超级电容的应用分类.ppt
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超级电容的应用分类.ppt
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超级电容的应用分类n超级电容器(supercapacitor),又叫双层电容器(ElectricalDoule-LayerCapacitor)、黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能。
它是一种电化学元件,但在其储能的过程并不发生化学反应,这种储能过程是可逆的,也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
超级电容器可以被视为悬浮在电解质中两个无反应活性的多孔电极板,在极板上加电,正极板吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子,实际上形成两个容性储存层,被分离开的正离子在负极板附近,负离子在正极板附近。
什么是超级电容?
你需要超级电容吗?
如果需要以下其中一项,超级电容就最适合。
1.要求瞬间比较大电流放电。
如USB产品要用0.5A以上电流,闪光灯、电动工具。
2.要用电池,但永远不更换,免维护。
如太阳能道钉灯、地埋灯。
智能水、电、气表。
3.要求快速充电,如警卫手电筒、玩具、电动工具。
4.要求充放次数多过电池,浮充也不需要更换电池,如应急灯。
5.要求在零下40度也能正常保持能量工作,如汽车、电动车泠起动。
6.要求将微弱至大电流能量快速回收,如独力太阳能发电、节能电梯、环保汽车。
7.要求轻的移动电源,如遥控飞机。
8.要求比电池安全,永远不会爆炸的储能产品。
应用广泛(在有记忆储存功能的电子产品中做后备电源,数据保护和备份,适用于带CPU的)玩具、手电筒、洁具、自行车尾灯、音响、助听器、礼花、充电器、DVD机、收音机、冰箱、空调、背投和液晶电视、洗碗机、鱼漂、消毒柜、电子门锁、热水器、燃气灶、电饭煲、熨衣架、待机转嫁器、数码相框、机顶盒、微波炉、遥控器、汽车黑匣子公用电器、工业及医疗电器:
(公用电器、工业及医疗电器:
(用作小功率器件的电源)税控机、控制器(温度控制器)、触摸屏、摄像头、扫描仪、投影仪、考勤钟、计数器、显示屏、彩票机、银行终端、公汽读卡器、身份识别、复印机、打印机、X光机、磁共振、道钉机、电焊机、皮带机、激光器、矿灯、工业仪表、雷管、电动工具。
网络通讯:
网络通讯:
(中型模组、模块、工作时间不是很长的、瞬间工作的)电脑、电话、手机、信息终端、通讯站、GPS、电力数据传输。
风光发电:
风光发电:
风力发电、变浆、接收转换、太阳能发电(储能)、太阳能灯(警示灯、标识灯、道钉灯、地埋灯)、太阳能手电。
交通工具:
交通工具:
摩托车启动、机车启动、电动汽车辅助动力、汽车启动、电动自行车辅助动力、汽车音响、车载监控。
后备电源:
后备电源:
开关柜、直流屏、负荷调整电源、故障定位、变频器、脉冲电源、应急灯、救生绳、报警器、卷帘门、与电池配套电源、断电保护。
能量回收能量回收:
吊车、矿井、机车、电梯、抽油机。
军工:
军工:
战斗机、军车、坦克、雷达、精准炮弹、激光炮、电磁炮、警棍。
应用领域分析应用领域分析应用领域分析应用领域分析运输业运输业工业工业军事领域军事领域再生能源再生能源智能三表便携式除颤器LED动能手电筒应急照明灯储能系统电动工具税控收款机IT产品车载刷卡终端汽车后装市场USP电信电梯电动玩具混合动力电车超级电容电动游览车电动汽车汽车微混电动自行车混合动力挖掘机起重机叉车车辆低温启动能量回收系统航空航天太阳能风能大型风力变桨系统战车混合电传动系统坦克低温启动舰用声呐/电磁炮一、运输业一、运输业l混合动力电车用于公交车和卡车的混合电力、氢气和基于燃料电池的动力系统提高了燃油效率,降低了有害排放。
该类型混合架构对于执行大量“停走”驱动的大型车辆特别有吸引力,如市内运输公交车和货运卡车。
传统的公交车和卡车的效率很低,产生高度有害的排放,因为它们硕大的引擎(通常是柴油机)持续不断地给车辆加速和减速-这是一种效率最低的产生动力的方式。
