超级电容和蓄电池混合使用
蓄电池超级电容混合储能系统研究
202电力电子Power Electronic电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering目前正是“十四五”开局之年，我国也迈入到全面建设现代化国家的关键阶段，能源行业也进入到了转型的关键时期，比如可再生能源并网、智慧电网的直流系统等都进行了改造升级。
而混合储能可以将蓄电池与超级电容的优点进行联合使用，可以最大的发挥储能的技术性能，适应时代的发展。
1 混合储能系统结构与控制方式锂电池与超级电容所构成的混合储能系统其组成的阵列是由储能单体进行串并联所组成的，并通过储能变流器以及单体串并联构成的。
储能变流器是通过必要的电子设备所构成，其最主要的作用是通过对开关的开通与关闭来进行储能系统的充电与放电，并且利用系统的滤波功能来实现外部因素对于混合储能系统的一些影响。
1.1 超级电容储能系统的控制超级电容是功率型的储能，其具有相应速度快、循环寿命长的优点，并且可以用来响应外界的高频率波动。
其一般是通过PQ 的控制方式来对外界中频繁变动的功率的波动进行吸收。
因为超级电容的能量密度相对较小，其电压的范围又相对较广，一般情况下应该选择三重化双向的DC/DC 以及双向的DC/AC 的变流器作为超级电容储能系列的控制接收。
对于远程运行过程中蓄电池超级电容储能系统的控制主要是分为两个部分，双向的变向器主要采用的是跟踪有功功率的控制方式，通过并网变流器的使用，对直流母线电压进行更好的控制。
对于开关而言，其需要在时序上面相差120°，从而减小电流文波，不断的将动态性能进行改善，并起到一定的备用作用，从而大幅度的减少波动频繁而导致的功能需求不足。
1.2 蓄电池储能的系统控制蓄电池是较为常用的能量型的储能方式，其可以用来制定功率进行充电或者是放电，从而将其作为整个系统中的一个平衡点，对系统功率的平衡以及整体稳定的频率进行调节，满足功能平稳的需求。
超级电容器+铅酸蓄电池
“超级电容器+铅酸蓄电池”
简 介
随着发动机启动次数的增加，交流发电机对发电的抑制作用，电动机辅助系统导致电池使用时有充电不足的现象，而且制动恢复导致大电流脉冲充电等令电池使用条件发生很大变化。
在这种使用条件下，常规的阀控式铅酸蓄电池不能很好地发挥其作用，寿命也受到影响。
日本古河电池株式会社研发的超级电容器+一体型铅酸蓄电池的设计，利用一片超级电容器（多孔碳电极）和一片铅电极组合而成负极，铅酸蓄电池作为能源，超级电容器作为脉冲动力，另外加入添加剂，在电压为１２Ｖ以下时就会启动超级电容器放电，防止铅电池的电压降低，同时在高倍率电流充放电时可分担一部分充放电电流，抑制了电池充电时氢气的产生。
从而大幅度改善了常规铅酸蓄电池充放电性能，延长了电池循环寿命，循环寿命大致是常规铅酸蓄电池的４倍。
超级电容蓄电池混合模组
作者简介 ： 郭兆正 （９ ６ ， ， １６ 一） 男 副教授 ， 事 自 从 动控制方面的科研教学工作
于 鹏（ ９７一） 男 ， １７ ， 讲师 ， 从事 自动控制方面的科研教学工作 ．
超级 电容蓄 电池混合模组
郭 信息科学与工程学院 ，辽 宁 锦州 １ １０ ） ２ ０ ０
摘
要 ：指 出 了蓄 电池的 某些局 限性 ，提 出超级 电容 与蓄 电池组 成混合模 组 的方 法。 这
种方 法 简单 实用 ，可以改善 蓄 电池使 用环境 ，形 成 的控 制 电路 便 于提 高蓄 电池使 用寿命 ，提
高混 合模 组功 率 密度 ，特 别 适 合 于设 计 电动 自行 车的 电源 电路 。介 绍 了混合 模 组 的控 制 策
略 ，根 据对 混合模 组在 电动 车 中应 用工况 的分析 ，设计 了控制 电路 。应 用计 算机 仿 真说 明 了
混合模 组控 制 器的具 体 实现 。给 出了控 制 器作 用下超级 电容 和蓄 电池模 组 的电流 波形 。
Ｔ１
