儲(chǔ)能元件電特性的綜述

儲(chǔ)能元件電特性的綜述摘要隨著地球不可再生的數(shù)量逐漸減少，可再生資源的利用顯得越來(lái)越重要，所以基于可再生資源利用的基礎(chǔ)上的儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展也在這個(gè)行業(yè)占據(jù)著舉足輕重的地步，解讀儲(chǔ)能技術(shù)及元件的一些基本知識(shí)和未來(lái)的產(chǎn)業(yè)相關(guān)的一些政策對(duì)我們認(rèn)識(shí)這個(gè)新興技術(shù)有著很大的幫助，而且對(duì)其基本的電特性分析也有助于，讓我們從比較專業(yè)的角度去了解儲(chǔ)能技術(shù)及元件。引言：本篇文章將從儲(chǔ)能技術(shù)及元件的背景，簡(jiǎn)介，政策和發(fā)展，電特性的原理等幾個(gè)角度來(lái)解讀儲(chǔ)能技術(shù)及元件。儲(chǔ)能的背景:電力系統(tǒng)從出現(xiàn)到距今已經(jīng)有幾乎130年的時(shí)間了，1882的愛(ài)迪生直流配電系統(tǒng)到2012年的智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，電力這方面的發(fā)展可以說(shuō)是坐上了高速列車一般，雖然電力方面發(fā)展得十分地快速，不過(guò)地球的目前的不可再生資源（泛指煤礦資源等）越來(lái)越少，電力方面急需在可再生資源方（指的是水電風(fēng)電太陽(yáng)能等等）面取得突破性的成果，但是可再生資源的利用無(wú)法像不可再生資源的利用那么具有時(shí)間上的連續(xù)性，所以需要發(fā)展不可再生資源的一個(gè)很重要的關(guān)鍵部分就是儲(chǔ)能元件加上電力汽車的發(fā)展。儲(chǔ)能元件的簡(jiǎn)介：現(xiàn)在主要的儲(chǔ)能元件是物理儲(chǔ)能（如飛輪儲(chǔ)能）、電化學(xué)儲(chǔ)能（如鈉硫電池、液流電池、鉛酸池、鎳鎘電池、超級(jí)電容器等）、電磁儲(chǔ)能（如超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能等）。它們讀應(yīng)用于不同的場(chǎng)合例如，適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障，鈉硫電池在300°C的高溫環(huán)境下工作，鋰離子電池，鎳鎘電池用于普通的小電器，超級(jí)電容器，在電力系統(tǒng)中多用于短時(shí)間、大功率的負(fù)載平滑和電能質(zhì)量峰值功率場(chǎng)合，如大功率直流電機(jī)的啟動(dòng)支撐、態(tài)電變壓恢復(fù)器。但是儲(chǔ)能元件的現(xiàn)在面臨著十分多的問(wèn)題，比如說(shuō)化學(xué)儲(chǔ)能，它的使用壽命相對(duì)來(lái)說(shuō)十分短，飛輪儲(chǔ)能的問(wèn)題是能量密度比較低，保證系統(tǒng)安全性方面的費(fèi)用很高，在小型場(chǎng)合還無(wú)法體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能的問(wèn)題是導(dǎo)電磁儲(chǔ)能仍很昂貴，除了超導(dǎo)本身的費(fèi)用外，維持系統(tǒng)低溫導(dǎo)致維修頻率提高以及產(chǎn)生的費(fèi)用也相當(dāng)可觀，而汽車電池的問(wèn)題在于其儲(chǔ)能容量不足而且供其充電的地方太少。儲(chǔ)能技術(shù)的政策及發(fā)展：在儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中需要的是政府的一些政策的導(dǎo)向，不然發(fā)展會(huì)遇到的瓶頸會(huì)更大。中國(guó)方面近幾年出臺(tái)了一些政策：06年的可再生能源法，07年的可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，07年的可再生能源配額制（RPS，08年的可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃，10年的可再生能源法（修正案），這些政策預(yù)示著國(guó)家已經(jīng)加大了對(duì)于新興能源的補(bǔ)貼，和對(duì)于新興能源產(chǎn)業(yè)企業(yè)的傾斜。而各國(guó)也相繼對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)方面提供很多的政策，比如拿美國(guó)來(lái)說(shuō)，對(duì)于與儲(chǔ)能相關(guān)的電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)美國(guó)州政府和聯(lián)邦政府已經(jīng)采取慷慨的退稅措施，鼓勵(lì)消費(fèi)者購(gòu)買電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車購(gòu)買者可以獲得高達(dá)7500美元的聯(lián)邦稅收優(yōu)惠。除此之外，奧巴馬政府還撥款4億美元，用于交通運(yùn)輸部門(mén)的電氣化建設(shè)。目標(biāo)之一是在2013年年底前建設(shè)2萬(wàn)個(gè)充電站并投入使用。