在串联混合系统中,较小的引擎与发电机紧密配合,在恒定、有效的速度和功率输出级上工作。
当车辆动力暂时需要增加的时候,如加速期间或爬山时,要从车上由电池和超级电容组成的能量储存系统吸取电力。
当车辆的动力需求较低时,该能量储存系统被充电。
这样不仅仅能量效率增加了,而且车辆能够通过再生制动(regenerativebraking)在它减速时重新回收(加速时付出的)能量。
提高混合电力、燃料电池的动力效率电容用于大量“停走”,加速期间或爬山时适用于观光车,市内公交车,机场等每辆车用8-12只48V模块延长电池寿命提供大电流放电及停刹车能量回收l超级电容电动游览车技术参数:
技术参数:
电机输出功率:
5.0kW充电器配置:
150A/90V超级电容器组件:
组件构成:
180只单体。
组件额定电压:
90V组件工作电压区间:
90V-55V基本使用工况:
基本使用工况:
100%充电时间:
10分钟,其后需恒压充电5分钟100%充放电循环寿命:
50000次续驶里程:
20km(100%充电后,时速30km/h,工作电流30A)上海张江高科技园区上海张江高科技园区“创新示范线项目创新示范线项目”上海崇明岛超级电容电动游览车示范线项目上海崇明岛超级电容电动游览车示范线项目l电动汽车为电机启动提供强大启动力距吸收马达制动过程中能量保护蓄电池过放电,延长使用寿命提高电动机车性能如加速,制动等超级电容能在短时间内提供和吸收大的功率,而且能量回收效率高、充放电次数高、循环寿命长、工作温度区域宽;适合频繁加速和减速的城市交通工况。
超级电容价格相对于电池要便宜,适合低成本方案。
尽管超级电容比能量比较低,但是可以通过控制策略的研究,合理地进行能量分配l汽车微混fuel-savingstop-startsystem减少汽油耗能,当速度低于20km/h(12mph),发动机关掉.在城市内可多跑15%里程并减少15%二氧化碳释放利用新型2.2KW起动电机,比第一代电机效能提升70%.e-booster模块提供强大启动力距及功率确保发动机即使在零下40度也能顺畅起动模块在400微秒加速起动发动机至理想速度,从而减低起动噪音,此起动速度是目前正常系统的一倍.重新起动发动机时不会影响其汽车电子产品用电如音响,车灯及雨刷等.在停车及减速时将能量回收对e-booster超级电容模块进行充电.PSAPeugeotCitroen将在2012对旗下30%出厂燃油车配备e-booster模块来达到欧盟对汽车节能要求。
PSAPeugeot-Citroene-HDil电动自行车+安装于电动自行车上与24V铅酸电池并联使用10只2.7V220F超级电容最高电压27V重量非常轻:
38克/电容冷起动:
-40快速充电:
2分钟内脚踏和滑行能量回收效率为90%,电池只有30%延长电池寿命达一倍,环保超级电容:
充放电寿命为50万次l混合动力挖掘机小松混合动力挖掘机(KomatsuHybridexcavator)节能平均25%.最多41%转动/刹车能量蓄存大电流放电协助马达/发动机工作l起重机一种利用超级电容的轮胎式龙门集装箱起重机,它的主要工作机构有起升机构、小车机构和大车机构。
起升机构在起升时耗电,由柴油发电机组供给,下降时其势能转换成电能反馈给轮胎式龙门集装箱起重机,小车机构和大车机构在驱动和运行时耗电,在制动时反馈电能给轮胎式龙门集装箱起重机。
原理:
原理:
由柴油发电机组发出的三相交流电源经交流变频器的整流装置转换成直流电源DC,DC电源通过变频装置将DC电源转换成频率和电压可控的交流电源AC,用于驱动起升、大车或者小车机构;将超级电容并联在DC电源总线上,利用DC总线监测电压变化范围,电压上升时充电,电压下降时放电,随着超级电容不断放电,其端电压下降,DC总线电压也下降,当检测到此电压低于柴油发电机组的电源整流电压时,柴油发电机组开始供电,在制动时反馈电能给超级电容,超级电容不断得到反馈能量的充电,又不断释放电能;当起重机的工作机构处于再生反馈状态时,机构将能量反馈到DC总线上,DC总线电压在电压变化范围内逐步上升,使超级电容不断吸收电能;当DC电压由工作机构电机再生反馈电能引起上升时,超级电容进入充电状态,随着超级电容不断充电,其端电压上升,DC总线电压也上升,所有机构的反馈能量都被超级电容吸收。
