储能技术及应用使用能量为选择依据的优化方法

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：在这种情况下，器件在最大允许电压UM下可以储存的最大能量为WM，即如果想把储存于超级电容器中的能量全部释放出来，需要将其电压从最大值UM降到0。由此可见，超级电容器储存的总能量WM并不能被完全利用，而只有其中的部分能量可以使用，称为有效能量Wu。由超级电容器有效能量的定义，可以最终确定提供能量W所需器件的数量N为对于特定的超级电容器，没有唯一的器件数量求解方法。

对于大多数应用，单只超级电容器无法满足能量需求，因此，通过储能量需求确定所需器件的数量是很有必要的。

为此，我们首先考虑如图9-3所示的等效电路模型，忽略与张弛效应有关的参数，只考虑器件的基本电容值C（C=C₀）。在这种情况下，器件在最大允许电压U_M下可以储存的最大能量为W_M，即

如果想把储存于超级电容器中的能量全部释放出来，需要将其电压从最大值U_M降到0。但是，在一定的功率输出情况下，超级电容器的电流会随着电压降至0而趋于无穷大，这会在效率上带来很大的问题^{[BAR 03a，BAR 03b]}：因为储能器件的串联等效阻抗与功率转换装置都会产生很大的损耗。在实际应用中，为了提高系统效率，需要将超级电容器的端电压变化范围限制一定的范围之内。这里引入一个放电系数d，它等于超级电容器所能允许的最小端电压除以最大端电压，并以百分数表示。

由此可见，超级电容器储存的总能量W_M并不能被完全利用，而只有其中的部分能量可以使用，称为有效能量W_u。(https://www.chuimin.cn)

比如，当d=50%（最小电压是最大电压的一半，而最大电压对应着满充电状态）时，超级电容器可释放的能量是其总储能量的75%。为了获得高效率，我们在应用中一般避免d低于50%。

由超级电容器有效能量的定义，可以最终确定提供能量W所需器件的数量N为

对于特定的超级电容器，没有唯一的器件数量求解方法。所需数量取决于超级电容器的放电系数d，因此，其容量设计有很大的自由度。

储能技术及应用使用能量为选择依据的优化方法

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