车载超级电容器储能系统新型变流器
超级电容器及其在新能源汽车中的应用
超级电容器，又叫作电化学电容器，已经有 50 多年 的历史，被认为是一种介于普通电容和电池之间的另一 种有潜力的电化学储能元件，其工作原理结构如图 1 所 示。根据储存电能机理的不同，可分为两类[3-4]：一类是 当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力、原子间 力的作用，使固液界面出现稳定的、符号相反的双层电 荷，由电极与电解液之间形成的界面双层来储存能量的 双电层电容器（Electric Double Layer Capacitor）；另一类 是在电极表面或体相中的二维与准二维空间上，电化学
日本是将超级电容器应用于混合动力新能源汽车
的先驱。近年来，超级电容器是日本新能源汽车动力系 统开发中的重要领域之一。本田燃料电池 - 超级电容器 混合动力车是世界上最早实现商品化的燃料电池轿车， 其第 5 代 FCX 使用了自行开发研制的超级电容器来取 代电池，减少了汽车的质量和体积，使系统效率增加。 FCX 能快速达到较大的输出功率，改善燃料电池车启动 和加速性能，并缩短启动时间。
8）充放电时间非常短。可大电流充放电，使用便 捷；对过充电有一定的承受能力，短时过压不会产生严 重影响；对瞬间高电压或短路大电流具有一定的缓冲能 力，能量系统较为稳定。
但是，超级电容器也有自身一些不足之处，具体表 现如下：能量密度偏低，作为纯电动应用续驶里程太短； 线性放电，使其无法完全放电；自放电较大，长时间放置 电压会很快下降；单体工作电压低，需要较多的数量串 联才能得到较高的工作电压，对单体的一致性要求很 高；价格高。
6.3
充电时间
＞2 h
1～5 h 1～5 min 10-6～10-3 s
放电时间
＞2 h 0.3～3 h 1～5 min 10-6～10-3 s
城市轨道交通车载超级电容的优化配置方法
城市轨道交通车载超级电容的优化配置方法王俭朴【摘要】从功率、容量及最优的放电深度等方面研究了满足车辆制动能量回收的城市轨道交通车载超级电容理论及优化配置.通过超级电容能量存储配置方法的理论分析,得出电容装置最小的电容总数及电容最优的放电深度的算法.在满足能量存储的条件下应使电容总数最小.算例分析表明,超级电容储能装置的电容设备不仅要考虑功率和容量的要求,还要考虑电容的配置和放电深度.%From aspects of power,capacity and the optimal discharge depth,the theory and optimal configuration of on-board super capacitor are studied to meet the vehicle braking energy recovery of urban rail transit.Through analyzing the super capacitor energy storage configuration method,a calculation method of minimum capacitance? and the optimal discharge depth is obtained,which shows that on the premise of meeting the energy storage,the capacitance capacitor device should be controlled in the smallest number.Example analysis indicates that super capacitor energy storage device capacitance device should not only consider the power and capacity requirements,but also consider the configuration of capacitance and the depth of discharge.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2017(020)003【总页数】5页(P36-39,50)【关键词】城市轨道交通车辆;车载超级电容;能量存储;优化配置【作者】王俭朴【作者单位】南京工程学院汽车与轨道交通学院,211167,南京【正文语种】中文【中图分类】U270.35目前,国内大部分城市轨道交通车辆的制动能量是通过制动电阻以热量的形式散发掉的,不仅浪费了能量,同时也影响了周围环境。
