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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：超级电容器及其他储能设备的相关理论研究
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2021年 月 日
超级电容器是一种新型绿色储能器件，具有充放电速度快、功率密度大、循环寿命长、高低温性能好等储能优势，此外，还具有免维护、无污染等优点，在储能领域将具有广阔的前景。本文以独立光伏发电系统为例，研究了超级电容器在储能领域中的应用。
关键词：超级电容器；双向DC/DC变换器；储能；充放电
目 录
1.1 课题的背景及意义
随着能源短缺和环境保护的双重压力，各国政府都在加大对可再生能源和清洁 能源的开发，发展可再生能源和清洁能源，以实现人类的可持续发展。当前主要的可再生能源和清洁能源主要为:风力发电，光伏发电，潮汐发电，地热发电，燃料电池等，这类发电系统的特点是规模和功率比较小，系统可靠，无污染，对环境比较友好。对于新能源系统，其最大缺点是受环境影响比较大，如风力发电和光伏发电系统，由于风速和光照具有随机性，所以发出的电能也是时刻变化的，需要储能系统对其进行能量管理，对于清洁能源发电系统，由于其发电系统的机械惯性等原因，一般也需要储能系统对其进行能量管理。
应用于电力系统中的能量管理系统主要是各种电力储能系统，在电力系统中的储能系统一般为:超级电容储能系统，抽水储能系统，超导储能系统，蓄电池储能系统，飞轮储能系统，压缩空气储能系统等。
超级电容器也称电化学电容器，它具有优良的脉冲充放电性能和大容量储能性能,因其存储能量大，质量轻，可多次充放电而成为一种新型的储能装置，近年来受到科学研究人员的广泛重视。随着环保型电动汽车研究的兴起和发展,超级电容器与各类动力电池配合使用组成复合电池,应用于电动汽车的电源启动系统,在车辆的起步、加速、制动过程中起到保护蓄电池和节能的作用,或者直接作为电动车的电源。也可以为内燃机以及其它重型汽车发动机的启动系统提供瞬间的大电流。
超级电容器在储存大量能量的时候电压较低,和蓄电池的电压比较匹配。由于超级电容器最大充放电性能由活性物质表面的离子取向和电荷转移速度控制,因此,可在短时间内进行电荷的转移,因此可得到更高放电比功率，同时,由于电极上没有发生决定反应速度与限制电极寿命的活性物质的相应变化,因此它具有很好的循环寿命(可大于105次循环)。
1.2 超级电容器的分类
1、按采用的电极不同，超级电容器可分为以下几种：碳电极电容器、贵金属氧化物电极电容器、导电聚合物电容器。
2、按储存电能的机理不同，超级电容器可分为两种类型：一种是“双电层电容器”，其电容的产生主要基于电极/电解液上电荷分离所产生的双电层电容，如碳电极电容器；另一种则被称为“法拉第准电容”，由贵金属和贵金属氧化物电极等组成，其电容的产生是基于电活性离子在贵金属电极表面发生欠电位沉积，或在贵金属氧化物电极表面及体相中发生的氧化还原反应而产生的吸附电容，该类电容的产生机制与双电层电容不同,并伴随电荷传递过程的发生,通常具有更大的比电容。
3、根据超级电容器的结构及电极上发生反应的不同，又可分为对称型和非对称型。如果两个电极的组成相同且电极反应相同，反应方向相反，则被称为对称型。碳电极双电层电容器，贵金属氧化物电容器即为对称型电容器。如果两电极组成不同或反应不同，则被称为非对称型，由可以进行n型和p型掺杂的导电聚合物作电极的电容器即为非对称型电容器,其性能表现形式更接近蓄电池,表现出更高的比能量和比功率。
超级电容器的最大可用电压由电解质的分解电压所决定。电解质可以是水溶液(如强酸或强碱溶液)也可是有机溶液(如盐的质子惰性溶剂溶液)。用水溶液体系可获得高容量及高比功率(因为水溶液电解质电阻较非水溶液电解质低，水溶液电解质电导为10-1~10-2S·cm-1，而非水溶液体系电导则为10-3~10-4 VS·cm-1)；选用有机溶液体系则可获得高电压(因为其电解质分解电压比水溶液的高,有机溶液分解电压约3.5 V,水溶液则为1.2 V)，从而也可获得高的比能量。
1.3 超级电容器的研究现状
超级电容器也称电化学电容器,它具有优良的脉冲充放电性能和大容量储能性能,因其存储能量大,质量轻,可多次充放电而成为一种新型的储能装置,近年来受到科学研究人员的广泛重视。随着环保型电动汽车研究的兴起和发展,超级电容器与各类动力电池配合使用组成复合电池,应用于电动汽车的电源启动系统,在车辆的起步、加速、制动过程中起到保护蓄电池和节能的作用,或者直接作为电动车的电源。也可以为内燃机以及其它重型汽车发动机的启动系统提供瞬间的大电流。超级电容器在储存大量能量的时候电压较低,和蓄电池的电压比较匹配。由于超级电容器最大充放电性能由活性物质表面的离子取向和电荷转移速度控制,因此,可在短时间内进行电荷的转移,因此可得到更高放电比功率(可大于500W#kg-1);同时,由于电极上没有发生决定反应速度与限制电极寿命的活性物质的相应变化,因此它具有很好的循环寿命(可大于105次循环)。按采用的电极不同,超级电容器可分为以下几种: (1)碳电极电容器; (2)贵金属氧化物电极电容器; (3)导电聚合物电容器。按储存电能的机理不同,超级电容器可分为两种类型:一种是双电层电容器,其电容的产生主要基于电极P电解液上电荷分离所产生的双电层电容,如碳电极电容器;另一种
