摘要：超級電容電動汽車以其卓越的性能、低成本和零排放，確立了交通電動汽車的全新設(shè)計理念?；仡櫫?a href='http://gw5u.cn/news/show-130942.html' title='關(guān)鍵詞：超級電容器，航空地面電源(-)' target='_blank'>超級電容器的基本原理和特點，介紹了超級電容器在純電動汽車和混合動力汽車中的應(yīng)用和發(fā)展。關(guān)鍵詞：超級電容器；純電動汽車；混合動力汽車；應(yīng)用 現(xiàn)在，汽車已占城市污染氣體排放量的 % 以上，世界各國都在尋找汽車的替代燃料。由于石油日益短缺，人們逐漸意識到開發(fā)新型汽車的重要性，即在盡量減少廢氣排放的同時使用石油和其他能源。超級電容器具有功率密度高、充放電時間短、大電流充放電特性好、壽命長、低溫特性優(yōu)于電池等優(yōu)點。這些優(yōu)異的性能使其在電動汽車中具有良好的應(yīng)用前景。市區(qū)行駛的公交車，行駛路線在20公里以內(nèi)，以超級電容為唯一能源的電動汽車一次充電可行駛20多公里。它將在城市公交車上具有廣闊的應(yīng)用前景。電動汽車屬于三種新能源汽車，包括純電動汽車（BEV）、混合動力汽車和燃料電池電動汽車（cle、FCEV）。它融合了光學(xué)、機械、電學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域的最新技術(shù)，是汽車、電力牽引、電力電子、智能控制、化學(xué)電源、計算機、新能源等工程技術(shù)最新成果的集合體和新材料。產(chǎn)品。電動汽車與傳統(tǒng)汽車在外觀上沒有區(qū)別，主要區(qū)別在于動力驅(qū)動系統(tǒng)。

電動汽車使用電池組作為儲能電源，為電機驅(qū)動系統(tǒng)提供電能，驅(qū)動電機，推動車輪前進。電動汽車的爬坡度和速度雖然不如傳統(tǒng)汽車，但在行駛過程中不排放污染，熱輻射低，噪音低，不消耗汽油，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，維持。 “明日之星”受到世界各國的青睞。 1 超級電容器簡介 超級電容器又稱電化學(xué)電容器，是20世紀(jì)末出現(xiàn)的一種新產(chǎn)品，電容量高達法拉級。從所使用的電極材料來看，目前主要有三大類：高比表面積碳材料超級電容器、金屬氧化物超級電容器、導(dǎo)電高分子超級電容器。1.1基本原理電化學(xué)電容器可分為雙電層電容器（ EDLC) 和贗電容器 (EDLC) 根據(jù)其儲存電能的機制不同。碳基超級電容器的儲能機制主要依靠碳表面附近形成的雙電層，因此通常稱為雙電層電容；金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物主要依靠氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的贗電容。雙電層電容器是利用電極與電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來儲存能量的一種新型電子元件。當(dāng)電極與電解液接觸時，由于庫侖力、分子間力或原子間力的作用，在固液界面出現(xiàn)兩層符號相反的電荷，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碳材料組成。碳材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，密度低，耐化學(xué)腐蝕性好，熱膨脹系數(shù)小。贗電容是電活性材料在電極表面或體相二維或準(zhǔn)二維空間的欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附/解吸或氧化/還原反應(yīng)，產(chǎn)生電容與電極充電電位有關(guān)。 由于贗電容不僅發(fā)生在表面，還可以深入到內(nèi)部，因此可以獲得比雙電層電容器更高的電容和能量密度。在相同的電極面積下，贗電容可以是雙電層電容的10～100倍。目前，贗電容電極材料主要是一些金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。 1.2與傳統(tǒng)電容器和電池的區(qū)別電化學(xué)電容器和電池的工作機制在原理上是不同的。對于雙電層超級電容器，電荷存儲是非法拉第過程，即理想情況下不會發(fā)生跨電極界面的電子遷移，電荷和能量的存儲是靜電的。對于電池，基本上會發(fā)生法拉第過程，即發(fā)生跨雙層的電子傳輸，導(dǎo)致氧化態(tài)的變化和電活性材料的化學(xué)性質(zhì)的變化。一般來說，電荷存儲過程有以下重要區(qū)別： 對于法拉第過程，電荷的積累是通過靜電方式完成的，正電荷和負(fù)電荷駐留在兩個獨立的界面上。中間是真空或分子絕緣體，如雙層、電解電容器中的云母膜、空氣層或氧化膜。