汽车超级电容工作原理
汽车超级电容工作原理
超级电容是一种具有很高的储能密度和能量转换效率的新型储能器件。
它具有很高的功率密度，在工作时仅消耗极小的功率就能存储大量能量，同时超级电容在充放电过程中也没有明显的热效应和化学变化，所以它特别适合作为大功率储能器件。
超级电容被认为是电动汽车最具发展潜力的技术之一，因为它既能提高纯电动汽车的行驶距离和速度，又能提高混合动力汽车的续驶里程和使用效率，而且还能解决纯电动汽车充电时间长、充电不方便等问题。
超级电容作为一种新型储能器件，在一些场合应用很有潜力，但目前尚处于研究阶段。
超级电容是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，它具有比传统电容器更高的能量密度和比传统电池更快的充放电速度。
超级电容具有极高的功率密度，其功率密度可达到
200~500W/kg，是锂电池（10~30W/kg）的十倍以上。
超级
电容也是一种在极短时间内能够快速充放电的器件，其充电速度与放电速度之比为1:10。
—— 1 —1 —。
新能源汽车的超级电容技术研究
新能源汽车的超级电容技术研究新能源汽车的兴起，标志着人类步入了绿色出行的新时代。
然而，随着全球气候变暖和环境污染问题日益凸显，传统燃油车辆逐渐被淘汰的趋势也日益明显。
在这种背景下，新能源汽车成为了人们关注的焦点之一，而超级电容技术则被认为是新能源汽车领域的一项重要突破。
超级电容技术，即超级电容器技术，是一种相对于传统蓄电池技术而言具有更高能量密度、更快充放电速率和更长寿命的能源储存技术。
在新能源汽车中，超级电容技术可以被应用于提升动力系统的性能，改善驾驶体验，并解决传统电池的充电时间长、续航里程短、寿命有限等问题。
目前，全球各大汽车制造商和科研机构都在积极研究超级电容技术，希望通过不断创新和优化，将其应用于新能源汽车的生产中。
下面将从超级电容技术的原理、应用及未来发展等方面展开讨论。
首先，超级电容技术的原理是基于双电层电容效应和赝电容效应。
在超级电容器中，两个电极之间的电荷分布形成了一个超大的电容量，在电场的作用下，可以很快地实现充放电过程，从而实现高速充放电。
与传统蓄电池相比，超级电容技术具有更长的寿命，更高的能量密度和更好的高温性能，因此在新能源汽车中有着广阔的应用前景。
在新能源汽车中，超级电容技术主要应用于提升动力系统的性能。
一方面，超级电容器可以为汽车提供瞬时高功率输出，提升汽车的加速性能和动力响应速度，改善驾驶体验。
另一方面，超级电容器还可以在制动时将动能转化为电能进行回馈充电，提高整车的能源利用效率，延长续航里程。
因此，超级电容技术不仅可以提升新能源汽车的性能表现，还可以有效解决传统电池在充放电过程中的缺陷。
除了在动力系统中的应用，超级电容技术还可以被应用于新能源汽车的辅助系统中。
比如，在车载能源管理系统中，超级电容器可以作为电池的辅助储能设备，平衡电池的充放电过程，延长电池的使用寿命。
此外，在智能网联汽车中，超级电容技术还可以用于数据传输和信息处理，提升车辆的智能化水平，实现更加安全和便捷的出行。
超级电容器在储能领域的应用及性能优化
超级电容器在储能领域的应用及性能优化超级电容器（Supercapacitor）是一种储能装置，具有高能量密度、长循环寿命和快速充电与放电等优点。
它在能量存储和释放中具有广泛的应用，特别是在储能领域。
本文将探讨超级电容器在储能领域的应用，并提出相应的性能优化策略。
一、超级电容器在储能领域的应用1. 瞬态储能应用：超级电容器具有快速充电和放电的特性，在电能转换、电路稳定性和负载平衡等方面发挥重要作用，在瞬态储能应用中广泛使用。
例如，电动车和混合动力车通常利用超级电容器存储制动能量，并在需要时释放能量以提高车辆的燃料效率。
2. 供电备份应用：超级电容器具有长循环寿命和较低的能量损耗，适用于供电备份应用。
在电网故障或突发停电时，超级电容器可以提供短时的备用电源，确保关键设备的正常运行，减少生产或生活中的损失。
3. 可再生能源平滑输出：超级电容器可用于可再生能源系统中的平滑输出。
由于可再生能源的天气和变化的风速等因素的不稳定性，使用超级电容器可以存储能量并平滑输出，以在不稳定的环境中提供稳定的电力供应。
4. 电子设备稳压和滤波：超级电容器在电子设备中的应用日益增多，可用于滤波和稳压。
通过将超级电容器与传统电容器和电池结合使用，可以提高电子设备的功率密度和稳定性。
二、超级电容器性能优化策略为了进一步提高超级电容器的性能，在储能领域的应用中，我们可以采取以下策略：1. 电极材料优化：电极是超级电容器的核心组件之一，其材料的选择和优化对性能起着关键作用。
