电动汽车超级电容储能系统研究
摘要：针对电动汽车超级电容储能系统应用于直流储能再生能量利用系统设计的关键技术进行研究。论文首先详细介绍了电动汽车超级电容储能系统这一新型的储能器件。超级电容是近几年出现的一种介于电池与电解电容之间的新型绿色储能元件，也是一种无源器件。与传统的储能器件相比，电动汽车超级电容储能系统具有电容器功率密度高、寿命长、能量密度高、无需维护及充电迅速等特性。这些特性使其在瞬时大功率的储能应用场合具有独特的优势。在直流储能系统能量利用中，电动汽车超级电容储能系统组成的阵列可以作为再生制动能量的储能系统。论文讨论了基于电动汽车超级电容储能系统直流储能系统的设计，给出了超级电容的一些算法、结构优化以及电压均衡架构的设计。最后，针对串接电动汽车超级电容储能系统组存在的电压不平衡问题，在深入分析国内外现有电压平衡电路的基础上，提出了一种新型的单级功率变换电压均衡电路，该电压均衡电路从电动汽车超级电容储能系统组吸取能量，并且将这部分能量传递至电压低的电动汽车超级电容储能系统单元，最终实现电动汽车超级电容储能系统单元的电压均衡。为了能推动电动汽车超级电容储能系统在电力控制系统的应用范围，通过各种控制系统的实际效果来完善和改进它的利用率。
关键词：超级电容;再生能量;储能;电压均衡;变换器
第一章 前言
1.1课题的研究背景
由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。而电动汽车超级电容储能系统以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国（特别是西方发达国家）都不遗余力地对电动汽车超级电容储能系统进行研究与开发。其中美国、日本和俄罗斯等国家不仅在研发生产上走在前面，而且还建立了专门地 国家管理机构（如：美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等），制定国家发展计划，由国家投入巨资和人力，积极推进。就电动汽车超级电容储能系统技术水平而言，目前俄罗斯走在世界前面，其产品已经进行商业化生产和应用，并被第17届国际电动车年会（EVS—17）评为最先进产品，日本、德国、英国、法国、澳大利亚等国家也在急起直追，目前各国推广应用电动汽车超级电容储能系统的领域已相当广泛。在我国推广使用电动汽车超级电容储能系统，能够减少石油消耗，减轻对石油进口的依赖，有利于国家石油安全；有效地解决城市尾气污染和铅酸电池污染问题；有利于解决战车的低温启动问题。目前，国内主要有10余家企业在进行电动汽车超级电容储能系统的研发。
10kV配电网自动化的一个重要环节是在架空线路上，安装具有自动化功能的开关设备。而柱上开关设备装设在户外，承受恶劣的运行环境。如须适应-40℃~70℃运行温度，须对风沙、雨雾、防腐等有可靠的防护。同时，由于邻近高压，当中的二次部分需要承受强电场、大电流、雷电等的干扰。因此对这种柱上开关设备装的性能和质量要求特别严格。
按电力行业标准定义，配网自动化终端设备为馈线远方终端FTU(Feeder terminal unit)，主要功能是故障检测、就地保护控制、状态监控、远程控制和电量测量及与配电自动化系统中心主站通信。
故障位置判断、隔离故障区段、恢复正常区域供电，是配电网自动化最重要的功能。为实现这项功能必须确保在故障期间，能够获取停电区域的信息，并通过远方控制跳开一部分开关，再合上一些开关。如果该区域停电，无论是计算机系统工作所需的电源或是通信系统所需的电源，以及跳闸或合闸所需的操作电源，都无法解决。电容储能式硅整流分、合闸装置具有结构简单、成本低、维护量小的特点，它在FTU中得到了广泛的应用。但是它的一个致命的缺陷是：储能电解电容器组容量不大(约几千微法)，漏电流又较大，无法维持事故分闸所需要的能量。事故分闸可靠性差，导致事故扩大。
为了保障分闸的能量，有些用户对现场的FTU安装蓄电池作停电时的电源，还要配备充电器和逆变器。然而蓄电池长期运行不作维护，性能无法保持。事故可靠分闸亦同样无保证。为解决上述工作电源问题，引入电动汽车超级电容储能系统在柱上开关设备的应用。
目录
第一章 前言 3
1.1课题的研究背景 3
1.2 超级电容在世界上相关技术发展现状 5
第二章 超级电容的简介 5
2.1超级电容的介绍 5
2.1.1超级电容的工作原理 7
2.1.2 超级电容的技术原理 8
2.2超级电容的特性分析 8
2.2.1 工作特性 8
2.2.2 技术特性 9
2.3 超级电容的主要性能参数 9
2.4超级电容的特点和优势 10
2.5 超级电容的分类 12
2.6超级电容的充放电时间 13
2.7 超级电容的优点和缺点 13
2.7.1 超级电容的优点 13
2.7.2 超级电容的缺点 14
第三章 超级电容储能的应用 14
3.1 超级电容储能的应用领域 14
3.2超级电容储能在应用中出现的一些问题 16
第四章 超级电容直流储能的设计 16
4.1超级电容直流储能在馈线远方终端单元FTU的应用 16
4.2 超级电容参数分析 17
4.3 电动汽车超级电容储能系统等效电路模型 18
4.4 电动汽车超级电容储能系统恒流充电特性分析 19
4.5 电动汽车超级电容储能系统恒功率充电特性分析 20
4.6 电动汽车超级电容储能系统恒阻抗放电特性分析 21
4.7 电动汽车超级电容储能系统用于分闸电源测试 22
4.8工程应用实践 23
第五章 结束语 24
参考文献： 26
致谢 28
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