一种超级电容储能系统的制作方法

本发明涉及新能源汽车设备制造领域，具体涉及一种超级电容储能系统。

背景技术：

随着经济社会的快速发展，现在的人们对生态环境保护和绿色能源的应用越来越重视。环境污染问题及能源紧缺问题成为制约现代工业发展的主要因素，现如今汽车工业已经占据了现代工业能源消耗的大部分。因此，汽车的节能技术已成为汽车工业发展中必须要解决的一项关键难题。

超级电容作为一种新型的储能元件引起了人们的广泛重视与关注。超级电容器(supercapacitor)是20世纪七八十年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，它的出现填补了传统的静电电容器和化学电源之间的空白。由于超级电容的优越性能，本领域技术人员争相研究，并越来越多地将其应用到电动汽车中。超级电容器可用作电动汽车的短时驱动电源，在车辆的启动、加速及制动能量回收等短时间、大功率的工作条件下，可明显提高电动汽车的动力性和经济性，并能有效地改善蓄电池的性能。超级电容已经成为电动车电源发展的新趋势，而超级电容与蓄电池组成的复合电源系统被认为是解决未来电动车动力问题的最佳途径之一。因此，如何设计一种高效的新型超级电容储能系统成为本领域技术人员研究的重点。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种超级电容储能系统，以解决现有技术中存在的基于锂电池等的电动汽车续航里程短、充放电效率低以及安全性较差的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明提供一种超级电容储能系统，包括：至少一组独立超级电容组、用于放置所述独立超级电容组的电容仓体、用于对供电电源提供的输入电压进行整合处理的mptt控制器、用于对输入电压进行第一次升压的前级功率管驱动电路模块、用于对输入电压进行第二次升压的后级功率管驱动电路模块；所述mptt控制器、所述前级功率管驱动电路模块、所述后级功率管驱动电路模块以及所述独立超级电容组电连接。

进一步的，所述独立超级电容组包括：第一端电容组保护罩、电容组外壳、超级电容串联组合、用于固定支撑所述超级电容串联组合的支撑板、电容组外壳盖板、第二端电容组保护罩。

进一步的，所述超级电容串联组合包含五个独立的超级电容，所述超级电容之间通过通电线路串联连接。

进一步的，所述超级电容由超清有机溶液、云母、纸张、超级陶瓷、高密度活性炭、导电碳以及碳纳米管组成。

进一步的，所述的超级电容储能系统包括28组独立超级电容组，所述28组独立超级电容组之间通过通电线路串联连接。

进一步的，所述的超级电容储能系统还包括：用于接收供电电源电能输入的充电接口。

进一步的，所述的超级电容储能系统还包括：用于接收供电电源电能输入的充电接口以及用于向电动汽车提供电能的供电接口。

进一步的，所述供电电源为预设的太阳能板发电装置。

进一步的，所述的超级电容储能系统还包括：用于控制超级电容储能系统进行充电或放电操作的sg3525控制芯片的，以及用于保护所述sg3525控制芯片的sg3525闭环控制驱动电路。

进一步的，所述的超级电容储能系统还包括：用于对电路过流、欠压以及过压进行保护的驱动保护电路模块。

相应的，本申请还提供一种超级电容汽车，包括如上任一项所述的超级电容储能系统。

采用本申请所述的超级电容储能系统，能够增大超级电容储存的电量，有效解决电动汽车续航里程短、充电时间长以及安全性较低的问题，降低电动汽车的制造和使用成本，提高电能储蓄量及充放电效率，并且增加了使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

图1为本申请实施例提供的一种超级电容储能系统的内部结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种超级电容储能系统的外部结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种超级电容储能系统中独立超级电容组的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种超级电容储能系统中超级电容的原理示意图。

其中，101为独立超级电容组，102为独立超级电容组的电容仓体，103为mptt控制器，104为前级功率管驱动电路模块，105为后级功率管驱动电路模块；201为充电接口，202为供电接口；1023为第一端电容组保护罩，1024为电容组外壳，1025为超级电容，1026为支撑板，1027为第二端电容组保护罩；401为第一侧极化电极，402为第一侧电解液，403为第二侧极化电极，404为第二侧电解液，405为隔离层。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，其为本申请实施例提供的一种超级电容储能系统的内部结构示意图。本申请所述的超级电容储能系统的具体组成结构至少包括：至少一组独立超级电容组101、用于放置所述独立超级电容组101的电容仓体102、用于对供电电源提供的输入电压进行整合处理的mptt控制器103、用于对输入电压进行第一次升压的前级功率管驱动电路模块104、用于对输入电压进行第二次升压的后级功率管驱动电路模块201；所述mptt控制器103、所述前级功率管驱动电路模块104、所述后级功率管驱动电路模块201以及所述独立超级电容组101之间电连接。

