描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 精装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787111599036
内容简介
本书介绍了超级电容器的分类、建模和特性分析，以具体实例展示了超级电容器在商业、工业范围内的应用，特别是在重型交通工具以及混合动力电动汽车方面的应用。本书的后半部分阐述了容量配置、循环寿命、电容器滥用等工程领域的实际问题。后一章描绘了未来运输系统的蓝图，新能源电动汽车逐渐取代传统汽车，结合超级电容器，在无线输电技术领域更广泛的应用前景和意义。本书理论与实际相结合，内容由浅入深，可作为本科及研究生的学习教材，也可作为工程项目人员科研、设计的参考资料。
目 录
译者序
原书前言
第1 章 超级电容器的分类 1
1. 1 电化学电容器 9
1. 2 对称类型 15
1. 3 非对称类型 21
1. 4 混合电容器 26
练习 29
参考文献 30
第2 章 超级电容器建模 33
2. 1 电子等效电路模型 38
2. 2 单体表征方法和标准 51
2. 3 仿真模型验证 58
2. 4 电容器-电池组合 64
练习 79
参考文献 80
第3 章 功率和能量 83
3. 1 比能量和能量密度 87
3. 2 比功率和功率密度 90
3. 3 Ragone 关系 99
3. 4 超级电容器和电池 101
练习 109
参考文献 112
第4 章 商业应用 114
4. 1 不间断电源 115
4. 2 电网稳压器 119
4. 3 风力发电系统 129
4. 4 光伏系统 136
练习 139
参考文献 142
第5 章 工业应用 144
5. 1 物料搬运卡车 146
5. 2 港口起重机和橡胶轮胎门式起重机 149
5. 3 土方设备 156
练习 165
参考文献 167
第6 章 重型交通工具中的应用 169
6. 1 电池电动车 179
6. 2 混合动力电动车 180
6. 3 摆渡车 185
练习 188
参考文献 190
第7 章 混合动力电动汽车 192
7. 1 混合动力电动汽车的类型 199
7. 2 混合动力功能 202
7. 3 功率辅助混合动力 204
7. 4 插电式混合动力 206
练习 211
参考文献 212
第8 章 单模式下的功率分配 214
8. 1 电子无级变速器 218
8. 2 超级电容器在电子无级变速器中的应用 221
8. 3 驱动周期评估 224
练习 231
参考文献 233
第9 章 双模式下的功率分配 235
9. 1 双模式eCVT 概要 239
9. 2 EVT 的运行模式 241
9. 3 超级电容器在双模式eCVT 中的应用 246
9. 4 插电式混合动力电动汽车: Volt 248
练习 252
参考文献 254
第10 章 循环寿命测试 255
10. 1 漏电流影响 260
10. 2 可靠性与使用寿命 262
10. 3 平均使用寿命 271
10. 4 综合循环寿命测试 275
练习 279
参考文献 281
第11 章 滥用容限 283
11. 1 滥用检测的必要性 284
11. 2 过电压和过电流滥用 285
11. 3 绝缘电阻和高电位 289
11. 4 振动要求 294
11. 5 循环超级电容器 295
练习 298
参考文献 300
第12 章 未来运输系统 301
12. 1 未来的移动系统 302
12. 2 无线电力传输 304
12. 3 超级电容器在感应电力传输中的应用 308
练习 313
参考文献 314
附录 术语定义 316
原书前言
第1 章 超级电容器的分类 1
1. 1 电化学电容器 9
1. 2 对称类型 15
1. 3 非对称类型 21
1. 4 混合电容器 26
练习 29
参考文献 30
第2 章 超级电容器建模 33
2. 1 电子等效电路模型 38
2. 2 单体表征方法和标准 51
2. 3 仿真模型验证 58
2. 4 电容器-电池组合 64
练习 79
参考文献 80
第3 章 功率和能量 83
3. 1 比能量和能量密度 87
3. 2 比功率和功率密度 90
3. 3 Ragone 关系 99
3. 4 超级电容器和电池 101
练习 109
参考文献 112
第4 章 商业应用 114
4. 1 不间断电源 115
4. 2 电网稳压器 119
4. 3 风力发电系统 129
4. 4 光伏系统 136
练习 139
参考文献 142
第5 章 工业应用 144
5. 1 物料搬运卡车 146
