超级电容与轨道交通融合发展的现状与挑战

超级电容作为储能系统在轨道交通系统的应用成为能源交通融合的变革。在全面整合分析超级电容和轨道交通融合发展的最新研究成果基础上,围绕如何高效利用能源、降低能耗等问题,系统地论述了超级电容在轨道交通领域应用的研究进展。特别针对常规储能、再生制动、热管理系统等方面进行了全面综述,分析了能源交通融合发展进程中存在的问题及挑战,并对其未来的发展指明了方向。     

弱结晶二氧化锰超级电容器充放电分析

以等物质的量的高锰酸钾和乙酸锰为原料,采用机械化学法制备出弱结晶型α-MnO2超级电容器电极材料.在1.2V电压内,200mA·g-1电流密度下对对称型超级电容器进行恒流充放电测试.采用XRD法、循环伏安及交流阻抗法对充放电前后电极材料的结构以及电化学性能进行表征,首次采用求斜率法对充放电曲线分析.结果表明:超级电容器表现出法拉第电容与双电层电容的双重特征;在循环过程中,电化学惰性物质Mn3O4生成,循环伏安图中氧化还原峰逐渐消失;充放电曲线的法拉第电容特征逐渐消失而接近双电层电容理想曲线;超级电容器的比容量、等效串联电阻发生了对应的变化,其最大电极比容量达到416F·g-1,经过近500次循环后,比容量为220F·g-1.     

动力型超级电容电池容量测试标准与装置研究*

动力型超级电容电池的优点是充放电速度快,低温特性良好,可提供大电流充放电,无污染等,具有良好的市场前景。目前国内外还没有建立超级电容电池的测试标准,在一定程度上制约了电池产业的发展。总结了相关蓄电池常用的测试标准与规范,在此基础上提出了动力型超级电容电池容量测试和功率密度测试方法并设计了相应的充放电自动测试装置,为今后超级电容电池企业的发展提供重要的测试标准参考。     

基于超级电容的B/KNO3激光点火数值模拟

为了研究B/KNO₃（硼/硝酸钾）药剂基于超级电容驱动的激光点火规律,建立了从超级电容驱动激光二极管到激光辐照加热药剂全过程的激光点火时域模型,分析了放电电压和超级电容容值及等效电阻对激光点火延时的影响,基本揭示了基于超级电容的B/KNO₃激光点火特性和规律.仿真结果表明,随超级电容放电电压、容值的增加及超级电容等效电阻的减小,激光输出功率与能量均显著增加,激光点火延迟时间缩短,点火能量显著下降.仿真结果可为基于超级电容的激光快速点火设计提供依据及技术支撑.     

四氟硼酸螺环季铵盐混合型离子液体电解液的制备和电化学性质研究

采用一种新型的有机电解质盐四氟硼酸螺环季铵盐[(C4H8)2N][BF4],与1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐离子液体([Bmim][PF6])以不同摩尔比混合形成了离子液体基电解液,以活性炭为电极,组装成超级电容器,通过循环伏安、交流阻抗以及恒流充放电等测试方法来研究其电化学性能.结果表明,超级电容器具有良好的电容特性、可逆性及循环特性,且电化学窗口可以达到4.8 V,是一种具有应用潜力的超级电容器电解液.     

RGO/NiCo_2O_4复合电极材料制备及电化学性能研究

采用层-层自组装法制备了前驱体RGO/Ni-Co@Ni-foam(泡沫镍负载石墨烯/镍-钴金属化合物),并在高温下煅烧得到RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合电极材料。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及能谱仪对多孔RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合材料进行结构表征,并通过循环伏安、恒流充放电等测试方法考察了其作为电极材料的电化学性能。结果表明,制备的多孔RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合电极材料的比电容在电流密度为0.5A/g时可达到444F/g,并且在经过1 000次循环实验后,比电容仍有342F/g。这表明多孔RGO/NiCo_2O_4@Ni-foam复合材料在超级电容器领域具有广阔的应用前景。     

应用于超级电容器的碳原子线电极的电容性能研究

以新型碳材料--碳原子线为超级电容器电极材料.碳原子线由天然高分子淀粉高温催化热解而得,并通过浓硝酸处理的方法对其进行表面官能化.酸处理后碳原子线电极的电容性能测试采用循环伏安法,恒流充放电法和交流阻抗法.实验结果表明,酸处理后的碳原子线电极显示出较高的电容性能,在5mol/L硫酸水溶液中,在0.2A/g的放电电流密度下,该电极的比电容可达256F/g,同时具有较低的等效串联电阻和较好的循环稳定性.     