直 流 电机在 启 动 时启动 电流为 Ｉ 。其 中 Ｒ ＝ 是 电枢 电 阻 。在 直 流 电机 启 动 的初 始 时 刻 ， 由于
ｎ ａ
电机 电枢 电阻很 小 ， 动 电流 Ｉ很大 ， 启 如果 不加 控 制 甚 至可 达 额 定 电流 的 １ 到 ２ ０倍 ０倍 。 因此 ， 电池 蓄
第３ ２卷 第 １ 期 ２ １ 年 ３ 月 ０１
渤海大 学学报 （自然科 学版 ）
Ｊｕ ａ ｏ ｏａ Ｕ ｉ ｒ ｔ （ ａ ｒ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒｌ ｆ ｈｉ ｎｖ ｓｙ Ｎ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ｎ ｎ Ｂ ｅｉ ｕｌ ｅ ｉ
超级电容蓄电池复合电源模块的发展和应用_华犁_061221
上海奥威科技开发有限公司 华 黎 2006年12月
提 纲
• • • • • 超级电容+蓄电池复合电源出现的必然性 超级电容+蓄电池复合电源的特点 超级电容+蓄电池复合电源的组合 超级电容+蓄电池复合电源的应用 超级电容+蓄电池复合电源存在的问题
十一五国家863计划动力电池指标
镍氢电池
容量规格（Ah） 容量规格（Ah） 功率密度（W/kg） 功率密度（W/kg） 能量密度（Wh/kg） 能量密度（Wh/kg） 最大放电倍率 最大充电倍率 单体电池内阻（mΩ） 单体电池内阻（m 单体电压偏差（V） 单体电压偏差（V 单体容量偏差（％） 使用温度范围（℃）② 使用温度范围（℃ 搁置温度范围（℃） 搁置温度范围（℃ 荷电保持能力 （常温下搁置28天） （常温下搁置28天） SOC估算误差（％） SOC估算误差（％） 安全性 循环寿命（万公里）③ 循环寿命（万公里）③ (2008) 循环寿命（万公里）(2010) 循环寿命（万公里）(2010) 成本（元/Wh）（2008） 成本（元/Wh）（2008） 成本（元/Wh）（2010） 成本（元/Wh）（2010）
四.超级电容+蓄电池混合电源的应用
1.电容电车
电容公交车商业示范运行
2006年8月28日上海市公交11路老城厢环线开通，开 始了世界上第一次超级电容电动公交线商业化运行。共 投入10辆电容公交车、8个景观充电站。
超级电容公交车安全性、舒适性、经济性
• • • • • • • • • 车辆安全性优于无轨电车国家安全型标准； 采用精磨后桥差速器，噪声大大低于无轨电车； 采用分级加速控制策略，车辆起步加速平稳； 司机操作、乘坐的舒适性明显优于传统的无轨电车。 车辆制动二级柔性过度制动踏板，能量回收40%。 1.4—1.0—0.88度电/公里。 班日公里：120公里;百公里营收：1115元; 工作车率：100%; 完好率：99.01% 100天 单车过10000公里
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》范文
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》篇一一、引言随着现代能源技术的飞速发展，蓄电池与超级电容混合储能系统因其高效率、高功率密度以及在能量储存与释放上的优异性能，已成为多种电力系统和可再生能源系统中重要的能量存储设备。
然而，目前对于这一系统的研究还面临效率的瓶颈，亟待解决。
本论文针对这一问题，展开对蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法的研究。
二、混合储能系统概述蓄电池和超级电容是混合储能系统的两个主要组成部分。
其中，蓄电池以长期、稳定的方式储存能量，而超级电容则具有高功率密度、快速充放电的特点。
这一系统主要用于电网负荷平抑、电力系统调度优化等场合。
但由于电力设备之间的运行参数不同、操作复杂性高、内部损失和外部环境的影响等问题，如何有效提高系统的效率，是一个急需解决的课题。