5. 2 港口起重机和橡胶轮胎门式起重机 149
5. 3 土方设备 156
练习 165
参考文献 167
第6 章 重型交通工具中的应用 169
6. 1 电池电动车 179
6. 2 混合动力电动车 180
6. 3 摆渡车 185
练习 188
参考文献 190
第7 章 混合动力电动汽车 192
7. 1 混合动力电动汽车的类型 199
7. 2 混合动力功能 202
7. 3 功率辅助混合动力 204
7. 4 插电式混合动力 206
练习 211
参考文献 212
第8 章 单模式下的功率分配 214
8. 1 电子无级变速器 218
8. 2 超级电容器在电子无级变速器中的应用 221
8. 3 驱动周期评估 224
练习 231
参考文献 233
第9 章 双模式下的功率分配 235
9. 1 双模式eCVT 概要 239
9. 2 EVT 的运行模式 241
9. 3 超级电容器在双模式eCVT 中的应用 246
9. 4 插电式混合动力电动汽车: Volt 248
练习 252
参考文献 254
第10 章 循环寿命测试 255
10. 1 漏电流影响 260
10. 2 可靠性与使用寿命 262
10. 3 平均使用寿命 271
10. 4 综合循环寿命测试 275
练习 279
参考文献 281
第11 章 滥用容限 283
11. 1 滥用检测的必要性 284
11. 2 过电压和过电流滥用 285
11. 3 绝缘电阻和高电位 289
11. 4 振动要求 294
11. 5 循环超级电容器 295
练习 298
参考文献 300
第12 章 未来运输系统 301
12. 1 未来的移动系统 302
12. 2 无线电力传输 304
12. 3 超级电容器在感应电力传输中的应用 308
练习 313
参考文献 314
附录 术语定义 316
前 言
当前缺少对储能系统中碳基电化学双层电容器的基本原理和应用的系统介绍, 本书以填补此空白为出版目的。
这种被称为超级电容器的双层装置能够在一个单体中聚集上千法的电容量, 具有与电池相媲美的能量。本书不仅仅介绍超级电容器的电化学性能, 更主要的是面向应用工程师, 尤其是负责储能设备设计、容量配置的工程师, 以及后续使用的客户。一个世纪前就得到可以将电能存储在一个双层电容器中( 即一个导电固体和电解质的界面) 的结论, 但是直到1957 年通用公司的H. I. Becker 才基于这个现象申请了一个基本的碳装置的专利。我们现在所知的超级电容器归功于俄亥俄州标准石油公司的化学家RobertA. Rightmire 在1962 年设计的碳-碳电化学电容器。其余的, 正如他们所说, 就是过时的了。
超级电容器应用广泛。小的单体只有拇指盖大小, 电容量为5 ~10F, 可为固态硬盘存储信息提供电力支撑; 小型20 ~150F 电解电容器组可以用于各种电子设备。大容量单体, 例如D 型超级电容器单体的电容量超过300F, 可以用于工业领域, 包括风力发电机变桨距调节器的备用电源模块以及一些动力应用中, 例如电动自行车和电动摩托车的动力电源。更加大型的单体, 例如现在标准60mm 直径的圆柱单体的电容量范围是650 ~3000F, 可以应用于不间断电源、桥式功率、汽车电网的稳定以及在怠速停止系统中促进汽车发动机重新起动。大容量单体构成的模块组应用于重型卡车发动机冷起动辅助, 厢式车、自卸车、摆渡车及公交车的混合组件, 以及轨道交通的能量换热器。超级电容器在轨道交通上的应用也扩展到车载能量换热器和轨道侧第三轨或悬链线的稳定器。新的应用不断涌现在一些前景广阔的领域。在智能电网和铁路领域的实施, 可以提供更强有力的公用设施和配套服务, 可以在地铁和轻轨系统中减少需额外增设的变电站数量。
例如, 在智能电网中, 超级电容器可以满足高倍率充放电来调节系统频率的需求。其高效率快充快放的特性意味着它们也可以被用来支持电网电压调节。这两个应用需要大量兆瓦级有功功率来进行频率支撑, 甚至更高的无功功率作为电压调节。超级电容器作为公用事业储能应用可以提供10s ~1min 的持续输出, 而将超级电容器和电池相结合可以提供长达8h 的持续输出。这些内容, 以及与其相似的应用, 例如应用于汽车的大功率缓存, 在本书中都有详细介绍。
本书的大纲是从我2007 年至2010 年在Maxwell 技术公司讲授的课程中提出。因此, 我感谢Maxwell 技术公司的CEO———David Schramm 先生, 是他聘请我担任Maxwell 大学的院长。早期课程中的讲座和实例具有课堂风格。然而, 由于像Maxwell 技术公司全球分布广泛, 到各地授课和向学员展示材料是不现实的, 因此我们启动了Maxwell 大学第2 版。这一次, 作者修订了相关材料, 并提供了音频格式的CD。本书的许多章节都有提到这些资料,同时作为实例展示给读者。