如图3所示，其为本申请实施例提供的一种超级电容储能系统中独立超级电容组101的结构示意图。其中，所述独立超级电容组101包括：第一端电容组保护罩1023、电容组外壳1024、超级电容1025的串联组合、用于固定支撑所述超级电容串联组合的支撑板1027、电容组外壳盖板1028、第二端电容组保护罩1026。组合而成。其中，所述超级电容串联组合包含五个独立的超级电容，所述超级电容之间通过通电线路串联连接。

如图1所示，在本发明实施例中，所述的超级电容储能系统可包括28组独立超级电容组101，每组独立超级电容组101中的超级电容串联组合可包含五个独立5v的超级电容串联而成。进一步的，所述28组独立超级电容组101之间通过通电线路串联连接。

在具体实施过程中，为了更好的提高电容的安全性和使用寿命，可通过增加超级电容的电压增加密度，比如使用超清有机溶液替代水溶液，将电压拓宽到5.0-5.2v等，从而解决了现有超级电容密度底、电压低触电少等情况。具体的，所述超级电容可由超清有机溶液、云母、纸张、超级陶瓷、高密度活性炭、导电碳以及碳纳米管组成。

需要说明的是，超级电容是一种具有超级储电能力、可提供强大脉动功率的物理二次电源，超级电容如果按储能机理主要分为三类：a、由碳电极和电解液界面上电荷分离产生的双电层电容；b、采用金属氧化物作为电极，在电极表面和体相发生氧化还原反应而产生可逆化学吸附的法拉第电容；c、由导电聚合物作为电极而发生氧化还原反应的电容。双电层超级电容是靠极化电解液来储存电能的一种新型储能装置。由于双电层电容的充放电纯属于物理过程，其循环次数高，充电过程快，比较适合在电动车中应用，因此在本发明实施例中采用的超级电容为双电层超级电容。双电层超级电容包含悬在电解质中的两个非活性多孔板，电压加载到两个板上，加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层超级电容器。一个超级电容单元的电容量高达几法至数万法，由于这种结构采用特殊的工艺，使其等效电阻很低，电容量很大、内阻较小，使得超级电容具有很高的尖峰电流，因此超级电容具有很高的比功率，它的功率密度是电池的50～100倍，可达到10×103w/kg左右，此特点让超级电容非常适合应用在短时大功率的场合。该超级电容在充放电过程中是没有任何的化学反应，也没有高速旋转等机械运动；对于环境没有污染，也没有任何的噪声；它的结构简单、体积小，是非常理想的储能设备。另外还具有如下特性：充电速度快。充满其额定容量的95％以上仅需10秒～10分钟；循环寿命长，深度充放电循环可达1～50万次；能量转换效率高，大电流能量循环效率>90％；功率密度高，比如可达300w/kg—50000w/kg，为蓄电池的5～10倍；高充放电效率，由于内阻很小，所以充放电损耗也很小，具有很高的充放电效率，可达90％以上；温度范围宽，可达-40～+70℃，超级电容器电极材料的反应速率受温度影响不大；检测控制方便，由于剩余电量可通过公式e＝cv2/2直接算出，只需要检测端电压就可以确定所储存的能量，荷电状态(soc)的计算简单准确，因此易于能量管理与控制。

如图2所示，其为本申请实施例提供的一种超级电容储能系统的外部结构示意图。所述的超级电容储能系统包括用于接收供电电源电能输入的充电接口以及用于向电动汽车提供电能的供电接口202。其中，所述供电电源为预设的太阳能板发电装置，所述太阳能板发电装置在此不再详细赘述。

更进一步的，在本发明实施例中，还可包括用于控制超级电容储能系统进行充电或放电操作的sg3525控制芯片的、用于保护所述sg3525控制芯片的sg3525闭环控制驱动电路以及用于对电路过流、欠压以及过压进行保护的驱动保护电路模块，由控制芯片和驱动电路控制该超级电容储能系统，更好的保护电容的安全性和使用寿命。