對于法拉第過程，電荷的存儲是通過電子遷移完成的，電活性材料發(fā)生化學(xué)變化或氧化態(tài)變化，符合法拉第定律，在一定情況下與電極電位有關(guān)，產(chǎn)生準(zhǔn)電容。這種能量存儲是間接的。在比能量和比功率方面，超級電容器位于電池和傳統(tǒng)電容器之間，其循環(huán)壽命和充放電效率遠(yuǎn)高于電池。由于超長的使用壽命通常超過使用它的設(shè)備的使用壽命，因此超級電容器不需要終身維護。此外，使用后環(huán)保要求寬松，無污染，因此也被稱為綠色能源。 超級電容器用于車載蓄電裝置的優(yōu)點超級電容器是綠色能源，不污染環(huán)境?；瘜W(xué)電池兩次污染環(huán)境。循環(huán)壽命長（約10萬次）；化學(xué)電池循環(huán)壽命短（20o~1000次），易損壞。充電速度快（0.3s～15min）；化學(xué)電池的充電時間長，一般3～10h……'充放電效率高（98%）；化學(xué)電池的充放電效率低（70%）。高功率密度（1000～/Kg）；化學(xué)電池低功率密度（300W/Kg）。 超級電容器完全免維護，工作溫度范圍寬（40~+70~C），容量變化?。汇U酸電池電動汽車在 1°C 時可減少 90% 的續(xù)駛里程，而超級電容器僅減少 10%。超級電容電動客車制動再生能量回收效率高，常規(guī)制動時可達70%，而化學(xué)電池系統(tǒng)能量回收效率僅為5%。

相對成本低。超級電容器的價格是鉛酸電池的兩倍，但由于超級電容器的壽命比化學(xué)電池長約100倍，因此超級電容器電動汽車的綜合運營成本遠(yuǎn)低于化學(xué)電池。 2、超級電容器在電動汽車中的應(yīng)用 每年通過公共交通系統(tǒng)在固定線路上調(diào)度的運輸車輛數(shù)量約為5000億次，最常用的交通工具仍然是公共交通車輛。 2000年銷量為18萬-3萬臺，未來五年年銷量將達到22萬臺。美國達到 4.00,000。預(yù)計到2010年，公共交通車輛保有量將達到65萬輛。如果這么多車輛不改裝，仍然使用柴油或汽油，所需的燃料量將成為沉重的負(fù)擔(dān)，由此造成的空氣污染也很明顯。預(yù)計未來十年燃??料電池將無法實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。除了燃料電池價格昂貴外，我國已經(jīng)在使用或?qū)⒁茝V的車用乙醇汽油和天然氣車項目也擺脫不了成本高的困擾：因為燃料乙醇的生產(chǎn)成本高于汽油價格，國家有關(guān)部門正在制定補貼房寨，使車用乙醇汽油價格與同等級汽油價格持平；經(jīng)調(diào)研，天然氣發(fā)動機價格比同排量柴油機價格翻倍，在國內(nèi)率先批量裝備天然氣發(fā)動機的北京公交公司相關(guān)人士坦言，目前，天然氣汽車主要滿足長安街一線的運營需求。超級電容器正好解決了這個問題。超級電容器容量足夠大，成本低，對環(huán)境無污染。

