混合電源介紹

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    現代移動信息技術對電源的要求是非常高的,保證通信電源的可靠供給是取得應用市場的重要一環。解決在野外條件或移動條件下能提供較大功率和可靠性高的電源,提高移動信息中對電源工作的安全性及循環使用壽命是非常重要的。且隨著汽車行業特別是電動車輛發展起來,其對電能工作的安全性及循環使用壽命的要求是非常高的,現有的電池組還不能達到,所以,也必須尋找新電池組解決方案。

    對于野外條件或移動條件下電池電能存儲釋放要求來說,有以下幾個方面的要求:
1 )可以充分適應電能存儲提供方的不穩定,如因發電機的轉速波動以及功率變化,交流電網的容量小等因素而引起的電壓和功率的相當大波動。
2 )體積小、重量輕,且必須便于攜帶。
3 )使用方便,可以迅速提供電能。

    當前我國裝備的發電系統基本為柴油發電機組,移動用電源多為汽油發電機組和各種電池。這些電源雖然技術成熟、能滿足功率要求,但在使用中有諸多的局限性,難以適應瞬息萬變的高技術條件下的現代戰爭。

    內燃機發電系統主要應用于固定電站和車載電源等地方。采用這種系統能滿足較大功率要求,但效率只有 20 % ~ 30 % ,效率低,機組重量從數百千克到數噸,重量較大,車載時占用了整車 30 %以上的空間,體積偏大,機動性差,而且噪聲大,紅外輻射強,容易成為敵方偵察系統鎖定的攻擊目標,與現代戰爭要求的高機動性與隱蔽性以及確保通信指揮的暢通有較大差距。而通常的包括鉛酸電池和鎳鎘電池等蓄電池組存在功率密度低、機動性比較差,容量相對較小,供電能力不足,持續工作時間較短,且保養維護量較大等缺點,限制了電源工作能力的提高,成為目前制約軍隊便攜電源的重要障礙。

    包括各種正極材料如鉆酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰等鋰電池,由于其能量密度高、比功率大,循環壽命長,使得其在各種便攜式電子設備上得到廣泛應用。對于機動性和便攜性要求高的野外條件及機動應用場合,成為研究的熱點。但目前用于動力鋰電池的正極材料主要有錳酸鋰、鎳酸鋰和磷酸亞鐵鋰等,以上材料均面臨高倍率充放電循環性能不理想等問題,尤其是瞬間大電流的吸收和釋放更是嚴重降低了其使用壽命。

    超級電容有比電池高的高比功率和更長的使用壽命,但其比能量較低,不能存儲足夠的能量。結合兩種電源的優缺點的動力電池和超級電容混合電池組是解決高功率和高能量密度的合理裝置。

  動力電池與超級電容的混合應用,在電動車輛中已有較廣泛的應用,其應用方式主要有以下兩種方式:一種是直接并聯,這種方式一般應用于電壓低于 60V 的用電設備上,并且一般是與鉛酸電池并聯,其輸出的電壓低,穩定性差,且無法控制其電壓的波動,對于輸出瞬間功率的控制也很難實現。另一種是超級電容經由直流電源轉換器 DC/DC 升壓后與動力電池并聯。

這兩種方式的好處在于:

( 1 )將大功率鋰動力電池和高電壓超級電容通過雙向開關并聯在一起,可以充分發揮超級電容的特點,達到高能量和高功率的非常好的結合。既充分利用了鋰動力電池的高能量密度和高循環使用壽命,又充分利用了超級電容的高功率密度及超常的充放電使用次數。使便攜式混和電池組具有高功率、大能量輸出能力。并可以保證直接與 220V 有效值用電設備(包括照明以及所有包含開關電源輸入的用電設備)相連,使用方便,并且可以穩定提供高功率的電能輸出。
( 2 )可承受充電電壓和電流相當程度的波動。由于超級電容可作為能量濾波使用,使得瞬間的電網波動及電動車輛能量反饋的波動電流,完全被電容所儲存??捎行У乇Wo鋰動力電池組,提高電池組整體安全性。
( 3 )可充分保證電能提供的穩定性和便捷性。由于超級電容的存在,可以完全克服對于負載的變動或電壓的波動。由于不需要內燃機的啟動過程或與電網連接的過程,可在十幾秒內達到滿功率輸出。
( 4 )供電時的隱蔽性。由于沒有內燃機的旋轉和發熱,無噪音產生,并且其熱輻射量相當小,具有相當的隱蔽性。此種方式還具有體積小、攜帶方便的優點。其可廣泛用作軍用移動性電源。也可用于電動車輛。

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