超級(jí)電容啟動(dòng)電源模組在電動(dòng)車上應(yīng)用

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1、超級(jí)電容啟動(dòng)電源模組在電動(dòng)車上的應(yīng)用摘要：超級(jí)電容器電動(dòng)車以其優(yōu)異的性能、低成本以及零排放建立了全新的交通運(yùn)輸電動(dòng)車的設(shè)計(jì)思想。綜述了超級(jí)電容器的基本原理和特點(diǎn)，介紹了超級(jí)電容器在純電動(dòng)車與混合動(dòng)力車上的應(yīng)用及發(fā)展。關(guān)鍵詞：超級(jí)電容器;純電動(dòng)車;混合動(dòng)力車;應(yīng)用現(xiàn)在，城市污染氣體的排放中，汽車已占了50%以上，世界各國(guó)都在尋找汽車代用燃料。由于石油短缺日益嚴(yán)重人們都漸漸認(rèn)識(shí)到開發(fā)新型汽車的重要性，即在使用石油和其它能源的同時(shí)盡量降低廢氣的排放。超級(jí)電容器功率密度大，充放電時(shí)間短，大電流充放電特性好，壽命長(zhǎng)，低溫特性優(yōu)于蓄電池

2、，這些優(yōu)異的性能使它在電動(dòng)車上有很好的應(yīng)用前景。在城市市區(qū)運(yùn)行的公交車，其運(yùn)行線路在20公里以內(nèi)，以超級(jí)電容為唯一能源的電動(dòng)汽車，一次充電續(xù)駛里程可達(dá)20公里以上，在城市公交車將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景[1]。電動(dòng)汽車屬于新能源汽車，包括純電動(dòng)汽車(BatteryElectricVehicle，BEV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HybridElectricVehicle，HEV)和燃料電池電動(dòng)汽車(FuelCellElectricVehicle，F(xiàn)CEV)三種類型。它集光、機(jī)、電、化各學(xué)科領(lǐng)域中的最新技術(shù)于一體，是汽車、電力拖動(dòng)、功率電

3、子、智能控制、化學(xué)電源、計(jì)算機(jī)、新能源和新材料等工程技術(shù)中最新成果的集成產(chǎn)物。電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車在外形上沒有什么區(qū)別，它們之間的主要區(qū)別在于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)汽車采用蓄電池組作儲(chǔ)能動(dòng)力源，給電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供電能，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，推動(dòng)車輪前進(jìn)。雖然電動(dòng)汽車的爬坡度、時(shí)速不及傳統(tǒng)汽車，但在行駛過程中不排放污染，熱輻射低，噪音小，不消耗汽油，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，是一種新型交通工具，被譽(yù)為“明日之星”，受到世界各國(guó)的青睞[2]。1超級(jí)電容器簡(jiǎn)介超級(jí)電容器又稱為電化學(xué)電容器，是20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)的一種新產(chǎn)品，電容量高達(dá)法拉級(jí)。以使

4、用的電極材料來看，目前主要有3種類型:高比表面積碳材料超級(jí)電容器、金屬氧化物超級(jí)電容器、導(dǎo)電聚合物超級(jí)電容器。1.1基本原理[3]根據(jù)電化學(xué)電容器儲(chǔ)存電能的機(jī)理的不同，可以將它分為雙電層電容器(Electricdoublelayercapacitor，EDLC)和贗電容器(Pesudocapacitor)。碳基材料超級(jí)電容器能量?jī)?chǔ)存的機(jī)理主要是靠碳表面附近形成的雙電層，因此通常稱為雙電層電容;而金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物主要靠氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的贗電容。雙電層電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來存儲(chǔ)能量的一種新

5、型電子元件。當(dāng)電極和電解液接觸時(shí)，由于庫(kù)侖力、分子間力或者原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號(hào)相反的兩層電荷，稱為界面雙電層。雙電層電容的大小與電極電位和表面積的大小有關(guān)。雙電層電容器電極通常由具有高比表面積的多孔碳材料組成。碳材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，其密度低，抗化學(xué)腐蝕性能好，熱膨脹系數(shù)小，可以通過不同方法制得粉末、顆粒、塊狀、纖維、布、氈等多種形態(tài)。贗電容是在電極表面或者體相的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物資進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化/還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。由于贗電容不

6、僅發(fā)生在表面，而且可以深入內(nèi)部，因而可獲得比雙電層電容更高的電容量和能量密度。相同電極面積下，贗電容可以是雙電層電容量的10～100倍。目前贗電容電極材料主要為一些金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。1.2與傳統(tǒng)電容器、電池的區(qū)別[4~6]電化學(xué)電容器和電池的運(yùn)行機(jī)理從原理上就不同。對(duì)于雙電層型超級(jí)電容器，電荷存儲(chǔ)是非法拉第過程，即理想的沒有發(fā)生通過電極界面的電子遷移，電荷和能量的存儲(chǔ)是靜電性的。而對(duì)電池而言，實(shí)質(zhì)上發(fā)生了法拉第過程，即發(fā)生了穿過雙層的電子遷移，結(jié)果是發(fā)生了氧化態(tài)的變化和電活性材料化學(xué)性質(zhì)的變化。總的來說，電荷存儲(chǔ)過程有

7、如下重要的區(qū)別:(1)對(duì)于非法拉第過程，電荷的聚集靠靜電方式完成，正電荷和負(fù)電荷居于兩個(gè)分開的界面上，中間為真空或分子絕緣體，如雙層、電解電容中的云母膜、空氣層或氧化物膜。(2)對(duì)于法拉第過程，電荷的存儲(chǔ)靠電子遷移完成，電活性材料發(fā)生了化學(xué)變化或氧化態(tài)變化，這些變化遵守法拉第定律并與電極電勢(shì)有關(guān)。在某種情況下就能產(chǎn)生準(zhǔn)電容。這種能量的存儲(chǔ)是間接的。在比能量和比功率兩個(gè)性能參數(shù)上超級(jí)電容器位于電池和傳統(tǒng)電容之間，循環(huán)壽命和充放電效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電池。由于使用壽命長(zhǎng)通常都超過了使用其設(shè)備的壽命，所以，超級(jí)電容器終身無需維護(hù)，加之使

8、用完后，對(duì)環(huán)境要求寬松，無污染，因而又稱其為綠色能源。1.3超級(jí)電容器車用貯電裝置的優(yōu)點(diǎn)[7](1)超級(jí)電容器是綠色能源，不污染環(huán)境;化學(xué)電池對(duì)環(huán)境有2次污染。(2)循環(huán)使用壽命長(zhǎng)(約10萬次);化學(xué)電池的循環(huán)使用壽命短(200~1000次)，易損壞。(3)充電速度快(0.3s~15min