大功率超級電容器對于電動汽車的啟動、加速和上坡行駛極為重要：在汽車啟動和爬坡時快速提供大功率電流；在汽車正常行駛時由電池快速充電；剎車時，將發(fā)電機產(chǎn)生的大電流快速儲存起來電動車加電容能跑遠(yuǎn)嗎，可以減少電動汽車對電池大電流充電的限制，大大延長電池的使用壽命，提高電動汽車的實用性鑒于電化學(xué)超級電容器的重要性，各工業(yè)化國家對其高度重視，已成為各國重點戰(zhàn)略研發(fā)項目。 2.1 超級電容器在純電動汽車上的應(yīng)用和發(fā)展對車輛動力性能的影響主要在于對續(xù)駛里程的影響。超級電容器的容量、能量密度、放電深度、功率密度等性能參數(shù)會影響汽車的能耗和續(xù)駛里程。哈爾濱工業(yè)大學(xué)電磁與電子技術(shù)研究所研制出一種使用超級電容器作為儲能器件的電動公交車。據(jù)悉，研究所承擔(dān)的省“十五”重大科技項目——“以電容器為能源的電動汽車”等3個項目已通過省科技廳鑒定。該研究在以電容器為能源的電動汽車的續(xù)駛里程和最高時速方面達到了國際先進水平。該款超級電容電動客車開發(fā)在國內(nèi)屬首創(chuàng)，性能指標(biāo)達到世界同類產(chǎn)品先進水平。該項目在整車控制技術(shù)、電驅(qū)動技術(shù)、電容管理與平衡技術(shù)等方面取得了突破和創(chuàng)新。

據(jù)了解，在全球范圍內(nèi)，低污染、節(jié)能的電動汽車備受關(guān)注。在電動汽車的零部件中，超級電容器以其使用壽命長、安全性強等優(yōu)點成為電動汽車發(fā)展的重要方向之一。這種以電容器為能源的電動乘用車無污染、零排放、低溫特性好。適用于北方城市的公共交通，具有良好的市場前景和社會效益。超級電容器在電動公交車上的應(yīng)用已經(jīng)是一個熱門話題。由于公交線路站點是固定的，超級電容的充電時間很短，可以在一分鐘內(nèi)完成，所以可以在公交車進站的時候充電，既不會影響乘客的出行時間，也不會影響乘客的出行時間。和現(xiàn)在的有軌電車一樣，車頂必須有兩條“辮子”，這樣也節(jié)省了設(shè)置有軌電車軌道的成本，看起來更漂亮。超級電容器的缺點是能量密度小，充電一次只能運行，但充電速度快，充電后還能繼續(xù)運行。與鉛酸電池相比，這要好得多。一個鉛酸電池充電需要5-8個小時，所以在線路上合適的地方建一個超級電容電動公交車充電站，投資建設(shè)這樣的充電站就足夠了。加油站的造價遠(yuǎn)低于建加油站，比建加油站或同等規(guī)模的鉛酸蓄電池充電站更省錢。 2.2在混合動力汽車上的應(yīng)用純電動汽車雖然具有上述優(yōu)勢，但由于電池容量的限制，車輛的續(xù)駛里程、爬坡和加速性能不如普通汽車。

雖然人們在電池的研發(fā)上付出了很多努力，但很難像普通汽車一樣在加滿油后達到400-500公里的續(xù)航里程[91.要充分滿足用戶的需求，目前僅靠現(xiàn)有的蓄電裝置的性能是難以實現(xiàn)的，因此出現(xiàn)了混合動力汽車。 “I”混合動力汽車是專門為城市公共交通設(shè)計開發(fā)的，既能用電又能用油，是短期內(nèi)最現(xiàn)實的電動汽車產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品。與同類型的傳統(tǒng)車輛相比，該車可以減少尾氣排放。50% 70%，降低油耗30%以上，能滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，既具備電動汽車節(jié)能低排放的特點，又具備燃油汽車的便捷性能。主要分為串聯(lián)式（SHEV）和并聯(lián)式（PHEV）兩種，在串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，發(fā)電機由發(fā)動機驅(qū)動，電動機驅(qū)動車輪，即全部散發(fā)的動能由發(fā)動機必須首先將其轉(zhuǎn)化為電能，并利用這種電能來驅(qū)動車輛。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)是利用一個發(fā)動機和一個電動機來驅(qū)動wh鰻魚，根據(jù)情況使用兩種電源。因為電源是并聯(lián)的，所以稱為并聯(lián)混合系統(tǒng)。電源系統(tǒng)。此外，還有一種混合型，也稱為串并聯(lián)型，可以最大限度地發(fā)揮串并聯(lián)型的優(yōu)點。就目前生產(chǎn)的混合動力電動汽車而言，其動力系統(tǒng)是以燃料為主要動力的發(fā)動機，其動力儲能系統(tǒng)通常是二次電源。但目前使用的二次電源存在很多不足之處需要大幅度改進，而這些問題可以通過超級電容來解決。在內(nèi)燃機車電啟動系統(tǒng)中采用超大容量電容輔助啟動裝置，優(yōu)勢突出，表現(xiàn)在： 1.由于啟動功率的增加，柴油機的啟動時間發(fā)電機組縮短。