如果没有更多人的鼓励和帮助, 本书不可能成形。我要特别感谢Maxwell 技术公司的资深科学家Porter Mitchell博士帮我审阅了以电化学为主题的第1 ~ 6 章, 同时感谢Mitchell 博士对剩余章节的评议。我也要感谢Maxwell 技术公司的技术应用工程总监David Wright 先生对本书后半部分实际应用内容的审查和评议。我还要特别感谢我的妻子JoAnn, 在周末和节假日, 我们可以放松或者做一些例如旅游等与工作无关的活动。
我要感谢英国工程技术学会( IET) 里参与本书出版的所有人, 尤其是感谢英国工程技术学会( IET) 的策划编辑Lisa Reading, 以及感谢生产人员。
John M. MillerⅥ
这种被称为超级电容器的双层装置能够在一个单体中聚集上千法的电容量, 具有与电池相媲美的能量。本书不仅仅介绍超级电容器的电化学性能, 更主要的是面向应用工程师, 尤其是负责储能设备设计、容量配置的工程师, 以及后续使用的客户。一个世纪前就得到可以将电能存储在一个双层电容器中( 即一个导电固体和电解质的界面) 的结论, 但是直到1957 年通用公司的H. I. Becker 才基于这个现象申请了一个基本的碳装置的专利。我们现在所知的超级电容器归功于俄亥俄州标准石油公司的化学家RobertA. Rightmire 在1962 年设计的碳-碳电化学电容器。其余的, 正如他们所说, 就是过时的了。
超级电容器应用广泛。小的单体只有拇指盖大小, 电容量为5 ~10F, 可为固态硬盘存储信息提供电力支撑; 小型20 ~150F 电解电容器组可以用于各种电子设备。大容量单体, 例如D 型超级电容器单体的电容量超过300F, 可以用于工业领域, 包括风力发电机变桨距调节器的备用电源模块以及一些动力应用中, 例如电动自行车和电动摩托车的动力电源。更加大型的单体, 例如现在标准60mm 直径的圆柱单体的电容量范围是650 ~3000F, 可以应用于不间断电源、桥式功率、汽车电网的稳定以及在怠速停止系统中促进汽车发动机重新起动。大容量单体构成的模块组应用于重型卡车发动机冷起动辅助, 厢式车、自卸车、摆渡车及公交车的混合组件, 以及轨道交通的能量换热器。超级电容器在轨道交通上的应用也扩展到车载能量换热器和轨道侧第三轨或悬链线的稳定器。新的应用不断涌现在一些前景广阔的领域。在智能电网和铁路领域的实施, 可以提供更强有力的公用设施和配套服务, 可以在地铁和轻轨系统中减少需额外增设的变电站数量。
例如, 在智能电网中, 超级电容器可以满足高倍率充放电来调节系统频率的需求。其高效率快充快放的特性意味着它们也可以被用来支持电网电压调节。这两个应用需要大量兆瓦级有功功率来进行频率支撑, 甚至更高的无功功率作为电压调节。超级电容器作为公用事业储能应用可以提供10s ~1min 的持续输出, 而将超级电容器和电池相结合可以提供长达8h 的持续输出。这些内容, 以及与其相似的应用, 例如应用于汽车的大功率缓存, 在本书中都有详细介绍。
本书的大纲是从我2007 年至2010 年在Maxwell 技术公司讲授的课程中提出。因此, 我感谢Maxwell 技术公司的CEO———David Schramm 先生, 是他聘请我担任Maxwell 大学的院长。早期课程中的讲座和实例具有课堂风格。然而, 由于像Maxwell 技术公司全球分布广泛, 到各地授课和向学员展示材料是不现实的, 因此我们启动了Maxwell 大学第2 版。这一次, 作者修订了相关材料, 并提供了音频格式的CD。本书的许多章节都有提到这些资料,同时作为实例展示给读者。
如果没有更多人的鼓励和帮助, 本书不可能成形。我要特别感谢Maxwell 技术公司的资深科学家Porter Mitchell博士帮我审阅了以电化学为主题的第1 ~ 6 章, 同时感谢Mitchell 博士对剩余章节的评议。我也要感谢Maxwell 技术公司的技术应用工程总监David Wright 先生对本书后半部分实际应用内容的审查和评议。我还要特别感谢我的妻子JoAnn, 在周末和节假日, 我们可以放松或者做一些例如旅游等与工作无关的活动。
我要感谢英国工程技术学会( IET) 里参与本书出版的所有人, 尤其是感谢英国工程技术学会( IET) 的策划编辑Lisa Reading, 以及感谢生产人员。
John M. MillerⅥ
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