利用超级电容器,可以短周期大电流充电和放电,将能量吸收,起到节能环保的作用。
l叉车铲车(燃料电池)铅酸电池的替代品燃料电池和超级电容配合工作超级电容负责抬升为客户减少燃料和维护开支补充燃料电池的初始功率特性起动快,能量高,电池寿命长加快充电时间纯电动纯电动(电池电池+超级电容器超级电容器)燃料电池燃料电池超级电容器系统超级电容器系统柴油机柴油机超级电容器系统超级电容器系统l车辆低温启动超级电容器与蓄电池并联应用可以提高机车的启动性能。
将16.2V-250F超级电容与12V45A的蓄电池并联启动1.9L柴油机的汽车在-10时平稳起动,尽管在这种情况中,当不连接超级电容器,蓄电池也可以启动,但采用超级电容器与蓄电池并联时启动电动机的速度和性能都非常好。
在-20时,由于蓄电池的性能大大下降,很可能不能正常启动或需多次启动才能成功,而超级电容器与蓄电池并联时则仅需一次点火。
其优点非常明显。
由于电源的输出功率的提高,启动速度由仅用蓄电池的时候启动速度300/min,用超级电容器与蓄电池并联时就会增加到450/min;提高汽车在冷天的起动性能.ColdStartl轻轨和地铁能量回收系统能量存储系统:
独立的工作方式或设计在车辆能量系统中Timet1车辆制动时能量存储系统会将制动时产生的能量储存起来应用:
车辆加速时,分时传递制动时产生的能量方案:
可采用独立工作方式,也可设计在车辆本身的能量系统中优点:
通过减少主能源的消耗从而降低实际使用成本独立工作方式能量存储系统HHHTimet2车辆起动、加速时能量存储系统会传递所需的能量l航空航天为开启门提供爆发动力,16x56UCs使用寿命25年,140000飞行小时已交付多于100kPC100产品设计变成BCAP0140产品每个A380上紧急启动16个门,2个长期使用的登机门,14个应急门在地面上,正常操作和紧急操作时,门必须被打开;在飞行时,门必须被关上并锁紧滑道必须在紧急情况被需要的时候膨胀工作峰值负载60A待机时间8小时,(要求低自放电)总能量11000W可预测的充电级别,充电状态持续监视门控制器冗余电源限制质量和体积应用超级电容器的优势质量小高循环寿命高可靠性免维护二、工业二、工业智能三表(热量表、煤气表、智能水表)传统的智能水表,在控制水阀开启和关断时,普遍采用的方法是内装锂电池的优点在于重量轻、能量大、自放电率低等。
锂电池使用到一定时间后,不得不更换电池。
需要上门为用户更换电池或水表,这是一件繁琐的事。
另外,电池电量不足的情况出现是随机的,如果不精确和及时的监测电池电量,将无法可靠的关断水阀,造成无法计费、逃水现象等情况出现。
这是内部安装了锂电池的智能水表的致命缺点,直接影响到它的推广和使用。
用超级电容代替锂电池可以解决这个问题。
超级电容是一种无源器件,介于电池与普通电容之间,具有电容的大电流快速充放电特性,同时也有电池的储能特性,并且重复使用寿命长,放电时利用移动导体间的电子(而不依靠化学反应)释放电流,从而为设备提供电源。
l智能三表、后备电源超级电容器在智能水表中设计电路优点如下:
a.将电池从水表中分离出来,从而可以不考虑电池寿命对水表的影响,延长了水表的使用时间。
b.另一方面,超级电容的大电流放电特性保障了水阀关断的可靠性,在外接干电池电量不足时,仍能利用存储在超级电容上的能量将水阀关断。
c.以前一味追求的漏电流指标,主要是为了保障电池的使用寿命,改用超级电容后,漏电流指标变得不重要。
如果电池电量不足,用户可以随时更换。
这样,不仅使电路设计简化,减少产品的出厂检验工序,还使产品的成本降低。
l便携式除颤器便携电源超级电容器可以作为便携式除颤器的放电电容。
由电容所提供的大脉冲能量约为200-360J,单方向通过电极的全部电流加到病人身上。
发达国家的一些公共场合开始采用便携式除颤器,这样可以尽早地挽救生命。
其中的储能电容器以采用超级电容器为最佳方案,如400J储能仅需25F即可,即使按100F计算,
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