超级电容在混合动力电动汽车中的应用

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1、试验与研究超级电容在混合动力电动汽车中的应用合肥工业大学机械与汽车学院　　张炳力　赵　韩　张　翔　钱立军[摘要]随着混合动力电动汽车研究的深入,超级电容独特的储能特性正日益受到人们的重视。本文在介绍超级电容的分类、特性、工作原理的基础上,提出了超级电容和蓄电池一起用于混合动力电动汽车,可以实现制动能量快速回收利用、发动机冷起动等,对混合动力电动汽车研究具有一定的参考价值。　　关键词:　混合动力电动汽车　超级电容　制动　能量回收　冷起动Maxwell、Skeltech、Saft、Wess、Panasonic等几家大公1引言司,按电容器活性物质的储能方式可分为3类:混合动力电动汽车(Hybird

2、ElectricVehicle,第一类是以活性碳为正、负电极的电双层超级电容HEV)是采用传统内燃机和电动机作为动力源,通过热(ElectricDoubleLargerCapacitor,EDLC)。这类超级能和电力两套系统开动汽车,达到节省燃料和降低排气电容的储能方式与传统的电解电容类似,不同之处在于污染的目的,具有排量小、速度高、排放好的优点。各国该电容以电极ö电解液界面形成的电双层作为隔离电荷政府都在加紧研制,美国政府和三大汽车公司实施的的屏障,由于这类电容大多采用多孔活性炭作电极,因PNGV计划,通过3年的论证,混合动力电动系统可在此存储的正负电荷在数量上比电解电容大得多。低污染条件

3、下达到百公里油耗仅3L。日本本田和美国第二类是金属氧化物超级电容。其中以氧化镍等为克莱斯勒的产品都已达到技术指标,丰田公司的产品销代表。该类电容得出能方式与电池类似,但充放电的速量超过1000台。为了在该项技术与国际同步,我国政度比电池快得多,存储能量的密度比电双层电容要大。府也耗资数亿元启动了国家“863”计划电动车重大专项目前应用的主要是前面这两种超级电容计划,“十五”目标是混合动力电动汽车要达到节省燃料第三类是高分子聚合物超级电容。以聚吡咯50%,排放下降80%,制动能量回收30%,要想实现上(PPY)、聚苯胺(PAM)、聚并苯(PAS)为代表,这类超述目标,必须在发动机、电动机、蓄电

4、池等各单元技术,级电容以导电的高分子聚合物为电极材料,通过聚合物各系统的电控技术上攻关。在充放电过程中发生化学反应、在聚合物上快速产生N近年来,由于超级电容(UltraCapacitor)具有快速型或P型杂质,从而使聚合物储存很高的电荷。存储释放能量、适用温度范围宽、寿命长和易于管理等2.2特点优点,如和其它能量元件(发动机、蓄电池、燃料电池)组超级电容作为新型储能元件兼顾了传统电容和电成联合体共同工作,可以使系统同时满足动力性、经济池各自的优点,避开了各自的不足,以充放电快速、功率性的要求,与其它储能元件单独使用相比具有明显优释放能力强、清洁无污染、长寿命为其显著特点,单位体势,是实现能量

5、回收利用、降低污染的有效途径,国外已积存储的电荷要比电解电容大10～100倍,电荷释放速开始研究超级电容在汽车驱动系统中的应用。度要比电池快,见表1。2.3工作原理根据超级电容的特点,尤其适合需要瞬时高功率的2超级电容的分类、特点和工作原理场合。超级电容作为一种功率缓冲器,可根据系统的最2.1分类大峰值功率来确定尺寸规格,也可根据峰值功率和连续目前国际上生产超级电容主要有欧美和日本的功率之差来确定超级电容尺寸规格,其中作为主能源的·48·汽车研究与开发©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.试验与研究表1　

6、三种储能元件的性能对比电解电容器超级电容电池-6-3一般放电时间10～10s0.1～30s0.3～3h-6-3一般放电时间10～10s0.1～30s1～5h比能量Whökg<0.15～2020～200比功率Wökg>10000>1000～200050～30065循环寿命>10>10500～2000图1　超级电容的应用模型部件提供满足连续功率需求,主能源部件可选择发动正处于研究中的飞轮电池,由于精度要求高、制作难度机、燃料电池、高能蓄电池等,其工作原理如图1所示。大,短时间还难以进入实用阶段。超级电容独有的特性非常适合用于制动过程中能量回收,而且成本较低,应用前景广阔。下面以遇到红灯需制动停车

7、为例进行推导。3超级电容在混合动力电动汽车动力系统中的应用如果汽车质量m=2000kg,开始停车前的车速V超级电容的特性正好满足混合动力电动汽车的特=50kmöh=13.89mös,停车时间t=10s,超级电容殊要求。利用超级电容瞬时高功率特性,避免了要求发的电压从U1=25V上升到U2=42V动机频繁起动和蓄电池提供瞬间大功率的特殊要求,同　　汽车动能E1:2时还可以对制动能量进行回收利用,从而可以节约能E