聚乙烯醇-氢氧化钾-硫氰酸钾凝胶电解质在超级电容器中的应用研究

制备了一种具有氧化还原活性的聚乙烯醇-氢氧化钾-硫氰酸钾(PVA-KOH-KSCN)凝胶电解质,用于活性炭超级电容器的研究.利用循环伏安法、恒电流充放电、交流阻抗谱等电化学测试方法进行表征.结果表明,KSCN的引入提高了电解质的电导率和电极的电容.在相同电流密度时,以PVA-KOH-KSCN为凝胶电解质的超级电容器电极比电容比以PVA-KOH为凝胶电解质的提高了约73%,达到209.48F/g,此外,超级电容器还表现出良好的循环稳定性.     

串联超级电容组动态分段充电控制策略

针对目前的超级电容组充电策略存在过压风险和容量利用率较低的缺陷,在现有充电方法的基础上,提出一种动态分段超级电容充电控制策略,提高了超级电容容量利用率.该方法划分为恒流充电、恒压充电与浮充3个阶段,恒流充电又划分为启动阶段、恒流阶段与充电终止阶段,恒压充电根据单体电压动态确定,设计了状态机实现该方法.采用带有均压电路的串联电容组模型进行仿真实验以验证充电效果.仿真结果表明:该方法可将超级电容利用率提高9%.     

超级电容储能系统硬件设计

城市轨道交通需要频繁启动和制动,由于传统牵引供电变电站不能反向吸收能量,车辆再生制动时产生的多余能量都被浪费。针对超级电容在轨道交通应用方面的特点,给出了三电平双向直流变换器的工作原理,并完成了参数设计,最后设计了基于DSP控制器的硬件电路。本系统具有控制精度高、响应快等优点。     

[Pmim][ClO_4]电解质的物化性质及其在超级电容器中的性能研究

采用两步法设计合成了一种新型离子液体电解质(液)1-戊基-3-甲基咪唑高氯酸盐([Pmim][Cl O4]),对这种电解质的密度、表面张力、电导率等物化性质进行了测定.并将其与活性炭电极组装成超级电容器,通过交流阻抗、循环伏安及恒流充放电等测试手段对其电化学性能进行了研究.测试结果表明,该离子液体的密度和表面张力都随温度升高而减小,超级电容器的电化学窗口可以达到5.0 V,并且具有良好的电容特性、可逆性及循环特性,是一种具有应用潜力的超级电容器电解液.     

锂电池-超级电容混合系统能量管理与仿真

为了解决储能蓄电池作为动力源应用电动汽车的单一化等不足,在对锂电池与超级电容的外部工作特性及其储能机理理论研究基础上,提出锂电池-超级电容混合电动汽车能量系统。首先基于超级电容内部化学反应与外部工作特性,提出等效电路模型,并建立了其时域状态空间模型。接下来制定脉冲电流实验方案采集电压实验数据,辨识得到准确的超级电容模型,并通过模型仿真曲线与实验曲线的对比来验证模型的准确性。然后结合电动起实际工况及电池和超级电容储能机理,提出超级电容-电池电动汽车能量管理策略,最后基于超级电容模型和电池模型,在matlab/simulink仿真实验平台搭建起超级电容-电池混合电动汽车能量仿真模型,仿真结果验证管理策略的可行性和准确性。     

基于电容传感器的两相流参数检测原理及应用

两相流是现代诸多工业过程中的常见对象,对两相流流动参数与流型的准确检测对优化生产策略、安全高效生产、工业过程准确控制意义深远。作为一种非侵入、不辐射、防爆、安全可靠的检测手段,基于电容法的两相流流动参数与流型检测技术长期以来都是国内外的研究热点,是解决该测量问题的重要方法之一。该文围绕电容法在两相流参数检测中的应用,从电容法两相流参数测量的原理、电容法在相含率测量、流型识别中的应用,以及电容层析成像技术在两相流参数检测中的应用等几方面,对以往国内外学者在该方面的研究工作进行了回顾,讨论了电学法两相流参数与流型检测技术目前尚存在的问题以及未来的研究方向。     