研究人员可以通过合成新型纳米材料、涂敷活性物质以增加电极表面积、优化电极结构等方法来改善电极性能，从而提高超级电容器的能量密度和功率密度。
2. 电解质优化：电解质是超级电容器电极之间的介质，对电容器的功率密度和循环寿命具有直接影响。
优化电解质的离子导电性和稳定性，可以提高超级电容器的性能。
例如，研究人员可以改变电解质的组成、添加添加剂或调整电解质浓度等方式来改善电解质性能。
储能变流器控制方案的研究
储能变流器控制方案的研究摘要：储能变流器是用于连接直流系统和交流系统之间的能量变换的控制器件，它能将交流电压整流滤波后成为直流电压，给列车使用或者给蓄电池充电，同时它也能将直流能量通过逆变转换为交流电压继续给负载或者电网供电，储能变流器的控制方法包括了逆变控制与整流控制两个部分，本论文主要解决在大功率变流器如何使能量双向流动的问题，同时在逆变时能使用功率因数可调，获得更好的电能质量。
通过MATLAB以及实验论证控制以及拓扑的可行性。
关键词：PID控制；DQ变换；MATLAB0前言对于目前的轨道交通设备而言在列车运行时需要从电网获取能量后经过整流给电机使用，地铁再生制动能量的吸收方式主要有电阻消耗、逆变回馈、飞轮储能等。
其中，以逆变方式作为能量回馈变流器节能效果显著，但是对于电力电子设备而言，其需要在整流以及逆变过程中来回切换控制策略，对控制策略以及设备的反应要求较高，因此本文提出一种储能变流器的控制策略，使电力电子设备能在整流以及逆变中均能可靠运行。
通常情况下，变流器包括功率器件，控制电路，驱动电路，以及连接功率器件与交流系统的滤波器等若干单元组成；逆变器控制策略中，在此应用的是PID控制算法，其控制效果良好，同时易于编程与控制。
1储能变流器控制原理1.1逆变部分控制原理如图1所示，在逆变控制中首先对交流侧电压进行采样，将采样的电压进行PLL锁相得到参考相角，同时对其进行DQ变换；之后对交流电流进行采样，对交流电流进行DQ变换，之后将电流变换后的数值与参考数值进行比较得到偏差，根据偏差由PID控制器对调节点反馈DQ值与参考DQ值进行闭环的PID调节，输出其电流DQ参考值，将电流DQ参考值与电压DQ计算值比较运算，得出输出DQ 分量的参考值。
图2 逆变器控制逻辑图Figure 2 Inverter control logic diagramDQ变换计算公式在此不再赘述，其表达式如下（2-1）DQ反变换计算公式如下：若需要将旋转坐标系转化到静止坐标系上，只需相应的将d-q向投影即可，可以得到：（2-2）由上述对DQ变换的公式可知，其D轴分量相当于有功分量，Q轴分量相当于无功分量，DQ两轴的给定数值是通过输入功率因数计算得到的。
一种储能变流器控制方法及储能变流器
一种储能变流器控制方法及储能变流器摘要储能变流器是储能系统中非常重要的部分，它的控制对储能系统的性能有着重要影响。
本文介绍了一种基于电压矢量控制的储能变流器控制方法。
该方法可在不需要外部控制信号的情况下，实现电网输电侧和储能侧之间的交互。
本文还介绍了一种储能变流器的设计，该储能变流器可满足多种应用需求，包括电池储能系统和超级电容储能系统等。
最后，本文通过实验验证了该控制方法的有效性和储能变流器的性能。
关键词：储能变流器、电压矢量控制、电池储能、超级电容储能AbstractThe energy storage inverter is a very important part of the energy storage system, and its control has an important impact on the performance of the energy storage system. This paper introduces a voltage vector control based energy storage inverter control method. The method can achieve interaction between the grid-side and the storage-side without requiring external control signals. This article also introduces a design of an energy storage inverter that can meet various application requirements, including battery energy storage systems and supercapacitor energy storage systems. Finally, this paper verifies the effectiveness of the control method and the performance of the energy storage inverter through experiments.Keywords: energy storage inverter, voltage vector control, battery energy storage, supercapacitor energy storage引言随着全球能源消耗的不断增长，能源的储存和利用成为了人们关注的热点问题。