而日本對(duì)儲(chǔ)能相關(guān)的再生能源的產(chǎn)業(yè)的政策是這樣的，神奈川縣投入8.66億日元在愛(ài)川町建大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電站，計(jì)劃2013年投入運(yùn)營(yíng)，發(fā)電能力為2000千瓦;新潟縣對(duì)2011年建成的太陽(yáng)能發(fā)電站增加投入4億日元發(fā)電設(shè)備，目標(biāo)是至7月份使發(fā)電能力翻番，達(dá)到2000千瓦;沖繩縣利用海水溫差驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電技術(shù)，計(jì)劃年內(nèi)在久米島開(kāi)動(dòng)建設(shè)發(fā)電站，2013年上半年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，最大發(fā)電能力100千瓦;佐賀縣、長(zhǎng)崎縣正研究將海潮、波浪的能量轉(zhuǎn)換為可利用能源;秋天縣利用地?zé)峤ㄔO(shè)蔬菜大棚控溫系統(tǒng)。還有包括德國(guó)和巴西的很多國(guó)家對(duì)于儲(chǔ)能相關(guān)產(chǎn)業(yè)都給予了很大的政策的優(yōu)惠。課題的意義及原理：在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)里面我所要做的是對(duì)不同種類的儲(chǔ)能元件進(jìn)行電特性的分析與了解，所謂的電特性包含了充放電的曲線，電池的等效電路，功率，能量，電壓，電流的時(shí)間函數(shù)以及曲線所導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型，而充放電曲線反應(yīng)電荷量隨時(shí)間的變化規(guī)律；因?yàn)槭軆?chǔ)存空間、儲(chǔ)存量固定，同性電荷相斥等原因，其過(guò)程表現(xiàn)為非線性，按e的指數(shù)規(guī)律變化。而充放電的大致過(guò)程如下：開(kāi)始時(shí)空間寬敞，存放容易；隨著電荷量的增加，空間變小、同行電荷有排斥力，堆放困難，存放速度變慢，飽和后就放不進(jìn)去了。放電過(guò)程中，受全部電荷排斥力等因素的作用，泄放速度很快；隨著存放電荷的減少，由于原存放空間對(duì)電荷的排斥力變小等，電荷的瀉放速度變慢，當(dāng)存放電荷空間所剩無(wú)幾時(shí)也趨緩慢，最后會(huì)完全散失干凈。對(duì)于儲(chǔ)能元件進(jìn)行電特性的分析與推導(dǎo)的意義十分重要。對(duì)于基本的儲(chǔ)能元件的電特性曲線的推導(dǎo)，以及模型的建立或者說(shuō)找出一個(gè)典型的線函數(shù)來(lái)表示特性曲線對(duì)于儲(chǔ)能元件特別是電池來(lái)說(shuō)，是一項(xiàng)最基本的做法。無(wú)論對(duì)于儲(chǔ)能元件的生產(chǎn)商或者對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)都是這樣。對(duì)于生產(chǎn)者而言，電特性曲線是其用來(lái)開(kāi)發(fā)適用于何種場(chǎng)合的電池，也包括了，使用何種材料比較能節(jié)約成本，提高企業(yè)的利潤(rùn)，而對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，能根據(jù)曲線選擇一個(gè)價(jià)格或者性能都合適的電池，從經(jīng)濟(jì)和耐用角度有更多的選擇。實(shí)驗(yàn)的步驟和方法：制作儲(chǔ)能元件的電特性曲線和推算出其模型不是一件十分輕松的事情，我使用的軟件為BPA仿真軟件。這款軟件用于電力系統(tǒng)分析計(jì)算的集成工作環(huán)境，該仿真平臺(tái)將BPA潮流計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算、以及繪圖等程序有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，能夠提供強(qiáng)大專用的文本編輯環(huán)境，方便地編輯計(jì)算數(shù)據(jù)文件，并為數(shù)據(jù)的填寫(xiě)、定位、查錯(cuò)提供強(qiáng)大的支持。我做的步驟一般如下：1，先確定其不同的溫度值，對(duì)于儲(chǔ)能元件而言，不同的溫度值時(shí)候，其充放電的特性曲線會(huì)發(fā)生一定的變化，如果不確定溫度的話得出的曲線會(huì)偏離實(shí)際的狀況得到的數(shù)學(xué)式子也會(huì)不同。2在不同溫度下仿真得到不同的電壓電量的充放電特性曲線。3，對(duì)這些充放電特性曲線，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。每一個(gè)溫度下的充放電特性曲線所反應(yīng)的數(shù)據(jù)是不同的，所以只有分開(kāi)來(lái)分析才有意義。4對(duì)分析得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)模式推導(dǎo)，因?yàn)樘匦郧€都像一條有規(guī)律的函數(shù)曲線，所以找出這條函數(shù)曲線相對(duì)應(yīng)的函數(shù)是這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)最重要的一環(huán)，也是結(jié)果。5對(duì)所得到的函數(shù)進(jìn)行的驗(yàn)證，看其是否具有普遍性，也看其是否能適應(yīng)絕大多數(shù)的儲(chǔ)能元件。6完成了以上的數(shù)據(jù)，