三、混合储能系统效率提升方法针对混合储能系统存在的问题，我们提出了以下几种效率提升方法：（一）优化电源管理策略优化电源管理策略是实现系统高效运行的重要方法之一。
包括合理的能源调度算法、合理的电池与超级电容间的功率分配算法等。
对于复杂且不稳定的能源管理系统，需要通过模型预测控制和数据挖掘等方法进行深入研究。
我们应合理设置参数和条件，优化能量管理和充放电过程，减少系统的能源浪费。
（二）硬件设计与改良对于硬件设备的改进，可以着眼于减少电阻损失和改进材料。
比如对电池进行新型材料的改进和升级，增强其性能并减少能量损失；同时优化超级电容的内部结构，提高其功率密度和充放电效率。
此外，对于电池和超级电容的连接方式、散热设计等也需要进行合理设计，以提高整体效率。
（三）控制算法优化在控制算法方面，可以通过智能控制策略的引入和应用来提高系统的运行效率。
例如采用智能的神经网络控制和自适应控制技术，可以根据不同情况和实际需要动态调整参数和控制策略，从而提高系统对环境变化的适应性，提升效率。
四、实例分析与应用以下我们通过实际项目对提出的几种效率提升方法进行实例分析和应用验证。
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》篇一一、引言随着能源危机和环境污染问题的日益严重，新能源汽车、可再生能源并网等领域的快速发展，对储能系统的性能要求也越来越高。
蓄电池与超级电容组成的混合储能系统因其具有快速响应、高能量密度、高功率密度等优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电、太阳能发电等领域。
然而，如何提高混合储能系统的效率一直是研究的热点和难点。
本文旨在研究蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升的方法，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持和实践指导。
二、混合储能系统概述混合储能系统主要由蓄电池和超级电容两部分组成。
蓄电池具有高能量密度、长寿命等优点，适合为系统提供持续的能量支持；而超级电容具有高功率密度、快速充放电等优点，适合为系统提供瞬时大功率支持。
二者相互补充，共同构成了高效的混合储能系统。
三、混合储能系统效率提升的必要性混合储能系统效率的提升对于提高整个系统的性能具有重要意义。
首先，提高效率可以降低系统运行过程中的能量损耗，提高能量的利用率；其次，提高效率可以延长蓄电池和超级电容的使用寿命，降低维护成本；最后，提高效率可以更好地满足系统对快速响应和高能量密度的需求，从而提高系统的整体性能。
四、蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法（一）优化控制策略通过优化控制策略，实现蓄电池和超级电容之间的协同工作，以达到最佳的工作效果。
具体包括：根据系统的实际需求，合理分配蓄电池和超级电容的充放电功率；采用先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，实现系统的智能控制；通过实时监测系统的运行状态，调整控制策略，以适应不同的工作场景。
（二）改进材料技术通过改进蓄电池和超级电容的材料技术，提高其性能，从而提升混合储能系统的效率。
例如，开发高能量密度、长寿命的蓄电池材料；研究具有高比电容、高循环稳定性的超级电容材料；通过纳米技术、表面改性等技术手段，提高材料的性能。
（三）系统集成与优化通过优化系统的集成设计，提高混合储能系统的整体性能。
微网中超级电容器与蓄电池混合储能系统的作用
微网中超级电容器与蓄电池混合储能系统的作用
摘要: 微网的运行模式主要包括两种，即并网运行以及孤岛运行。
一般情况下，微网与常规的配电网并网运行，当电网事故或出现电能质量事故时，微电网采用孤岛运行模式。
微网运行过程中会涉及到这两种运行模式的转换，转换过程中会造成一定...