车载超级电容在地铁制动回收能量中的应用
车载超级电容在地铁制动回收能量中的应用陈军;邓木生【摘要】针对地铁列车运行状态变化时引起直流电网电压出现很大波动的现象,设计了一种基于非隔离双向DC/DC变换器的超级电容储能系统.采用电压电流双闭环控制方法,建立储能系统充放电控制策略,并搭建储能系统仿真模型.仿真结果表明:车载超级电容储能系统能够达到稳定电网电压和节能的目的,同时验证了控制策略的正确性.【期刊名称】《湖南工业大学学报》【年(卷),期】2018(032)004【总页数】5页(P28-32)【关键词】超级电容;储能系统;DC/DC变换器;双闭环控制【作者】陈军;邓木生【作者单位】湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007【正文语种】中文【中图分类】TM530 引言随着城市地铁的快速发展，人们的出行越来越快捷。
地铁列车在给人们的工作和生活带来方便的同时，也会产生负面的影响：列车在行驶过程中会停靠很多站点，出现频繁地启动和制动。
启动加速时，牵引网供给机车大电流，从而导致电网电压降低；制动减速时，电机动能转化的电能，一部分能量进入电网，使得电网电压升高[1-2]。
电网电压频繁波动，如果波动幅值过大，将严重影响供电质量。
列车制动减速时，也有一部分电能通过制动电阻以热能形式释放，使列车周围温度升高，对空气质量产生一定污染。
为了实现节能稳压，设计一种基于非隔离双向DC/DC变换器的超级电容储能系统。
其工作原理是：列车减速时，制动产生的能量被超级电容吸收，避免进入电网，列车加速时，超级电容及时释放能量[3-4]。
这样电网电压就不会频繁波动，也保证了机车短时加速的动力性能。
本文先介绍超级电容储能系统的工作原理和基本结构；讨论DC/DC变换器在系统中的作用；分析制动能量的大小，确定电容组电压、电流、功率分别与占空比的关系，依据结构设计出电容组其他参数[5]；采用电压电流双闭环控制方法，建立储能系统充放电控制策略；然后在Matlab/Simulink软件中搭建超级电容储能系统模型，进行仿真分析。
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可靠性． 但从式 （ １ ） 和（ ２ ） 可 以得 出， 提高超级 电
容 器容 量利 用率 需 要 降 低 ｉ ， 而这 样 却 增 大 ． （ １ ） 了变流 器容 积功 率 Ｐ 为了缓解提 高超 级 电容 器 的容量 利 用率 和 降
第３ ４卷 第 ６期 ２ ０ １ ３年 ｌ ２月
大
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交
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Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ６ Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ Ｎ Ｊ Ｉ ＡＯＴ ０ ＮＧ ＵＮＩ ＶＥ ＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ４ ８ — ０ ５
基金 项 目： 辽宁省教育厅高等学校科学研究计划资助项 目（ Ｌ ２ ０ １ １ ０ ７ ３ ） 作者简介 ： 胡继 胜（ １ ９ ６ ６一） ， 男， 教授 ， 硕士 ， 主要从事车辆牵引传动及控制 的研究
Ｅ－ ｍａ ｉ ｌ ： ｂ ｓ ｓ ｍｄ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｎ． ｒ
第 ６期
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Ａ ：
其 中， … 为超级 电容器 的最高工作 电压 ， 一般 由超级电容器的额定电压和安全余量确定．