另外，需要说明的是，本发明所述的超级电容储能系统除了能够应用于电动汽车上之外，还可应用于ups系统或者其他小功率用电设备上等。

在ups(不间断电源)系统中的应用时，超级电容储能系统不会受频繁停电的影响，它可以在短时间之内充足电。超级电容储能系统由于它的高功率密度输出特性，使其成为良好的应急电源。比如在炼钢厂的高炉冷却水过程是不允许中断的，一旦停电，超级电容储能系统可以立即提供很高的输出功率启动柴油发电机组，向高炉和水泵供电，确保高炉安全生产。

在小功率用电设备上的应用时，使用超级电容储能系统作为储能元件的手电筒，充电只需90s，循环寿命可达50万次。如果每天充放电一次，可使较长时间。采用超级电容储能系统作为储能元件，确保了应急照明灯具有节电、高亮度、不间断性和长寿命的特点。超级电容作为一种储能大、充放电速度快、工作温度范围宽、工作安全可靠、无需维护保养的储能系统，随着超级电容器技术的发展，它将逐步取代蓄电池，应用领域不断拓宽，必将推动技术的进步，取得更大的经济和社会效益。

现有超级电容器的能量密度比较低，使用水做为电解质溶液的时候，水的分解电压是1.23v；使用有机溶液(比如乙腈或者碳酸丙烯酯)替代水溶液能将电压窗口拓宽到2.5–2.7v左右。另外限制超级电容器的电压窗口的因素还有很多，除了电解质的分解电压，电极材料本身的稳定电压，也会制约电压窗口，比如活性炭在碳酸丙烯酯中的时候，是活性炭的氧化和表面含氧官能团的消除会限制其电压上限，而活性炭中包藏的微量水的分解(her)和碳酸丙烯酯的还原限制了其电压下限。为了获得比较电压窗口，应该要从电解质溶液和电极材料两方面进行考虑。在本发明实施例中，所述超级电容可由超清有机溶液、云母、纸张、超级陶瓷、高密度活性炭、导电碳以及碳纳米管组成。通过使用超清有机溶液替代水溶液，解决了现有超级电容密度底、电压低储电少等缺点，使得利用该超级电容的超级电容储能系统因为具有较高的功率密度，充放电速率较快，较长的循环使用寿命，因此具有广泛的应用前景。相对于电池，超级电容储能系统的能量密度较低，这成为制约了电容器的广泛使用。另外，在具体实施过程中，电容器的能量密度主要取决于电极材料自身的容量，以及电容器的电压窗口，通过改性或者设计新的材料可以提高电极材料的电容性能。比如，通过活化的方法可以提高碳材料的比表面积，从而提高其双电层电容，也可以引入赝电容材料来提高材料的储能性能，从而提高了电容器的电压窗口能更加有效的提高能量密度。

在本发明实施例中，所述的前级功率管驱动电路模块104可由npn型三极管和pnp型三极管组成。所述的通过修改带有中心抽头的变压器进行再次升压，将前级功率管驱动电路模块104中的直流电压380v转换成直流电压700v，从而实现给负载储能电容进行充电。所述超级电容组仓体储电系统包含至少一组独立超级电容组101以及用于放置所述独立超级电容组101的电容仓体102，所述独立超级电容组101包含五个超级电容，当然在此不做具体限定，所述超级电容之间串联连接。另外，为了便于为新能源电动汽车提供电能，所述超级电容组仓体储电装置还可包括：用于向电动汽车提供电能的供电接口202。

采用本申请所述的超级电容储能系统，能够增大超级电容储存的电量，有效解决电动汽车续航里程短、充电时间长以及安全性较低的问题，降低电动汽车的制造和使用成本，提高电能储蓄量及充放电效率，并且增加了使用寿命。

与上述提供的一种超级电容储能系统相对应，本发明还提供一种超级电容汽车。由于该超级电容汽车的实施例相似于上述超级电容储能系统的实施例，所以描述的比较简单，相关之处请参见上述超级电容储能系统的实施例部分的说明即可，下面描述的一种超级电容汽车的实施例仅是示意性的。

本发明所述的一种超级电容汽车包括如下上任意一项所述的超级电容储能系统。采用本申请所述的超级电容汽车，能够有效提升汽车的续航里程短、充电效率以及安全性，降低电动汽车的制造和使用成本。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。