微网的运行模式主要包括两种，即并网运行以及孤岛运行。
一般情况下，微网与常规的配电网并网运行，当电网事故或出现电能质量事故时，微电网采用孤岛运行模式。
微网运行过程中会涉及到这两种运行模式的转换，转换过程中会造成一定的功率缺额，这就需要设置一定的储能装置，保证微网两种运行模式的平衡转换，增强微网运行的稳定性。
一些新能源发电过程中，受到外界因素的影响，常常出现没有电能输出的现象，这时就需要由储能系统为电力用户提供电能。
微网规模小，自我调节能力弱，负荷波动以及电网运行故障会对其造成很大的影响。
超级电容器与蓄电池混合储能系统能有效的解决这一问题，能够在负荷低落时储存多余的电能，负荷高峰将储存的电能反馈给微网，为微网功率的调节提供帮助。
在微网中设置超级电容器与蓄电池混合储能系统，能够解决微网电压骤降、电压跌落等问题，提高微网电能质量。
蓄电池储能是目前微电网中应用最广泛、最有前途的储能方式之一。
蓄电池储能以解决系统高峰负荷时的电能需求，也用蓄电池储能来协助无功补偿装置，有利于抑制电压波动和闪变。
然而蓄电池的充电电压不能太高，要求充电器具有稳压和限压功能。
蓄电池的充电电流不能过大，要求充电器具有。
汽车电子技术《超级电容与蓄电池混合使用59》
超级电容与蓄电池混合使用汽车在行驶过程中至少有30%的能量因热量散发和制动而消耗掉,特别是在城市行驶,经常遇到红灯,这样不仅造成能源浪费,而且增加环境污染。
如能把制动所消耗的能量回收起来用于汽车起动、加速,可谓一举两得。
国外有关研究说明,在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下,有效地回收制动能量,可使电动汽车的行驶距离延长10%～30%,因此,再生制动在混合动力电动汽车的能量回收中占有突出的地位,在其能量管理系统中,要求尽可能多地利用再生制动回馈的能量。
由于蓄电池充电是通过化学反响来完成的,所需时间较长,但制动时间较短,因而回收能量效果不佳。
正处于研究中的飞轮电池,由于精度要求高、制作难度大,短时间还难以进入实用阶段。
超级电容器是介于蓄电池和电容器之间的一种能量存储器,它具有优良的脉冲充放电性能和大容量储能性能。
蓄电池的缺乏混合动力电动车辅助动力蓄电池在加速或爬坡时要进行大电流放电;减速或下坡时要快速充电实现制动能量回收,要求蓄电池具有优良的高倍率快速充放电特性和使用寿命长且性能稳定。
而对蓄电池实行大电流充放电将使之寿命大大缩短。
同时由于混合动力电动车放置蓄电池的空间有限,布置非常紧凑,热量易积累,使得蓄电池暴露在高温环境中造成高温失效。
尽管针对混合动力汽车所使用的铅酸蓄电池作了许多改良,但是其在高温时性能恶化快,寿命短,充放电效率低已经成为混合动力电动车开展的难题之一。
超级电容器的优势与缺乏超级电容器也称电化学电容器,因其存储能量大,质量轻,可屡次充放电而成为一种新型的储能装置。
超级电容器有以下优势: 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,两极板的外表积越大, 那么电容量越大。
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范围骤然跃升了3～4个数量级。
目前单体超级电容器的最大电容量可到达5000F。
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》篇一一、引言随着能源需求的日益增长和环境保护意识的提高，混合储能系统在电力、交通、工业等领域的应用越来越广泛。
蓄电池与超级电容的混合储能系统因其具有快速响应、高能量密度、长寿命等优点，在能源存储领域得到了广泛关注。
然而，如何提高混合储能系统的效率，减少能量损失，是当前研究的重点。
本文将就蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法进行研究，以期为相关领域的研究与应用提供参考。
