超級(jí)電容器儲(chǔ)能在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用研究

陳常曦，肖 克，單棟梁，袁順剛

（1.許繼電源有限公司，許昌 461000；2.國(guó)網(wǎng)株洲供電公司，株洲 412000）

隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，比較單一的電池很難滿足使用需要，因此，除了蓄電池之外，我們又進(jìn)一步研發(fā)了超級(jí)電容來進(jìn)行電能的供給。電動(dòng)汽車在運(yùn)行的過程中，還會(huì)遇到剎車制動(dòng)的狀況，這個(gè)過程會(huì)消耗較多的能量，從而導(dǎo)致電動(dòng)汽車的電量不足的情況?；诖?，我們就可以用到超級(jí)電容系統(tǒng)，對(duì)能量進(jìn)行回收，從而提高電動(dòng)汽車整體運(yùn)行效率和使用時(shí)間。在主電路的選擇上，我們可以使用兩相交叉并聯(lián)雙向DC/DC變換器，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

1 超級(jí)電容器特性

1.1 工作原理

超級(jí)電容器就是通過電解液和電極兩者之間的界面雙層電層來儲(chǔ)備能量，其中，如果在超級(jí)電容器的兩端分別施加電壓時(shí)，正極板上會(huì)充滿正電荷，相反，負(fù)極板上會(huì)充滿負(fù)電荷。基于這種特點(diǎn)，兩級(jí)板上會(huì)有電場(chǎng)，這種電場(chǎng)是由于兩極板所帶電荷不同而產(chǎn)生的，隔膜兩側(cè)的電解液也會(huì)由于兩側(cè)電極板的不同而導(dǎo)致其電荷符號(hào)相反?；诖丝梢酝茢喑隹梢酝ㄟ^平衡點(diǎn)解液的方式在電荷內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)。根據(jù)超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，在超級(jí)電容器中，兩個(gè)極板之間存在著很小的縫隙，由電容量的推導(dǎo)公式可以得出其電容量在一般情況下比較大，其功率的密度可很高。由于超級(jí)電容器中的電解液經(jīng)常處于靜置的狀態(tài)下，所以電解液會(huì)出現(xiàn)一定的氧化還原反應(yīng)，使得兩個(gè)電極的電勢(shì)會(huì)受到影響，小于氧化還原電極上的電勢(shì)。一般情況下，在端電壓不大于3V的情況下，超級(jí)電容器可以穩(wěn)定工作。

1.2 等效模型

超級(jí)電容器的自身結(jié)構(gòu)也影響其性能，其不同的結(jié)構(gòu)也會(huì)導(dǎo)致其有不同的的等效模型，其中結(jié)構(gòu)一般包括等效并聯(lián)電阻、等效串聯(lián)電阻、等效電容量。一般其等效并聯(lián)電阻的阻值都很小，只有幾個(gè)毫歐，基于超級(jí)電容器的放點(diǎn)性能可以看出，其等效串聯(lián)電阻很大，可以達(dá)到幾萬歐姆，基于這種特點(diǎn)，超級(jí)電容器的漏電流非常小，所以在正常的運(yùn)行過程，一般會(huì)忽略等效并聯(lián)電阻所帶的影響。

1.3 儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)

超級(jí)電容器和普通的儲(chǔ)能器件相比較有很突出的優(yōu)勢(shì)。

（1）其功率密度較高，可以在短時(shí)間內(nèi)輸出很高的電流，以便滿足正常運(yùn)行的需求。

（2）其充電的速度也相對(duì)較快，是一種可以循環(huán)的物理過程，整體結(jié)構(gòu)采用大電流充放電，可以在短時(shí)間內(nèi)迅速完成。

（3）使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，在實(shí)際的應(yīng)用在可以有將近10萬次以上的使用次數(shù)。

（4）充放電的效率高，由于等效串聯(lián)電阻內(nèi)阻很小，幾乎可以忽略不計(jì)，所以其內(nèi)阻的消耗非常小，基于這種特點(diǎn)，大電流的循環(huán)效率一般情況下可以大于百分之九十。

（5）適用溫度范圍比較廣，基于超級(jí)電容器特殊的結(jié)構(gòu)，其工作的溫度一般都在-40℃到80℃。

（6）無污染，可靠性高，超級(jí)電容器在充放電等使用的過程中，沒有過多的化學(xué)方音，其化學(xué)反應(yīng)也不回造成污染物的排放，與普通的化學(xué)電池相比，具有比較長(zhǎng)的保養(yǎng)周期和穩(wěn)定性。

（7）充放電電流大，超級(jí)電容器的電阻值相對(duì)較高，就使得其在大電流的場(chǎng)合中能夠得到很好的應(yīng)用。

2 超級(jí)電容器儲(chǔ)能在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

汽車在啟動(dòng)的一瞬間需要很大的電量，超級(jí)電容器相對(duì)于普通的電源來說具有較好的短時(shí)間電能沖擊量，而且使用壽命也相對(duì)較長(zhǎng)。超級(jí)電容器一般作為主電源，蓄電池為輔助電源，二者相互協(xié)調(diào)為電動(dòng)汽車提供源源不斷的電量。當(dāng)汽車進(jìn)行剎車制動(dòng)時(shí)，這個(gè)過程中所產(chǎn)生的多余的能量會(huì)反饋并且再次存儲(chǔ)在在超級(jí)電容器中，這種循環(huán)結(jié)構(gòu)可以很好的解決能量消耗的問題。

2.2 儲(chǔ)能主電路

超級(jí)電容器是多個(gè)并聯(lián)的變換器組成的一種電路結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的單個(gè)變換器的效率更高輸出也很穩(wěn)定，范圍也比較大，穩(wěn)定的波動(dòng)也比較小，能夠有效的提高電路的整體效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)本文的論述可以得出我國(guó)的超級(jí)電容器想要發(fā)展還需要從技術(shù)層面上提高，需要我國(guó)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)不斷提高科學(xué)技術(shù)的研究。