基于卷扬机储能系统的超级电容充放电试验研究
                                        尹建阁1，卞永明2，沈家栋1，蒋佳2
                               (1.同济大学浙江学院机械与汽车工程系，浙江 嘉兴 314051)
                                     (2.同济大学机械与能源工程学院，上海  201804)
    超级电容器是一种性能优良的新型能源器件，工程应用设计需掌握其容量、工作电压、充电效率、放电效率等指标。设计了卷扬机储能系统，对超级电容放电时重物提升速度及其放电效率，以及重物下放时重力势能回收到超级电容的充电效率进行了试验研究，实现了机械装置与超级电容的混合储能，为超级电容的研究及其在工程机械中的应用提供参考。

    超级电容是一种介于电池和静电电容器之间的储能元件，具有比静电电容器高的能量密度和比电池高的功率密度，不仅适合短时间的功率输出，而且具备比功率高、比能量大、一次储能多等优点以改善动力其性能［1］。近几年超级电容在汽车领域应用相当广泛，并逐步向工程机械扩展。工程机械具有频繁启停、输出功率波动大等特点，所以储能元件需具备在相对短的时间内获取或释放的能量大(功率密度大)，充电、放电速度快，可充电和放电次数多等特点。同时，超级电容可以迅速高效地吸收工程机械产生的再生动能及势能等。因此，超级电容是工程机械混合动力单元储能元件的最佳选择之一。
     超级电容在具体工程应用前，需掌握其容量、工作电压、充电效率、放电效率等指标［2］。因此，对卷扬机储能系统提升及下放控制时实现重力势能与超级电容电能转换，以及超级电容放电和充电效率进行研究显得尤为重要。

1系统设计
1.1试验系统的组成及工作原理
    卷扬机储能系统由机械系统、控制系统和储能装置3部分组成，如图1所示。其中：机械系统主要包括支架、重物和卷扬机(含永磁同步电机)；控制系统主要包括置于电控柜内用于驱动电机的变频器和DC/DC变频器；储能装置采用超级电容［3］。
    卷扬机储能系统的结构框图如图2所示，超级电容充电时，利用双方向电源驱动永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PM），将重物提升到空中，然后通过卷扬机机械抱闸系统将重物停在空中。下放重物时，将重物的重力势能回收到超级电容中［4］。超级电容放电时，首先利用双方向电源为超级电容充电，使其电压达到300V；然后超级电容驱动永磁同步电机PM，将重物提升到空中；下放重物时，将重物的重力势能回收到超级电容中。卷扬机储能系统的工作原理如图3所示。

图1卷扬机储能系统的组成

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作者简介：尹建阁（1983—），女，湖北襄阳人，同济大学浙江学院讲师，硕士，主要研究方向为机电一体化、飞轮储能。


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