二、混合储能系统概述混合储能系统主要由蓄电池和超级电容组成。
蓄电池具有较高的能量密度，能够为系统提供长时间的能量支持；而超级电容具有快速充放电、寿命长等优点，能够在短时间内快速响应系统需求。
两种储能元件的有机结合，可以充分发挥各自的优势，提高系统的整体性能。
三、效率提升方法研究1. 优化储能系统结构设计针对混合储能系统的结构进行优化设计，可以提高系统的能量利用率和响应速度。
例如，通过合理布置蓄电池和超级电容的容量比例、优化连接方式等手段，使系统在满足需求的同时，降低能量损失。
此外，采用先进的热管理技术，确保系统在运行过程中的温度控制，也是提高效率的重要手段。
2. 智能控制策略研究智能控制策略是提高混合储能系统效率的关键。
通过引入先进的控制算法，如模糊控制、神经网络等，实现对系统充放电过程的精确控制。
同时，根据系统的实际运行状态，如功率需求、电池状态等，进行智能调度，使系统始终处于最优工作状态。
此外，采用预测控制技术，对未来一段时间内的能源需求进行预测，提前进行充放电调度，也能有效提高系统的效率。
3. 维护与修复技术的研究对蓄电池和超级电容进行定期维护与修复，可以延长其使用寿命，减少因设备老化导致的能量损失。
例如，采用先进的电池管理系统（BMS），实时监测电池的状态，包括电压、电流、温度等参数，及时发现并处理异常情况。
此外，针对电池的容量衰减问题，研究开发有效的修复技术，如脉冲充电、电池活化等手段，使电池性能得到恢复。
探究超级电容器蓄电池的混合电源性能
探究超级电容器蓄电池的混合电源性能摘要：在超级电容器和蓄电池的使用中，如果将两者混合，就可以最大程度提高蓄电池的工作放电能力，提高混合电源的工作性能，以及超级电容器的工作年限，能够在维持正常运行的基础上降低工作消耗，在实际应用中具有重要意义。
本文通过对超级电容器蓄电池的应用进行分析，建立了相关数学模型，对影响超级电容器蓄电池的混合电源使用性能的条件进行分析。
经过分析发现，脉动负载周期、蓄电池工作电阻、超级电容器容量和超级电容器的工作特性都能够对混合电源消耗和使用年限产生影响。
关键词：超级电容器；蓄电池；混合电源引言：随着时代的进步，科技的发展，新型科学技术不断涌现，多种新型数字化设备、电动汽车和测量仪器被发明出来，人们对电源的要求也就随之提高。
这些设备要能够在脉动性负载电源下进行工作，实现在高峰值功率，以及低平均功率下工作的电源。
传统方法采用单独的蓄电池工作显然已经不能够满足这些设备的需求，并且使用年限较低，要满足高功率需求的蓄电池体积太大，显然不能够携带使用，所以目前迫切使用新型的超级电容器蓄电池的混合电源来满足类似设备工作的需要。
下面主要通过建立数学模型的方式对新型超级电容器蓄电池工作性能进行分析。
1.超级电容器蓄电池的混合电源搭配传统的设备工作中，蓄电池因为环境污染小、携带方便、具有强烈的可变性等优点而被人们接受。
但是现在多种数字化设备、电动汽车、测量仪等都需要在脉动负载式电源下进行工作，这种电源的特点就是负载会呈现谐波变化的趋势，但是其功率峰值很高，平均功率略低。
如果将蓄电池应用在此类设备中，由于其不支持快速充放电，容易被消耗造成使用年限缩短，并且具有不支持提供大功率电源等缺点。
而且要满足脉冲负载变化电源的需求，就需要大量蓄电池来支持设备的运行。
这样就会造成蓄电池的严重浪费，大大提高了生产成本，并且不方便平时工作携带。
所以急需要更换电源来供给该类设备的运行。
超级电容器具有以下优点：电容高，使用年限长，能够提供的发电功率高等。
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超级电容器在电动汽车中的应用
分类：锂电池管理更新时间：2009-12-13 20:27:58
在电机控制系统中，为了提高电机的启动性能，是电机转动更加平稳，都会在电机电源附近并联一个大的电解电容。
