混合电源介绍

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    现代移动信息技术对电源的要求是非常高的,保证通信电源的可靠供给是取得应用市场的重要一环。解决在野外条件或移动条件下能提供较大功率和可靠性高的电源,提高移动信息中对电源工作的安全性及循环使用寿命是非常重要的。且随着汽车行业特别是电动车辆发展起来,其对电能工作的安全性及循环使用寿命的要求是非常高的,现有的电池组还不能达到,所以,也必须寻找新电池组解决方案。

    对于野外条件或移动条件下电池电能存储释放要求来说,有以下几个方面的要求:
1 )可以充分适应电能存储提供方的不稳定,如因发电机的转速波动以及功率变化,交流电网的容量小等因素而引起的电压和功率的相当大波动。
2 )体积小、重量轻,且必须便于携带。
3 )使用方便,可以迅速提供电能。

    当前我国装备的发电系统基本为柴油发电机组,移动用电源多为汽油发电机组和各种电池。这些电源虽然技术成熟、能满足功率要求,但在使用中有诸多的局限性,难以适应瞬息万变的高技术条件下的现代战争。

    内燃机发电系统主要应用于固定电站和车载电源等地方。采用这种系统能满足较大功率要求,但效率只有 20 % ~ 30 % ,效率低,机组重量从数百千克到数吨,重量较大,车载时占用了整车 30 %以上的空间,体积偏大,机动性差,而且噪声大,红外辐射强,容易成为敌方侦察系统锁定的攻击目标,与现代战争要求的高机动性与隐蔽性以及确保通信指挥的畅通有较大差距。而通常的包括铅酸电池和镍镉电池等蓄电池组存在功率密度低、机动性比较差,容量相对较小,供电能力不足,持续工作时间较短,且保养维护量较大等缺点,限制了电源工作能力的提高,成为目前制约军队便携电源的重要障碍。

    包括各种正极材料如钻酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等锂电池,由于其能量密度高、比功率大,循环寿命长,使得其在各种便携式电子设备上得到广泛应用。对于机动性和便携性要求高的野外条件及机动应用场合,成为研究的热点。但目前用于动力锂电池的正极材料主要有锰酸锂、镍酸锂和磷酸亚铁锂等,以上材料均面临高倍率充放电循环性能不理想等问题,尤其是瞬间大电流的吸收和释放更是严重降低了其使用寿命。

    超级电容有比电池高的高比功率和更长的使用寿命,但其比能量较低,不能存储足够的能量。结合两种电源的优缺点的动力电池和超级电容混合电池组是解决高功率和高能量密度的合理装置。

  动力电池与超级电容的混合应用,在电动车辆中已有较广泛的应用,其应用方式主要有以下两种方式:一种是直接并联,这种方式一般应用于电压低于 60V 的用电设备上,并且一般是与铅酸电池并联,其输出的电压低,稳定性差,且无法控制其电压的波动,对于输出瞬间功率的控制也很难实现。另一种是超级电容经由直流电源转换器 DC/DC 升压后与动力电池并联。

这两种方式的好处在于:

( 1 )将大功率锂动力电池和高电压超级电容通过双向开关并联在一起,可以充分发挥超级电容的特点,达到高能量和高功率的非常好的结合。既充分利用了锂动力电池的高能量密度和高循环使用寿命,又充分利用了超级电容的高功率密度及超常的充放电使用次数。使便携式混和电池组具有高功率、大能量输出能力。并可以保证直接与 220V 有效值用电设备(包括照明以及所有包含开关电源输入的用电设备)相连,使用方便,并且可以稳定提供高功率的电能输出。
( 2 )可承受充电电压和电流相当程度的波动。由于超级电容可作为能量滤波使用,使得瞬间的电网波动及电动车辆能量反馈的波动电流,完全被电容所储存。可有效地保护锂动力电池组,提高电池组整体安全性。
( 3 )可充分保证电能提供的稳定性和便捷性。由于超级电容的存在,可以完全克服对于负载的变动或电压的波动。由于不需要内燃机的启动过程或与电网连接的过程,可在十几秒内达到满功率输出。
( 4 )供电时的隐蔽性。由于没有内燃机的旋转和发热,无噪音产生,并且其热辐射量相当小,具有相当的隐蔽性。此种方式还具有体积小、携带方便的优点。其可广泛用作军用移动性电源。也可用于电动车辆。