[实用新型]超级电容电池智能错峰储电供电器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种使用超级电容电池组电力能量转换的储供电器。

背景技术

超级电容电池又叫黄金电容、法拉电容，它通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容一般使用高表面活性炭电极材料，具有吸附面积大，静电储存多的特点，在新能源汽车中有广泛使用。双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较小，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10E6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。超级电容的容量比通常的电容器大得多。由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也称作“电容电池”或称“黄金电池”。超级电容电池是四川能宝电源制造有限公司已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种,其基本原理是利用高表面活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离,两块极板之间为真空(相对介电常数为1)或一层介电物质(相对介电常数为ε)所隔离,电容值为:C = ε·A / 3.6 πd ·10-6 (μF) 其中A为极板面积,d为介质厚度。所储存的能量为: E = C (ΔV)2/2，其中C为电容值,ΔV为极板间的电压降.可见,若想获得较大的电容量,储存更多的能量,必须增大面积A或减少介质厚度d，但这个伸缩空间有限，导致它的储电量和储能量较小。超级电容电池则采用高表面活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的炭多孔电极之间充填电解质溶液,当在两端施加电压时,相对的多孔电极上分别聚集正负电子,而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层,相当于两个电容器串联,由于活性炭材料具有≥2000M²/g的超高比表面积(即获得了极大的电极面积A),而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm(即获得了极小的介质厚度d),根据前面的计算公式可以看出,这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上,从而使单位重量的电容量可达100F/g，并且电容的内阻还能保持在很低的水平。炭材料还具有成本低，技术成熟等优点。从而使利用电容器进行大电量的储能成为现实，且在实际使用时，可以通过串联或者并联以提高输出电压或电流。超级电容器多为双电层结构，其活性炭电极和电解质之间是空间分布式结构，可用多个电容器的串并联描述超级电容器的特性。

当今社会对能源和电力供应的质量以及安全可靠性的要求越来越高，传统的大电网供电方式由于其本身的缺陷已经不能满足这种要求。能够集成分布式发电的新型电网——微电网应运而生，它能够节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性，是未来的发展方向。电容作为微电网中必不可少的储能系统，发挥着十分重要的作用。微电网由微电源、负荷、储能以及能量管理器等组成。当并网运行时，微电网内的功率波动由大电网进行平衡，此时储能处于充电备用状态。当微电网由并网运行切换到孤网运行时，中央储能立即启动，弥补功率缺额。微电网孤网运行时负荷的波动或者微电源的波动则可以由中央储能或者分布式储能平衡。其中，微电源的功率波动有两种平衡方式，将分布式储能和需要储能的微电源并联接在某馈线上，或者将储能直接接入该微电源的直流母线上。储能在微电网中发生作用的形式有：接在微电源的直流母线上、包含重要负荷的馈线上或者微电网的交流母线上。其中，前两种可称为分布式储能，最后一种叫做中央储能。在超级电容电池组充放电过程中，端电压范围变化大，通常必须采用DC／DC变换器作为接口电路来调节超级电容电池的储能和释能。DC／AC变换器可采用双向DC／AC逆变器，或者采用AC／DC整流器及DC／AC逆变器。超级电容器储能系统利用多组超级电容器将能量以电场能的形式储存起来，当能量紧急缺乏或需要时。再将存储的能量通过控制单元释放出来，准确快速补偿系统所需的有功和无功，从而实现电能的平衡与稳定控制。