超级电容器技术及在电力电子系统的应用——评《超级电容器建模、特性及应用》.docx

超级电容器技术及在电力电子系统的应用——评《超级电容器建模、特性及应用》
超级电容器技术及在电力电子系统的应用
随着人类社会对于环保节能和新能源的需求不断增加，电动车、电动飞机、储能系统等新兴领域得到快速的发展，这些领域的重要技术之一就是超级电容器。超级电容器具有高功率密度、长寿命、低内阻、无极性等特点，因此在能量存储、能量回收、动力传输等方面具有广泛的应用前景。
一、超级电容器的基本原理与特性
超级电容器，又称电化学超级电容器，是一种能量存储和放电的设备。其实现原理为通过电极表面的电吸附与电离子间的化学反应储存能量。与传统的二极管、三极管等半导体器件储存电能相比，超级电容器具有高功率密度、快速充放电、长寿命、无极性等特点。
超级电容器电极的材料有活性炭、金属氧化物、碳纤维、导电高分子等。其中活性炭电极表面粗糙度高、比表面积大，具有很强的电吸附作用，可以存储大量的电荷。因此，活性炭电极的超级电容器具有高电容值、高功率密度、低内阻等特点。金属氧化物电极比活性炭电极更具有可控性，可以根据需要设计高电压、低电压的器件。碳纤维电极具有高强度、高导电性、低热膨胀系数等优点，适合于高体积储能需求。导电高分子电极因为其化学稳定性好，可制成薄膜电极，具有超薄、柔性、可弯曲、对机械振动和冲击的抵抗性较强等优点。
超级电容器的特性包括容量、内阻、电压等。容量是指超级电容器储存并释放电荷的能力，影响能量存储量和功率密度。内阻是指电流通过电容器时能量损失的程度，影响充电和放电效率。电压则决定超级电容器的使用范围和电路参数的选取。
二、超级电容器在电力电子系统中的应用
1.能量回收系统
能量回收方式是将制动能量或惯性能量转换为电能，以供后续使用。超级电容器可以通过快速充放电储存和释放能量，可以用于作为能量回收系统中的电容储能器。在应用于高速列车的制动能量回收系统中，超级电容器根据列车制动力的大小来选择负载电阻的值，实现快速充放电，从而实现对列车制动能量的高效回收。
2.低压直流系统
在当今的航空器和轨道汽车等大型交通运输系统中，由于需要储存大量的电能，超级电容器可以用来取代传统的储能系统。在低压直流系统中，常采用高容量且高电压的超级电容器组成电池组，用于短暂的电能储存，避免了因电池周期性放电导致的寿命衰减和安全隐患。
3.电力电容器系统
在电力电容器系统中，超级电容器可以作为电路中的滤波电容器，可提高电路的抗干扰能力和稳定性，并减少电路开关产生的噪声。同时超级电容器也可以增加电路的动态响应速度。
4.电池容量扩展
电动汽车因其纯电驱动，在长时间行驶时容易因为电池耗尽而无法行驶。在这种情况下，超级电容器可以作为电池的辅助电源，对车辆进行电池的充放电控制，扩大了电池的使用时间和行驶距离。此外，超级电容器还可以承担起启动电源或应急备用电源的作用，提高车辆的安全性和可靠性。
三、结论
超级电容器的技术具有应用前景广阔、经济效益显著的特点。通过对超级电容器建模、特性及应用等方面的研究，可以为电动车、电动飞机、储能系统等领域的发展提供有力的技术支持。在未来，随着超级电容器技术的不断发展和成熟，它们将会广泛应用于更多的领域，成为实现人类电能储存与利用的重要技术之一。