超級電容在電動車中應(yīng)用研究及發(fā)展趨勢分析

　　超級電容一蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)綜合了超級電容和蓄電池的優(yōu)點，不僅可以改善電動車的瞬時功率特性，而且可以避免蓄電池大電流放電，延長蓄電池的使用壽命，增加電動車的續(xù)駛里程，因此將是超級電容應(yīng)用于電動車領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，并具有廣闊的市場前景。

　　由于環(huán)境污染和石油危機的雙重壓力，電動車已經(jīng)逐漸成為人們生活中一種重要的綠色交通工具。電源是電動車的能量源泉，但目前電池技術(shù)還不能完全滿足電動車的要求。

　　超級電容是一種介于電池和靜電電容器之間的儲能元件，具有比靜電電容器高得多的能量密度和比電池高得多的功率密度，不僅適合于作短時間的功率輸出源，而且還可利用它比功率高、比能量大、一次儲能多等優(yōu)點，在電動車啟動、加速和爬坡時有效地改善運動特性。此外，超級電容還具有內(nèi)阻小，充放電效率高(90%以上)、循環(huán)壽命長(幾萬至十萬次)、無污染等獨特的優(yōu)點，和其他能量元件(發(fā)動機、蓄電池、燃料電池等)組成聯(lián)合體共同工作，是實現(xiàn)能量回收利用、降低污染的有效途徑，可以大大提高電動車一次充電的續(xù)駛里程。因此，超級電容在電動車領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，將是未來電動車發(fā)展的重要方向之一。

　　目前，日本、美國、瑞士、俄羅斯等國家都在加緊超級電容的開發(fā)，并研究超級電容在電動車驅(qū)動和制動系統(tǒng)中的應(yīng)用，而我國超級電容的生產(chǎn)和應(yīng)用還處于起步階段。

　　1、超級電容的機理與特點

　　超級電容(Ultracapacitor)是近期發(fā)展起來的一種新型儲能元件，是一種具有超級儲電能力、可提供強大脈動功率的物理二次電源，它與常規(guī)電容器不同，其容量可達(dá)數(shù)萬法。超級電容按儲能機理主要分為三類：①由碳電極和電解液界面上電荷分離產(chǎn)生的雙電層電容;②采用金屬氧化物作為電極，在電極表面和體相發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生可逆化學(xué)吸附的法拉第電容;③由導(dǎo)電聚合物作為電極而發(fā)生氧化還原反應(yīng)的電容。

　　由于雙電層電容的充放電純屬于物理過程，其循環(huán)次數(shù)高，充電過程快，因此比較適合在電動車中應(yīng)用。雙電層超級電容是靠極化電解液來儲存電能的一種新型儲能裝置，其原理結(jié)構(gòu)如圖l所示。當(dāng)向電極充電時，處于理想化電極狀態(tài)的電極表面電荷將吸引周圍電解質(zhì)溶液中的異性離子，使這些離子附于電極表面形成雙電荷層，構(gòu)成雙電層電容。由于超級電容與傳統(tǒng)電容相比，儲存電荷的面積大得多，電荷被隔離的距離小得多，因此一個超級電容單元的電容量就高達(dá)幾法至數(shù)萬法。由于采用了特殊的工藝，超級電容的等效電阻很低，電容量大且內(nèi)阻小。使得超級電容可以有很高的尖峰電流，因此具有很高的比功率，高達(dá)蓄電池的50～100倍，可達(dá)到10kW/kg左右，這個特點使超級電容非常適合于短時大功率的應(yīng)用場合。

　　超級電容具有極其優(yōu)良的充、放電性能，在額定電壓范圍內(nèi)，可以以極快的速度充電至任一電壓值，放電時則可以放出所存儲的全部電能，而且沒有蓄電池快速充電和放電的損壞問題。此外，超級電容還具有不污染環(huán)境及機械強度高、安全性好(防火、防爆)、使用過程中免維護(hù)、使用壽命長(大于10年)和工作溫度范圍寬(一30℃～ 45℃)等優(yōu)點，并且在瞬間高電壓和短路大電流情況下有緩沖功能，能量系統(tǒng)較為穩(wěn)定。超級電容與鉛酸電池和普通電容的性能對比見表1。