超级电容在汽车上的应用主要在三个方向


超级电容器(supercapacitor),又叫双电层电容器(Electrical Double-hyerCapacitor)、黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件,但在其储能的过程并不发生化学反应,这种储能过程是可逆的,因此,超级电容器可以反复充放电效十万次。

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    超级电容器在分离出的电荷中存储能量,用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集,其电容量越大;传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板,一般为塑料薄膜、纸等,这些材料通常要求尽可能薄。超级电容器的面积是基于多孔炭材料,该材料的多孔结构允许其面积达到2000m2/g通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量,这也是其“超级”所在。超级电容在汽车上的应用主要在以下几个方向:

    (1)电动汽车的辅助动力  汽车频繁的起步、爬坡和制动造成其功率需求曲线的变化很大,在城市工况下更是如此。一辆高性能的电动汽车的峰值功率与平均功率之比可达16:1。但是这些峰值功率的特点是持续时间一般都比较短,需求的能量并不高。对于纯电动、燃料电池和串联混合动力汽车而沿,这就意味着:要么汽车动力性不足,要么电压总线上要经常承受大的尖峰电流,这无疑会大大损害电池、燃料电池或其他APU的寿命。但如果使用比功率较大的超级电容,当瞬时功率需求较大时,由超级电容提供尖峰功率,并且在制动回馈时吸收尖峰功率,那么就可以减轻对辅助电池、燃料电池或其他APU的压力。从而可以大大增加起步,加速时系统的功率输出,而且可以高效地回收大功率的制动能量。这样做还可以提高蓄电池(燃料电池)的使用寿命,改善其放电性能。

    除此之外,采用超级电容还能在设计(选择)蓄电池等动力部件时,着重于其比能量和成本等问题,而不用再过多考虑其比功率问题。通过扬长避短,可以实现动力源匹配的最优化。

    (2)动力驱动结构超级电容作为唯一动力源的电动汽车驱动结构较简单,而且目前技术还不成熟。所以一般都是把超级电容作为辅助动力源,与电池、燃料电池或其他APU系统组成多能源的动力总成来驱动车辆。常见的结构组合形式有:B+C,FC +C,FC+B+C,ICE/G+C等。(其中B代表电池、C代表超级电容、FC代表燃料电池、lCE代表内燃机、G代表发电机),这些结构都属于串联式混合驱动结构。

    由于超级电容器存储的能量和电压的平方成正比,所以超级电容器由荷电状态所决定的端电压将在一个很宽的范周内变化。例如,如果超级电容器被放电75%,那么电容器的端电压将减少到初始电压的50%。为了控制电容器的能量输入输出,协调超级电容电压和电池电压,必须要使用DC-DC变换器。

    (3)汽车部件的辅助能源除了用于动力驱动系统外,超级电容在汽车零部件领域也有广泛的应用。例如,未来汽车设计使用的42V电系统(转向、制动、空调、高保真音响、电动座椅等),如果使用长寿命的超级电容,可以使得需求功率经常变化的子系统性能大大提高。另外,还可以减少车内用于电制动、电转向等子系统的布线。而且,如果使用超级电容来提供发动机起动时所需要的大电流,那么不仅能保护电池,而且即使是在低温环境和电池性能不足的条件下也能顺利实现起动




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