提 高超 级 电容器 容量 利用率 可 以减少 超级 电 容 器组 中 的单元 个数 ， 在减 小重 量和 体积 的 同时 ，
降低了成本． 减小超级变流器的容积功率可 以减
而对储能系统超级 电容器的充放 电过程各分成两
个 阶段进 行控 制 ． １ ． ２ ． １ 超级 电容 器充 电过 程
（ １ ） 工作 方式 一 若２ Ｌ ＜
胡继胜 ， 等： 车载超 级电容器储能 系统新型 变流器
４ ９
２ 新 型 变 流 器 性 能 分 析
２ ． １ 主 要性 能参 数
现以某型号燃料 电池车为参考对象 ， 需要设
计 的超级 电容 器 再 生 制 动储 能 系统 的 参 数 为 ： 储 能 系统所要 吸收 的 总 制 动 能 量 Ｗ ＝３ ９ ６ ｋ Ｊ ； 储 能
采用 Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ １ ２为整个 系统 的控 制核心 ， 实现 了对变流器工作 的有效控 制．
关键词 ： 超级 电容 器 ； 变流器 ； 容量利用率 ； 容积功率
文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
超 级 电容器 再生制 动储 能 系统 已经被 广泛 地 应 用于 城市 轨道 车辆 、 新能 源汽 车等 领域 ． 双 向直 流斩波 变 流器是 实现 系统 能量 双 向传 输 的关键 部 件， 其 结构 和控 制方 式 是 否 合 理 直接 影 响 着 整 个 车载超 级 电容器 储 能 系统 的性 能 ． 目前 车 载 超 级 电容 器 储 能 系 统 主 变 流 器 多 数 采 用 Ｂ Ｕ Ｃ Ｋ — Ｂ Ｏ Ｏ Ｓ Ｔ拓 扑结构 ， 其 基本结 构 如 图 １所示 ． 该 电路 变流 器 的容积 功率 为
１ ． ２ 控 制方 式
新 型车 载超 级 电容 器储 能 系统 ， 依 据直 流 环 节 电压 的变化 控 制 变 流 器 进入 充 电或 放 电工 况 ，
容器单元组合方式、 超级电容器组的电压工作范围 和电抗器 的电感值等参数值如下 ： 组合方式为单
组； 电容 器容量／ 额定 电压 ＝ ２ ４ Ｆ ／ ２ ４ ０ Ｖ； 电压 范 围 （ ； 一 ） ＝（ １ ５ ０ ， ２ ２ ４ ）Ｖ； 峰值 电流 ， ｃ 一 ＝ ４ ３ ３ ． ３ Ａ； 电感 值 Ｌ Ｎ＝ ０ ． １ ｍ Ｈ （＞ ０ ． ０ ５ ） ；容 积功 率 Ｐ ｃ
图 ２ 新 型 变 流 器 结 构
系统所要求吸收 的最大功率 Ｐ ＝ ５ ０ ｋ Ｗ ； 直流母 线标 称 电压 为 ４ ２ ０ Ｖ ．
以容量 为 ６ ０ Ｆ ， 额 定 电压 为 ４ ８ Ｖ的 超级 电容 器单元 为基础组 合成 超级 电容器组 ． 参 照文 献 ［ ２ ］ 的计算 方法 ， 确定 采用常规 变流器 的储 能 系统 的电
车 载超 级 电容 器 储 能 系统 新 型 变 流 器
胡继胜 ， 马杰 ， 都 业林
（ 大连交通大 学 交通 运输工程学院， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ）米
摘
要 ：提出了一 种适 于车载超 级电容器储能 系统 的新型 的变流器 ， 有效 地缓解 了提 高超级 电容器 容
量利用率 和降低变 流器 容量 要求 的矛盾 ， 并减少 了直 流环节 的电流脉 动量 ， 提高 了系统 的 电磁兼 容性．
Ｐ ＝（ １ ＋ ÷） 二
其中， 数；
・
为直 流母 线 标 称 电压 ； ｋ为 电流 脉动 系 为超 级 电容 器 的最 低 工 作 电 压 ； Ｐ 为
低变流器容积功率的矛盾 ， 本文提出了一种新型变
流器作为车载 超级 电容器储 能系统 的主变流器 ．
储 能 系统所 要 吸收 的最大 功率 ．
１ 新 型 变流 器 简 介
１ ． １ 基本 结构
在 采 用新 型变 流 器 的储 能 系统 中 ， 超 级 电容 器组 ｃ 、 ｃ ：只是将 原有储 能 系统 中超级 电容 器单 元重新 组合 ， 并 未增 加单 元 个数 ． 若原采用 Ｂ Ｕ Ｃ Ｋ
—
Ｂ Ｏ Ｏ Ｓ Ｔ结 构 的系统 中的超级 电容 器容 量 为 ｃ ，
图 １ 常 规 变流 器 结构
最高工作 电压 为 ． 则在 新型变流器系统 中， Ｃ 。＝Ｃ ：＝１ ／ ２ Ｃ ０ ， Ｖ ｊ ＝ ＝Ｖ ｏ …． 其结 构如
图 ２所示 ．
为衡量超级电容器储能能力的利用程度 ， 超 级电容器容量利用率定义为 ：
米 收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ４ － ０ ７