这是因为电机启动瞬间，由静止开始动作所需要的电流非常大，这个大电流会将电源电压突然拉低，导致电机性能变差。
根据电机的功率不同，电容容量可以有不同选择。
如果是电动汽车或混合动力车，需要的容量和耐压就更大，这样普通电解电容已经不能胜任，业内常用的做法是应用超级电容器。
下面简单介绍超级电容器的应用。
1，特性简介
超级电容器，是指它的容量超级。
关于它的原理，材料，制造工艺，这里不做介绍。
下图是2.3V2000F的电容和一节一号电池的比较，可以对超级电容器有一个概念。
超级电容器作为与蓄电池相提并论的储能器件，最显著的特性是功率密度高，容量大，可快速充电，大电流放电，可充放电次数多（50万次），安全，环保。
缺点是体积大，能量密度低，自放电率高，单体耐压低。
而且跟蓄电池相比，与其它电容相同，放电过程中它的电压是持续下降的。
基于以上特点，超级电容器不适合作为主要能量存储单元，而是在能量回收系统，改善启动性能方面广泛应用。
2，充放电特性
电容器的充电有两种方式：固定电阻和固定电流方式。
固定电阻方式比较简单，但在电阻上的损失功率比较大，而且充电慢，一般在预充电（per-charge）时用。
固定电流充电，跟锂电池的充电类似，但充电电流可以大得多。
固定电流充电时间公式如下：
下图是对2个2.3V2000F串联超级电容器充放电特性曲线，实际容量1000F，最高电压4.6V，放电中止电压约0.7V。
充电固定电流2A：
可以看出，固定电流充电时的曲线与锂电池极其相似。
但是超级电容器可以承受的电流时锂电池的数十倍，所以充电速度也远远高于锂电池。
实际上超级电容器充电的速度限制主要是充电器的承受能力。
2A放电曲线：
超级电容器放电时的电压是急速下降的，这一点跟电池不同。
这也决定了超级电容器不适合作为主要的储能单元使用。
但是它可以大电流持续放电，所以作为蓄电池的补充，是很有意义的。
3，串联成超级电容器组
一般超级电容器的单体耐压只有1.5V~2.5V，如果应用在电动汽车/混合动力车上，需要串联使用。
而超级电容器的串联，与锂电池的串联又有些相似——为保证能量充分利用，需要均衡系统。
超级电容器的均衡系统，完全可以用锂电池均衡系统的结构：电阻分流，电感/电容/变压器能量转移，具体可以参考本人以前的或者网上其他的文章。
在要求不高的场合，也可以使用更简单，更廉价的电阻分流式均衡，如下图所示：
至于原理，基本上是检测单体电压，然后打开三极管或者稳压二极管进行放电行为，具体动作不在分析，有兴趣的可以研究。
下面重点介绍超级电容器与电池的并联系统。
4，与电池的并联
根据超级电容器的特性，它的主要应用之一就是与动力电池并联，在负载突然增大时提供大电流。
典型的并联方式如下图：
电机正常工作时由锂电池组提供电流，这个额定电流由电池的特性决定。
同时系统启动时通过充电电路，由电池向超级电容器充电。
当电机启动，或者负载突然增加时，这时电机需要的电流是额定电流的几倍。
而对于电池来讲，突然提供一个很大的电流将会使电池电压迅速降低，从而电机的性能不能达到正常水平。
如果如上图所示并联了超级电容器，那么这个突然增加的电流可以由电容器提供。
这样，电池两端电压变化，电池流出的电流变化都会大大减小，不仅对改善电机的性能有很大帮助，对于电池寿命的影响也大大减小。
下面两张图是汽车启动时，电池端并联超级电容器前后电池电压和电流的比较。
可以明显的看出，有了超级电容器，电池的瞬间输出功率显著增加。
作为锂电池，能够提供的瞬间电流跟铅蓄电池相比要小得多，所以在以锂电池为动力的电动汽车或者混合动力车上，配合超级电容器使用应该是不错的选择。
至于选择的容量，需要根据电池，电机的功率来计算，并且要经过在各种情况下的试验之后才能确定。
毕竟这东西，容量小了达不到理想效果，容量大了，浪费钱。
值得一提的是，超级电容器作为主要储能单元，也已经有了实际的应用，比如北京的Y6路，充一次电跑一个来回；上海的11路公交车，在每个车站迅速充电。
作为辅助动力，在本田上一代的燃料电池FCX上也有使用。