿命长、安全可靠等特点，被广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域，因而成为近年来重要的储电研究项目.本文重点对比锂电池与双电层电容。
下表为锂电池与一种超级电容双电层电容的对比。
从表中可以看出,双电层电容器在存储量、使用寿命等方面存在巨大优势，但在能量密度方面也存在极大的缺点，也将成为今后双电层电容器乃至超级电容器的研究焦点。
电池与超级电容器的能量存储机制及应用
电池与超级电容器的能量存储机制及应用能源是人类生存发展的基础。
以化石能源为主的传统能源的短缺和对环境的污染问题日益突出，因此新能源的开发和利用备受瞩目。
而在新能源领域中，电池和超级电容器作为两种重要的储能设备，其储能能力和应用价值也逐渐受到重视。
本文将重点介绍电池和超级电容器的能量存储机制及其在不同领域中的应用。
一、电池的能量存储机制电池是一种可以将化学能转换为电能储存起来的装置。
电池的主要部分包括电解液、正极、负极和隔膜等组件。
电池正负极不同材料之间经过化学反应，就会产生电势差并随之产生电流，实现能量的转换和储存。
不同类型的电池其能量存储机制也有所不同。
下面就国内应用相对较广的锂离子电池为例，简单介绍其能量存储机制。
锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和无记忆效应等优点，已经广泛应用于移动电源、电动车辆和储能系统等领域。
锂离子电池的储能机制是通过将锂离子在电极材料（正极为LiCoO2，负极为石墨）中的嵌入和脱出来实现。
在充电过程中，锂离子从正极材料中向负极材料中嵌入，同时释放出电子，形成了锂金属和氧气；在放电过程中，锂离子从负极材料中向正极材料中脱出，同时接受了电子，通过电路流动靠近正极。
锂离子电池的储能机制是一个可逆过程，通过周期性的充、放电可以实现对电荷的转换和储存。
二、超级电容器的能量存储机制超级电容器是一种普遍应用于高功率和长寿命场合的电化学储能装置。
它具有能量密度低、功率密度高、循环寿命长和快速充放电能力等优点。
超级电容器的能量存储机制是通过电极材料表面所进行的离子吸附/脱附实现。
超级电容器的电极材料是一种多孔材料，它通过吸附电荷，从而存储能量的。
与电池最大的不同就是它的电极材料是物理吸附电荷，而电池是通过化学反应来吸附电荷。
超级电容器的电极材料比电池的电极材料更加透气，离子交换更加快速，从而可以实现较高的功率密度。
但是由于超级电容器的电容存储机制，使其能量密度远低于锂离子电池和燃料电池。
蓄电池与超级电容的对比分析
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。
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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;
瞬时功率保持应用
超电容容量的近似计算公式，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。如果直流马
达要求0.5A保持2秒(可以安全工作)，那么,根据上公式可得其
容量至少为0.5 F。
因为5V的电压超过了单体电容器的标称工作电压。因而，可
以将两电容器***。如两相同的电容器***的话，那每只的电压即
是其标称电压2.5V。
如果我们选择标称容量是1F的电容器，两串为0.5F。考虑到电
容器-20%的容量偏差，这种选择不能提供足够的裕量。可以选择
标称容量是1.5F的电容器，能提供1.5F/2=0.75F。考虑-20%的容
量偏差，最小值1.2F/2=0.6F。这种超级电容器提供了充足的安
全裕量。大电流脉冲后，磁带驱动转入小电流工作模式，用超电
容剩余的能量。
在该实例中，均压电路可以确保每只单体不超其额定电压。
脉冲功率应用
脉冲功率应用的特征：和瞬时大电流相对的较小的持续电流。
脉冲功率应用的持续时间从1ms到几秒。
设计分析假定脉冲期间超电容是唯一的能量提供者。在该实例
中总的压降由两部分组成：由电容器内阻引起的瞬时电压降和电
容器在脉冲结束时压降。关系如下：
Udrop=I(R+t/C)
上式表明电容器必须有较低的R和较高的C压降Udrop才小。
对于多数脉冲功率应用，R的值比C更重要。以2.5V1.5F为例。
它的内阻R可以用直流ESR估计，标称是0.075Ohms(DC
ESR=AC ESR*1.5=
0.060Ohms*1.5=0.090Ohms)。额定容量是1.5F。对于一个0.001s
的脉冲，t/C小于0.001Ohms。即便是0.010的脉冲t/C也小于
0.0067Ohms，显然R(0.090Ohms)决定了上式的Udrop输出。
实例：
GSM/GPRS无线调制解调器需要一每间隔4.6ms达2A的电流，
该电流持续0.6 ms。这种调制解调器现用在笔记本电脑的
PCMCIA卡上。笔记本的和PCMCIA连接的限制输出电压
3.3V+/-0.3V笔记本提供1A的电流。许多功率放大器(PA)要求
3.0V的最小电压。对于笔记本电脑输出3.0V的电压是可能的。
到功率放大器的电压必须先升到3.6V。在3.6V的工作电压下(最
小3.0V)，允许的压降是0.6V。
选择超级电容器(C：0.15F,AC ESR：0.200Ohms,DC ESR：
0.250Ohms)。对于2A脉冲，电池提供大约1A，超电容提供剩余
的1A。根据上面的公式，由内阻引起的压降：1A
0.25Ohms=0.25V。I(t/C)=0.04V它和由内阻引起的压降相比是小
的。
结论
不管是功率保持还是功率脉冲应用都可以用上公式计算.当电
路的工作电压超过超电容的工作电压时，可以用相同的电容器
***.一般地，***应该保持平衡以确保电压平均分配.在脉冲功率
应用中由超电容内阻引起的压降通常是次要因素。电容器超低的
内阻提供一种克服传统电池系统阻抗大的全新的解决方案
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