柴油發(fā)動機增加的旋轉(zhuǎn)加速度提高了燃料點火質(zhì)量。 2.啟動時降低電池組的最大電流負(fù)載，有助于延長電池的使用壽命。 3.確保啟動的可靠性，特別是在低溫和電池組耗盡或參數(shù)劣化時。 4.在目前的電池技術(shù)狀態(tài)下，可以有效降低電池的容量。但超級電容器由于能量密度低，不能完全替代電池。超級電容電芯的工作電壓較低，因此串聯(lián)多個電容電芯可以獲得更高的工作電壓。容量將再次翻倍。該領(lǐng)域的許多工藝仍在開發(fā)中。超級電容器的特性正好滿足混合動力汽車的特殊要求。利用超級電容器的瞬時大功率特性，避免了發(fā)動機頻繁啟動的特殊要求和電池提供的瞬時大功率。同時可回收利用制動能量，節(jié)能減排，減少污染，特別適合頻繁的城市駕駛。的混合動力電動汽車。在制動能量回收方面，汽車行駛過程中至少有30%的能量消耗在散熱和制動上，尤其是在城市駕駛中，經(jīng)常遇到紅燈，不僅造成能源浪費，而且增加了環(huán)境污染。污染 。如果剎車所消耗的能量可以回收用于啟動和加速汽車，可以說是一石二鳥。因為電池充電是通過化學(xué)反應(yīng)完成的，耗時較長電動車加電容能跑遠(yuǎn)嗎，但制動時間較短，因此能量回收效果不佳。

目前在研的飛輪電池由于精度要求高、制造難度大，短時間內(nèi)難以進入實用化階段。超級電容器的獨特特性非常適合制動過程中的能量回收，成本低廉，應(yīng)用前景廣闊。在為發(fā)動機冷啟動提供瞬時大功率方面，發(fā)動機的冷啟動對電池提出了特殊的要求。電池必須在發(fā)動機啟動前提供瞬時高功率。但一般電池不具備此特性，除非使用啟動點火式電池，但啟動點火式電池不適合長期小電流工作環(huán)境，且在低溫下經(jīng)常失效，因此不適合。研究發(fā)現(xiàn)，如果在發(fā)動機啟動系統(tǒng)中將超級電容和電池結(jié)合起來，利用超級電容的獨特特性組成一個新的啟動系統(tǒng)，這個問題就可以輕松解決。作為一種新型儲能元件，超級電容器的出現(xiàn)填補了傳統(tǒng)靜電電容器與化學(xué)電源的空白。憑借低成本、高性能的優(yōu)勢，加上對環(huán)境無污染，越來越受到人們的重視。隨著對電動汽車研究的深入，超級電容器在該領(lǐng)域的優(yōu)勢越來越明顯。超級電容器的高性能決定了其廣闊的市場前景，低成本決定了其顯著的經(jīng)濟效益。超級電容器雖然存在比容量低的缺陷，但相信通過改進，必將推動汽車行業(yè)發(fā)生質(zhì)的飛躍。 3 結(jié)束語 對于我國資源量較大的薄煤層的開采，目前的采煤機械和開采技術(shù)也比較成熟。選用時應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)孛簩拥漠a(chǎn)狀情況，因地制宜選擇合適的煤礦開采方式。以充分發(fā)揮其巨大的投資效益和功能。

參考文獻： [1] 崔淑梅，張帆，宋立偉，等。超級電容電動汽車動力性能研究。微電機, 2005, 38(4]: 37-40.[2] Yee. 電動車展主打“新能源”品牌(N). 中國貿(mào)易報, 2007—8—7.[ 3] 張志安, 鄧美根, 楊邦超, 等. 雙電層電容器電極材料的最新研究進展(J). 電子元件與材料, 2003, 22 (11）@ >: 1-5.[4] 熊琦,唐東漢.混合動力汽車超級電容器研究進展(J).中山大學(xué)學(xué)報,2003,42(6）:130—133.

點擊下載：超級電容器在電動汽車中的應(yīng)用