基于新型超级电容技术的电动车动力系统

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1、基于新型超级电容技术的电动车动力系统摘要：本文叙述了一种新型超级电容的研发、制备和测试。并且将这个技术应用于电动车动力系统及相关衍生产品的解决方案。关键词：超级电容纳米MnO2混合动力一、研究背景情况能源是一切系统得以运行的基础。所以在任何设备的设计流程中，能量的供给速率、恒定稳定性、持久度都是第一要考虑的问题。这一点在移动、便携设备上更为突出，几乎成为了其发展的瓶颈。可以说能量供给的质量直接影响着移动、便携设备功能、性能的发展。小到手机、随身听大到电车、潜艇都有一个电力供给的问题。其中电池是核心问题，由于其能量密度大（可达20~100Wh/k

2、g）、成本较低、技术成熟几乎成为了大量存储电荷的唯一手段，有着不可替代的地位。但由于种种原因，电池容量得不到大幅的提高。所以，各界都在研究着如何提高能量利用效率的问题。上世纪九十年代，各国军事领域都出现了混合动力的战车、战舰。即用柴油机发电给电池充电，再以电为动力驱动其运行。这种看似二战中的老式潜艇的动力方式在如今却有着突出的优势。由于柴油机的特性，运转速度越慢效率越高。但功率难以保证。在高速运转时功率大而效率低。尤其在加速过程中能量浪费很严重。所以就让柴油机以经济功率运转发电，给电池充电。通过电池来驱动其运行。同时电机变速效率比机械变速效率高

3、得多，整体可以节能近30%。可以说电驱动是如今的发展趋势。但是由于电池的特性，瞬间放电功率有限。同时，也有与柴油机相似的缺点——输出功率越大效率越低——虽然比柴油机已经强得多了。但综合来看，电池驱动的瞬间加速能力仍不如常规动力。于是，就要求在电池驱动的瞬间放电功能有所改善。其中，在电池上并联一个超级电容是最可行、最成熟的解决方案。所以，超级电容的研发成了一个热点技术。从1957年Becker申请了活性炭做电极材料的双电层电容器专利到现在，超级电容器已有半个世纪的发展历史。其中研究工作主要集中在电极活性物质的研究上。此间许多物质被用作电极材料，大

4、致可分三类：碳材料，过渡金属化合物以及掺杂的导电聚合物。碳材料是最早用作超级电容活性物质的材料，并且其应用一直延续到现在。目前玻璃碳、碳纳米管等材料用于超级电容的电极材料受到越来越多的关注，利用碳纳米管制成的电容器单体，测得其比容量可达到104F/g，在100HZ时还有49F/g，这个转变频率远远大于活性炭的1Hz，说明碳纳米管具有更优良的频率响应。各种金属氧化物用作超级电容器电极材料是目前研究的较多的课题，其中钌的氧化物因具有很高的比容量而受到广泛的重视，也有不少研究者将钌的氧化物与碳材料组合制备成复合材料用作超级电容电极材料，也体现出了良好

5、的效果。即使如此钌的高昂价格却是限制其应用的最大障碍，不少研究者致力于寻找这种性能优良的金属氧化物的替代物，于是就出现了NiO的水化物，氧化钴干凝胶，多孔V2O5的水合物以及MnO2水化物等做电极活性物质的研究方法。导电聚合物具有良好的导电性，内阻很小，在超级电容方面的应用今后会有很大发展。超级电容器1957年在美国取得专利，到1985年日本NEC公司已将其产业化，推出了百法级电容器商品。很多国家将其应用于军事领域，十几年前苏联就将超级电容器应用于坦克车的启动，近年转为民用，和铅蓄电池组成复式电源用于地铁控制系统，照明和应急。1996年安装在莫

6、斯科地铁上的复式电源运转良好，据称现在莫斯科街头已可见到电容车运行。日本，美国的一些大公司如NEC,ELNA,MAXWELL等都有不同型号的用作各种小型用电器的超大容量电容器商品。目前西方国家对电动汽车混合驱动系统的研究日益深入，在超级电容器的基础研究方面已取得突破性进展，对于电容器成批量生产的工艺研究也逐步深入，可望在不久的将来就会有混合驱动的轿车投放市场。我国在80年代开始研究超级电容器，电子部49所制出用于电子电路的容量为法拉级产品，已实现工业生产。近几年来，国内一些研究机构开始了对于超级电容的研究，清华大学，上海交通大学，北京科技大学等

7、也开展了相关的研究工作，有一些厂家也在关注相关项目。2004年7月19日我国首部“超级电容公交车”在上海张江投入试运行。由上海市交通管理局、上海奥威科技开发公司、上海交大等十多家单位联合攻关完成。结构上采用的是单纯的以超级电容为储能设备。他充分利用了超级电容的快速充电的性能。在每个公交站点上安设充电设施，每次只须充电几秒，就拥有了足以到达下一站的能量。同时，也是因为快速充电性，使回收刹车的能量成为可能。但是这种解决方案也使超级电容的缺点更加突出了——能量密度低。所以这种解决方案离实用还有一定距离的。二、研发目的及应用我们研发的目的就是将新型的超

8、级电容技术应用于一种电动车的供电系统中。改善其工作性能，并打向市场。节能不仅对能源充分利用有重要的社会效益，而且对于用户来说是降低运行成本提高产品竞争