超级电容器储能系统研究-开题报告.doc

中 北 大 学 毕业论文开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 学 院、系： 信息与通信工程学院电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化专业 论 文 题 目： 超级电容器储能系统研究 指导教师: 2013 年 2 月 27 日 毕 业 论 文 开 题 报 告 1．结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文 献 综 述 1.1课题研究背景及意义 超级电容器的发展始于20世纪60年代，起先被认为是一种低功率、低能量、长使用寿命的器件。但到了20世纪90年代，由于混合电动汽车的兴起，超级电容器才受到广泛的关注并开始迅速发展起来。现今，大功率的超级电容器被视作一种大功率物理二次电源，各发达国家都把对超级电容器的研究列为国家重点战略研究项目。目前，超级电容器在电力系统中的应用越来越受到关注，如基于双电层电容储能的静止同步补偿器和动态电压补偿器等，国内外对他的研究和应用正在如火如荼地进行[1-2]。 与常规电容器不同的是它的容量可达到法拉级甚至千法拉级，且具有功率密度高，充放电速度快，寿命长，工作温度范围宽，可靠性高以及无污染等特点[3]。超级电容器的出现填补了传统静电电容器和化学电源之间的空白，并以优越的性能及广阔的应用前景而受到了许多国家的重视。由于超级电容器储能密度大，且能快速地吸收和释放能量，因而在光伏发电、风力发电等分布式发电系统中对提高电能质量的作用重大[4]。当分布式发电系统出现电压波动、大电网短时间供电中断等情况时，超级电容器可快速充放电以改善负荷电压，从而保证系统的安全性和可靠性[5]。 1.2国内外发展现状 1.2.1国外发展现状 超级电容器作为一种很有应用前景的新型储能装置，在国外已有相当多的部门或机构在从事这方面的研究和创新，有部分公司还实现了产品的商业化。目前，日本、美国和俄罗斯在这方面处于领先地位，几乎占据了整个超级电容器市场，这些国家的超级电容器产品在容量、功率和价格等方面各有自己的特点与优势，特别是日本，目前在全球的超级电容器生产总量中，日本本国生产占据了70％90％[6-7]。 目前日本的Panasonic公司在小型超级电容器的研发和商业化方面处于领先地位，其3 V 1500F的超级电容器经过Idaho National Engineering Laboratory检测，性能如下：重量290g，体积693cm3，重量比能量3Wh/kg，体积比能量3.85Wh/L，等效串联内阻1.2mΩ，最大功率2.1W/kg(从3.0V放电至1.5V)。美国Pinnacle ResearchInstitute(PRI)在军用超级电容器的研发和商业化方面处于领先地位,实验结果表明，当能量密度为0.6Wh/kg，RC时间常数为0.06 S,95％2010W/kg，具有非常高的功率能力[8]。 美国的Los Alamos National Laboratory(LANL)在使用导电聚合物作为超级电容器活性材料的研究方面已经取得了进展。LANL的研究涉及几种设计方案，目前他们的注意力集中在Ⅲ型电化学电容器上。LANL已经制备并试验了1.9 cm2的小型装置，其包装后的重量为0.25g。0.2F装置在不同放电电流密度范围的放电性能结果表明，其电压与放电时间的关系比双层电容器更类似于电池，这归因于能量存储的准电容性。目前原型装置的能量密度在1.8 kW/kg稳定功率放电时，约为1Wh/kg。LANL4 kW/kg恒功率放电时，为8Wh/kg。 俄罗斯的ESMA公司在大型的启动和牵引用超级电容器的研发和商业化方面处于领先地位，其主要开发的是混合型超级电容器，正极采用的是氧化镍电极，负极采用的是活性炭电极，电极的厚度比较大，电容为3000—15000F。与其它类型的超级电容器相比较，该种混合电容器的性能非常类似于电池，在大部分应用中，充电和放电时间为10～30 min300Wh/kg。在使用氧化镍的装置中，用于充放电的能量密度取决于电压范围，工作电压为0.8—1.3 V时能量密度1.5Wh/kg、工作电压为0.8—1.6 V时能量密度为8—10Wh/kg。ESMA公司研制的大型超电容已经用作莫斯科一条街道上往返行驶的公共汽车的动力电源，该公共汽车可以承载50人，每次充电时间15min，一次充电可以行驶20km，时速25km，已经稳定运行了4年[9]。 1.2.2国内发展现状 我国超级电容器的研究工作正式起步于80年代，当时在国外正处于称其为“gold capacitors”阶段。解放军防化研究所、电子工业部49所以及国内部分高校等都在积极地进行电化学超级电容器及其相关领域的研究工作。目前国内对使用各种活性炭作为电极材料的超级电容器已经进行了一定的研究，并且