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《超級電容技術(shù)的電動車動力系統(tǒng)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、超級電容技術(shù)的電動車動力系統(tǒng)一、研究背景情況能源是一切系統(tǒng)得以運行的基礎(chǔ)。所以在任何設(shè)備的設(shè)計流程中，能量的供給速率、恒定穩(wěn)定性、持久度都是第一要考慮的問題。這一點在移動、便攜設(shè)備上更為突出，幾乎成為了其發(fā)展的瓶頸?？梢哉f能量供給的質(zhì)量直接影響著移動、便攜設(shè)備功能、性能的發(fā)展。小到手機(jī)、隨身聽大到電車、潛艇都有一個電力供給的問題。其中電池是核心問題，由于其能量密度大（可達(dá)20~100Wh/kg）、成本較低、技術(shù)成熟幾乎成為了大量存儲電荷的唯一手段，有著不可替代的地位。但由于種種原因，電池容量得不到大幅的提高。所以，各界都在研究著如何提
2、高能量利用效率的問題。上世紀(jì)九十年代，各國軍事領(lǐng)域都出現(xiàn)了混合動力的戰(zhàn)車、戰(zhàn)艦。即用柴油機(jī)發(fā)電給電池充電，再以電為動力驅(qū)動其運行。這種看似二戰(zhàn)中的老式潛艇的動力方式在如今卻有著突出的優(yōu)勢。由于柴油機(jī)的特性，運轉(zhuǎn)速度越慢效率越高。但功率難以保證。在高速運轉(zhuǎn)時功率大而效率低。尤其在加速過程中能量浪費很嚴(yán)重。所以就讓柴油機(jī)以經(jīng)濟(jì)功率運轉(zhuǎn)發(fā)電，給電池充電。通過電池來驅(qū)動其運行。同時電機(jī)變速效率比機(jī)械變速效率高得多，整體可以節(jié)能近30%。可以說電驅(qū)動是如今的發(fā)展趨勢。但是由于電池的特性，瞬間放電功率有限。同時，也有與柴油機(jī)相似的缺點——輸出功率
3、越大效率越低——雖然比柴油機(jī)已經(jīng)強(qiáng)得多了。但綜合來看，電池驅(qū)動的瞬間加速能力仍不如常規(guī)動力。于是，就要求在電池驅(qū)動的瞬間放電功能有所改善。其中，在電池上并聯(lián)一個超級電容是最可行、最成熟的解決方案。所以，超級電容的研發(fā)成了一個熱點技術(shù)。從1957年Becker申請了活性炭做電極材料的雙電層電容器專利到現(xiàn)在，超級電容器已有半個世紀(jì)的發(fā)展歷史。其中研究工作主要集中在電極活性物質(zhì)的研究上。此間許多物質(zhì)被用作電極材料，大致可分三類：碳材料，過渡金屬化合物以及摻雜的導(dǎo)電聚合物。碳材料是最早用作超級電容活性物質(zhì)的材料，并且其應(yīng)用一直延續(xù)到現(xiàn)在。目前
4、玻璃碳、碳納米管等材料用于超級電容的電極材料受到越來越多的關(guān)注，利用碳納米管制成的電容器單體，測得其比容量可達(dá)到104F/g，在100HZ時還有49F/g，這個轉(zhuǎn)變頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活性炭的1Hz，說明碳納米管具有更優(yōu)良的頻率響應(yīng)。各種金屬氧化物用作超級電容器電極材料是目前研究的較多的課題，其中釕的氧化物因具有很高的比容量而受到廣泛的重視，也有不少研究者將釕的氧化物與碳材料組合制備成復(fù)合材料用作超級電容電極材料，也體現(xiàn)出了良好的效果。即使如此釕的高昂價格卻是限制其應(yīng)用的最大障礙，不少研究者致力于尋找這種性能優(yōu)良的金屬氧化物的替代物，于是就出
5、現(xiàn)了NiO的水化物，氧化鈷干凝膠，多孔V2O5的水合物以及MnO2水化物等做電極活性物質(zhì)的研究方法。導(dǎo)電聚合物具有良好的導(dǎo)電性，內(nèi)阻很小，在超級電容方面的應(yīng)用今后會有很大發(fā)展。超級電容器1957年在美國取得專利，到1985年日本NEC公司已將其產(chǎn)業(yè)化，推出了百法級電容器商品。很多國家將其應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，十幾年前蘇聯(lián)就將超級電容器應(yīng)用于坦克車的啟動，近年轉(zhuǎn)為民用，和鉛蓄電池組成復(fù)式電源用于地鐵控制系統(tǒng)，照明和應(yīng)急。1996年安裝在莫斯科地鐵上的復(fù)式電源運轉(zhuǎn)良好，據(jù)稱現(xiàn)在莫斯科街頭已可見到電容車運行。日本，美國的一些大公司如NEC,ELN
6、A,MAXWELL等都有不同型號的用作各種小型用電器的超大容量電容器商品。目前西方國家對電動汽車混合驅(qū)動系統(tǒng)的研究日益深入，在超級電容器的基礎(chǔ)研究方面已取得突破性進(jìn)展，對于電容器成批量生產(chǎn)的工藝研究也逐步深入，可望在不久的將來就會有混合驅(qū)動的轎車投放市場。我國在80年代開始研究超級電容器，電子部49所制出用于電子電路的容量為法拉級產(chǎn)品，已實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。近幾年來，國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)開始了對于超級電容的研究，清華大學(xué)，上海交通大學(xué)，北京科技大學(xué)等也開展了相關(guān)的研究工作，有一些廠家也在關(guān)注相關(guān)項目。2004年7月19日我國首部“超級電容公交車
7、”在上海張江投入試運行。由上海市交通管理局、上海奧威科技開發(fā)公司、上海交大等十多家單位聯(lián)合攻關(guān)完成。結(jié)構(gòu)上采用的是單純的以超級電容為儲能設(shè)備。他充分利用了超級電容的快速充電的性能。在每個公交站點上安設(shè)充電設(shè)施，每次只須充電幾秒，就擁有了足以到達(dá)下一站的能量。同時，也是因為快速充電性，使回收剎車的能量成為可能。但是這種解決方案也使超級電容的缺點更加突出了——能量密度低。所以這種解決方案離實用還有一定距離的。二、研發(fā)目的及應(yīng)用我們研發(fā)的目的就是將新型的超級電容技術(shù)應(yīng)用于一種電動車的供電系統(tǒng)中。改善其工作性能，并打向市場。節(jié)能不僅對能源充分
8、利用有重要的社會效益，而且對于用戶來說是降低運行成本提高產(chǎn)品競爭力的一項措施。 據(jù)統(tǒng)計工業(yè)用電大約占發(fā)電量的70%，而大多數(shù)工業(yè)用電花在電動機(jī)上的，在民用電中家用電器所耗的電量也占很大比例，所以電機(jī)效率提高1%就全國而
