超级电容器在电动车上的应用

在纯电动车上的应用及发展

超级电容对整车动力性能的影响主要在于对续驶里程的影响。超级电容的容量、能量密度、放电深度、功率密度等性能参数都会影响车辆行驶的能量消耗和续驶里程川。

哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所研究出用超级电容器做储能器件的电动客车，这是一种只需充电I5分钟便能连续行驶25公里，而最高时速可达52公里的电动客车。据悉，由该所承担的省"十五"科技攻关重大项目--"以电容为能源的电动车"

等3个项目，已通过省科技厅鉴定。该项研究在以电容为能源的电动车续驶里程、最高车速等方面达到了国际先进水平。这种超级电容电动客车的研制为国内首创，其性能指标达到了国际同类产品的先进水平。

该项目在整车控制技术、电驱动技术、电容管理均衡技术方面实现了突破和创新。据了解，目前在国际上，污染小、节省能源的电动汽车已引起相当高的重视。在电动车的部件中，超级电容器凭借使用寿命长、安全性强等特点，已成为电动汽车开发的重要方向之一。这种以电容为能源的电动客车无污染、零排放、低温特性好，适合于北方城市公交运行，具有良好的市场前景和社会效益I嘲。

将超级电容器应用到电动公交车上已经是一个很热门的话题了。由于公交线路站点是固定不变的，超级电容器的充电时间很短，在一分钟之内即可完成，所以可以利用公交车进站的时间充电，这样既不影响乘客的乘车时间，又不会像现在的有轨电车那样车顶上必须有两个"辫子"，这样也省去了电车轨道设置的费用，看起来也更美观一些。
超级电容器有个缺点就是能量密度小，充电一次只能跑很短的路程，但它的充电速度快，充完就可以接着跑。跟铅酸电池比较这一点要好很多，铅酸电池充一次电得要5-8小时，所以只要在线路上合适的地方建立一个超级电容器电动大客车充电站就可以了，而投资建设一个这样的充电站的费用比建一个加油站小得多，也比建设一个同样规模的加气站或铅酸电池充电站省钱。

在混合动力车上的应用

纯电动汽车尽管具有上述优点，但由于电池容量的限制，致使车辆在续驶里程和爬坡、加速性能上不及通常的汽车。虽然人们在蓄电池的研究开发上做了多方努力，也难以达到通常轿车那样，加满油后可行驶4OO一500公里的里程[91。要充分满足用户的欲望，目前仅靠现有蓄电装置的性能是难以实现的，于是就有了混合电动车的出现。I"混合动力车是专门为城市公共交通设计开发的，既可用电又可用油，是短期内电动汽车最现实的产业化产品。

这种车与同类型的传统汽车相比尾气排放可减少50％70％，降低燃油消耗30％以上，能够满足日益严格的环保要求，既有电动车的节能和低排放的特点，又具有燃油汽车的方便性能Il21。混合动力源电动车按照能量合成的形式主要分为串联式（SeriesHybridElectricVehicle，SHEV）和并联式，PHEV）两种。在串联式混合动力系统中，由发动机驱动发电机，利用发出的电能由电动机驱动车轮。即发动机所发出的动能全部要先转换成电能，利用这一电能使车辆行驶。并联式混合动力系统采用的是发动机与电动机驱动车轮，根据情况来运用这两个动力源，由于动力源是并行的，故称为并联式混合动力系统。此外，还存在混联式，也称串并联式，它可以最大限度地发挥串联式与并联式的各自优点。

就目前所制造的混合电动车来看，它的动力系统是以燃油发动机作为主要动力，其电力能量贮藏系统通常是二次电源，而目前所应用的二次电源存在很多的缺点有待大幅度改进，而这些问题都可以用超级电容器代替解决，在内燃机车的电起动系统中采用超大容量电容器辅助起动装置，显示了较突出的优势，其表现在：

1.由于起动功率的增加，缩短了柴油一发电机组的起动时间。柴油机旋转加速度增加，提高了燃油点燃质量。

2.降低了起动时蓄电池组的最大电流负荷，有助于延长蓄电池的使用寿命。

3.确保了起动的可靠性，特别是在低温以及蓄电池组亏电或参数变坏时尤为明显。

4.在现有蓄电池技术状况下，可以有效减小蓄电池容量。

但超级电容器并不能完全取代电池，因为它的能量密度比较低。超级电容器单体的工作电压较低，因此要通过多个电容器单体的串联才能得到较高的工作电压，而多个单体串联对单体的统一性要求比较高，且串联起来后体系的容量又会成倍减少。现在这方面的很多工艺都还在研发当中。

超级电容的特性正好满足混合动力电动汽车的特殊要求。利用超级电容瞬时高功率特性，避免了要求发动机频繁起动和蓄电池提供瞬间大功率的特殊要求，同时还可以对制动能量进行回收利用，从而可以节约能源、减少排放污染，尤其适合经常在城市行驶的混合动力电动汽车。在回收制动能量方面，汽车在行驶过程中至少有30％的能量因热量散发和制动而消耗掉，特别是在城市行驶，经常遇到红灯，这样不仅造成能源浪费，而且增加环境污染。

如能把制动所消耗的能量回收起来用于汽车起动、加速，可谓一举两得。由于蓄电池充电是通过化学反应来完成的，所需时间较长，但制动时间较短，因而回收能量效果不佳。现正处于研究中的飞轮电池，由于精度要求高、制作难度大，短时间还难以进入实用阶段。超级电容独有的特性非常适合用于制动过程中能量回收，而且成本较低，应用前景广阔。

在为发动机冷起动时提供瞬时大功率方面，发动机的冷起动对蓄电池提出了特殊的要求，蓄电池必须提供瞬间大功率，发动机才可能起动。然而，一般蓄电池不具备这种特性，除非用起动点火型电池，但是起动点火型电池并不适合长时期小电流工作环境，而且在低温下经常失效，因此也不适合。

研究发现，如果把超级电容和蓄电池联合用在发动机起动系统，发挥超级电容的独有特性，构成新型的起动系统，这个问题就可迎刃而解了。

超级电容器作为一种新型储能元件，其出现填补了传统静电电容器和化学电源之间的空白，凭借着低成本高性能的优势，加上对环境的无污染使得人们对它越来越重视。随之对电动汽车研究的深入，超级电容器在这方面应用的优势也越来越明显。超级电容器的高性能决定了其市场前景非常广阔，而低成本又决定了其显著的经济效益。虽然超级电容器存在着比容量偏低的缺陷，但相信通过改进，一定会推动汽车行业发生质的飞跃。