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1、节能减排—电网侧行动上海电力2007年第6期超级电容与动力锂电池混合型电动汽车的工程研究关宏,姚建歆(上海市电力公司市区供电公司,上海200080)摘要:超级电容器是近年来发展起来的一种新型的储能装置,具有功率密度高、寿命长,使用温度宽及充放电迅速等优点。随着电动车辆的研究不断深入,电动汽车在电池使用寿命,功率型电池加速时瞬间大功率释放存在瓶颈,以及电池制动时能量回收率不高等诸多问题开始显现,影响了电动车辆的使用和推广。介绍了超级电容、锂离子动力电池的性能,以及超级电容与电池混合电能的研究及其在电动汽车上的应用。关键词:超级电容器;锂离子电池;混合电能;电动汽车;工程研究中图分类号:
2、TM911,TM53文献标识码:A在正常行驶过程中,电动汽车从电池中所需1引言的平均功率并不高,而刹车、加速和爬坡的瞬间其能源与环境已成为当前全球最为关注的问峰值功率又非常的高。就目前研发的电动汽车其题,为了改善城市环境污染和降低能源依赖度,世峰值功率与平均功率之比已经高达16∶1。界各国特别是美国、日本和欧洲等发达国家积极很明显如果单纯使用电池,在车辆需要瞬时探索应用新能源车辆。大功率时,电池的放电能力显得力不从心,而且极超级电容大多是电化学电容器,是近年来出其容易造成电池的损坏。将超级电容与电池混合现的一种新型储能元件,具有长寿命、释放电流功使用后,在车辆加速或者爬坡时所需的大功
3、率瞬率大、存储能量大、质量轻、工作温度范围宽及环间电流由超级电容提供额外功率,从而保证了车保等特点。采用纯超级电容电动汽车已投入运辆的加速性和爬坡性,并起到了保护电池的作用。行,这种车辆的加速性,制动的能量回馈,以及车随着科技水平的进步,对能量使用的控制要求也辆使用寿命呈现出相当好的特性。但是由于超级越来越高,电动汽车在刹车过程中的能量回收也电容其本身的特性使得超级电容车的续驶里程必须在设计过程中考虑进去。由于电池的充电是短,应用上有一定的局限性。通过化学反应来完成的,所需时间较长,而车辆制电动汽车的发展一直受到电池技术的制约。动的时间很短,因此回收能量的效果不佳。将超如何解决电池的
4、问题,成了电动汽车发展最大的级电容和电池混合使用后,车辆在刹车过程中产瓶颈。现在随着电池技术的发展,动力型锂电池生的回馈电能也能被超级电容吸收。特别是在城的出现,电动汽车的电能来源问题得到了基本解市行驶中经常遇到红灯,车辆的起动和刹车相当决。但是在车辆的使用过程中,纯电池的电动汽的频繁。如果只使用电池,对电池的使用寿命和车出现了诸多问题,例如电池寿命,车辆加速性能电能的使用效率影响相当的大。有关研究表明,等等。如何解决这些问题,这些已经成为电动汽电动汽车在比较频繁的制动和起动的城市道路上车推广应用和产业化所必须先行解决的问题。行驶,如能有效的回收制动能量,可以使电动汽车随着对环保型电
5、动汽车研究的不断深入,通的行驶距离延长10%～40%。过对纯超级电容电动汽车和纯电池电动汽车的分超级电容与电池混合使用后,解决了纯超级析研究,提出了超级电容与各类动力电池配合使电容电动汽车行驶里程较短的缺点,使电池在放用组成复合电堆的技术路线,应用与电动汽车的电过程中处于相对平稳的阶段,避免电池出现瞬电源启动系统,在车辆的起步、加速、制动、充电过间大电流充放电现象。从而使电池寿命得到了延程中起到保护电池和节能的作用。长,提高了电动汽车的经济性,能量回收得到了解—558—2007年第6期上海电力节能减排—电网侧行动决,使续驶里程进一步延长。在电池充电过程中,能方式。但是由于贵金属的资源
6、有限、价格昂贵超级电容还起到了稳压和滤波作用,减少了充电限制了它的使用,这种超级电容一般用于军事领过程中的纹波系数,提高了电能质量,也保护了电域较多。池。美国的超级电容是以碳电极电容为代表。碳电极超级电容是利用活性炭表面多空的性质,吸2电动车辆上超级电容器的选择附电荷后形成双电层电容,这种电容充放电速度[1]2.1超级电容器的技术分类较快,并且使用了有机溶液电解质,单体电压高,超级电容按照采用的电极不同,可以分为3造成放电功率很大,并且循环使用寿命很长,使用种:(1)碳电极电容;(2)贵金属氧化物电极电容;温度范围很宽。(3)导电聚合物电容。碳电极电容其电容的大小和电极的极化电位超级
7、电容按照储存电能的机理不同,又可以及电极比表面积大小有关,故可以通过计划电位分为2种类型:(1)双电层电容;(2)法拉第赝电的升高和增大电极比表面积达到提高电容容量的[2]容。一般来说法拉第赝电容具有更大的比电容。目的。电极/电解质双电层上可储存的电量其2超级电容按照结构和电极上发生反应的不典型值约为15～40μF/cm。选用具有高表面积同,又可分为对称型和非对称型。2个电极的组的高分散电极材料可以获得较高的电容。双电层成相同并且电极反应相同,反应方向相反