升压型电池-超级电容复合电源的自适应滑模控制

针对升压型电池-超级电容复合电源的输出端超级电容电压不稳定、输入端电池电流波动大等问题,提出了一种自适应滑模控制策略。结合升压变换器的平均状态模型和超级电容特性建立了升压型电池-超级电容复合电源的动态模型。在此基础上,设计自适应观测函数并根据李亚普诺夫函数确定自适应规则。选取合适的滑模面,基于滑模面和自适应规则设计占空比函数。考虑复合电源的工作需求,分别针对恒流和恒压控制设计比例因子。搭建实验台进行测试,实验结果表明:与PI控制策略相比,升压型电池-超级电容复合电源采用自适应滑模控制,能使系统快速达到稳定状态,在恒压控制和恒流控制条件下,系统的调节速度分别提高了88.8%与62.5%;在超级电容电压较低时,采用自适应滑模控制能有效抑制输出电压和电感电流波动,提升系统的安全性和可靠性。     

超级电容的原理及应用研究

超级电容作为一种新型储能元件填补了传统的静电电容器和化学电源之间的空白。本文介绍了超级电容的原理、特性、优缺点,分析了超级电容在复合电动汽车中的工作原理,概述了超级电容在国内外各领域的应用研究。     

超级电容在混合动力汽车中的应用发展

超级电容运用于混合动力具有优异性能,这使它成为车载电源值得研究的课题之一,介绍了其在汽车领域中的发展,着重介绍超级电容混合动力车制动能量回收以及智能启停控制系统的应用,并分析展望超级电容在混合动力车上的应用前景。     

超级电容器隔膜材料的制备与研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米MnO2，同时制备了琼脂膜隔膜材料，并分别以琼脂膜和隔膜纸为隔膜材料组装成电容器，进行恒流充放电测试．结果表明，应用琼脂膜的超级电容器的性能优良，与隔膜纸的相比，电容容量提高了69％，充放电效率提高了11％．     

淀粉基活性炭的制备及在超级电容器中的应用

以淀粉为原料,分别采用H₃PO₄活化法和物理-化学复合活化法制备活性炭,并将制备的活性炭组装成超级电容器。研究了制备工艺对活性炭孔结构及电容特性的影响;通过氮气吸附和SEM方法表征了淀粉基活性炭的孔结构和表面形貌,通过循环伏安曲线、恒流充放电、交流阻抗实验考察了其电化学性能。结果表明,比表面积与比电容并没有线性关系;物理-化学复合活化法在温度为850 ℃、活化时间为2h条件下,制备的淀粉基活性炭比表面积为1438 m²/g,比电容为150 F/g。     

采用权值配比优化的超级电容等效电路模型参数辨识

为提高超级电容模型的精度,提出了一种基于权值配比优化的超级电容等效电路模型参数辨识方法。在新威尔测试平台上对超级电容进行多种工步条件测试。基于超级电容三分支等效电路模型,分别采用递推最小二乘法和双线性变换方法辨识模型中各分支的相关参数。结合不同工步条件下2种参数辨识方法的优缺点,引入权值配比优化方法对超级电容等效电路模型的各分支参数进行修正。搭建超级电容等效电路模型,将模型计算结果与实验测试结果进行比较,验证了权值配比优化方法的有效性。与递推最小二乘法和双线性变换方法相比,采用权值配比优化方法可以更加准确地反映超级电容的特性,模型的精度分别提高了1.45%和1.78%。     

纯电动客车超级电容储能系统研究与计算界面设计

为使纯电动客车超级电容储能系统尽可能多地储存制动过程中回收的能量,基于能量约束法提出了满足整车性能和储能要求的超级电容储能系统单体电池连接方法,并通过Matlab/GUI开发了超级电容储能系统设计界面.实车测试表明,利用此方法得到的单体电池连接方式可满足目标要求.