函數(shù)以后，開(kāi)始寫(xiě)畢業(yè)論文。別人對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)及元件的看法：1在電力系統(tǒng)的應(yīng)用：電池儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中有著極為廣泛的應(yīng)用，因?yàn)樗旧砜梢钥炜焖俚膶?duì)接入點(diǎn)的有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以可以用來(lái)提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，提高供電質(zhì)量，當(dāng)其容量相對(duì)大時(shí)，可以發(fā)揮其調(diào)峰的作用。現(xiàn)階段，我們對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，主要有兩點(diǎn)。1.1電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在發(fā)電側(cè)：當(dāng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)接在這個(gè)位置時(shí)，它主要用來(lái)提高發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行能力。當(dāng)發(fā)電機(jī)受到擾動(dòng)時(shí)它可以迅速的吸收不平衡功率，緩解轉(zhuǎn)子的震蕩,使發(fā)電機(jī)在受到各種擾動(dòng)時(shí)，輸出的狀態(tài)量更加穩(wěn)定。1.2把電池儲(chǔ)能系統(tǒng)接在負(fù)荷側(cè)：當(dāng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)接在這個(gè)位置時(shí)，它可以快快速的對(duì)接入點(diǎn)的有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，它可以迅速地穩(wěn)定功率，平穩(wěn)負(fù)荷的母線電壓，很好地穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。保證用戶電壓的光滑性。從而能有效地提高供電的電能質(zhì)量。2電動(dòng)汽車充電對(duì)于電網(wǎng)的影響：2.1電動(dòng)汽車充電對(duì)配電網(wǎng)的影響：電動(dòng)汽車充電不僅會(huì)影響配電網(wǎng)的負(fù)荷平衡，而且會(huì)給配電網(wǎng)帶來(lái)其它問(wèn)題。電動(dòng)汽車的聚集性充電可能會(huì)導(dǎo)致局部地區(qū)的負(fù)荷緊張；電動(dòng)汽車充電時(shí)間的疊加或負(fù)荷高峰時(shí)段的充電行為將會(huì)加重配電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。2.2電動(dòng)汽車充電時(shí)間選擇對(duì)配電網(wǎng)的影響電動(dòng)汽車的充電時(shí)間。充電時(shí)間場(chǎng)景的設(shè)置需要根據(jù)電動(dòng)汽車使用者的用車習(xí)慣、上下班時(shí)間以及引導(dǎo)政策等來(lái)進(jìn)行。在研究中，可以從電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)者角度進(jìn)行設(shè)置，也可以從電動(dòng)汽車使用者方便性方面進(jìn)行設(shè)置。不同的充電時(shí)間對(duì)電網(wǎng)的影響非常大，如果在峰荷時(shí)間進(jìn)行充電將加重電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，而如果在非峰荷時(shí)間進(jìn)行充電將減小充電對(duì)電網(wǎng)的沖擊。3.封閉鉛酸電池等效電路rhO：+2(H+4^-^+HzSOjKFbSCi冷喇十心U>(PbSO*右土(.FbSO片 ⑵反應(yīng)（1）和反應(yīng)而分別在兩位置進(jìn)行，前者在團(tuán)粒表面后者在骨架表面，根據(jù)以可以給出表達(dá)式。w嚴(yán)**4if■—■|—a■[■■■e]*p""?cm|r(.■|—|「???4sw■—lii.?』iz*^h—p.—y?ii=nFA「Ka>；"芷KlQJI-和 'dT\_丄擊一nFA關(guān)于可溶性lT' ）…可寫(xiě)出擴(kuò)散方程:由式（2）可得出由3式和4式，根據(jù)法拉第阻抗，/一1rTRT.RT,只-RT&

nF廠十j込:FSC〒nF「■；■.nFP01rTW，式5退化為二階微分方程，和列（6）（7）的邊界條件可得M-r-Jj遠(yuǎn),心.=“±+￡**由（8）可得由（8）可得聯(lián)立（10）和（11）帶入（9）得，RTRT厶=耐十］^評(píng)企瓦F：<12)」T_ <12)/甌_j_

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応十問(wèn)r;并給出圖2的正極法拉第等效電路和各元件的關(guān)系結(jié)論：儲(chǔ)能技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)于緩解能源危機(jī)的重要的技術(shù)，對(duì)其元件進(jìn)行的電特性的分析是制作一個(gè)元件基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：[1]俞振華.大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展.北京縱深特別報(bào)道escn.我們儲(chǔ)能相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策./2010/1209/2086.htmlliuyong.美國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展期待智能電網(wǎng)的支撐.、/2011/1230/91981.htmlliuyong.日積