超级电容电动公交车动力系统匹配研究与设计(2)

超级电容器也叫电化学电容器，是近年来新型能源器件的一个研究热点[3-6]。它与常规电容器不同，其电容可达到数千法拉级甚至数万法拉。超级电容作为一种理

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

想的新型能源器件，它的比功率和比能量介于常规电容器和充电电池之间。在众多的应用领域里弥补了常规储能器件的单方面缺陷。除此之外，它还具有内阻小，充电速度快、充放电效率高、循环寿命长、无污染等优点（下一节将具体论述）。

根据超级电容器的特点，以超级电容器为唯一动力源的电动汽车适合用于短距离、线路固定的区域车辆[7][8]。例如火车站和飞机场的牵引车，煤矿的采煤车，运输车，城市的电动自行车、电动公交车。运用超级电容器为能源的电动公交车，一次充满电续驶里程可达12km，完全充电时间 8min以下。在短途运输领域超级电容电动车将会有广阔的应用前景，而且超级电容器的低温特性优于蓄电池，因此在气候寒冷地区超级电容电动车是一个好的选择。

1.2 项目研究的意义

公交车是城市污染的重要排放源，在城市中使用超级电容电动公交车对于降低污染排放，净化空气有特别的意义。

目前在公交领域使用的电动车是传统的无轨电车。无轨电车的最突出优点是零排放、低噪声、加速平稳、起动快、爬坡性能好。因此它享有“绿色城市公共交通工具”的美誉。但是无轨电车的最突出缺点是视觉污染、机动性差和公交线路的布局困难，也称为“三大公害”。由于技术上的原因，无轨电车的缺点长期未能有效克服、优点也未能充分发挥，从而导致我国无轨电车行业的徘徊与萎缩。超级电容技术的进展为无轨电车的技术改造奠定了非常重要的基础。

由于采用了快速充电技术，使公交电车上配置的超级电容数量大大降低，使公交电车成本适中、重量轻、载客量大，超级电容公交电车的性能价格比能够被市场所接受，将成为新一代城市环保公交车辆的首选车型，有着巨大的社会效益、经济效益与环境效益。

通过对超级电容电动公交车系统匹配的研究，有利于认清超级电容电动车系统设计的关键因素以及对电动车性能的改善措施，合理的利用现有资源，发挥电动车的最大潜力，为实际设计超级电容电动车提供理论上的指导。

1.3 超级电容器技术特点以及应用现状

超级电容按其功用可分为很多类型，大功率、大电流工作的车用超级电容器是超级电容电动公交车选用的对象。一般车用超级电容器具有以下特点[3-8]：

1) 高的功率密度：超级电容器的内阻很小，并且在电解液界面和电极材料本体内均

能够实现电荷的快速贮存和释放，因而它的输出功率密度是一般蓄电池的好几倍。

2) 很长的充放电循环寿命：超级电容器在充放电过程主要是物理反应，其循环寿命

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

可达10万次以上。现在的蓄电池的充放电循环寿命只有数百次到千次，只有超级电容器的几百分之一。

3) 存储寿命长：超级电容器充电之后贮存过程中，虽然有漏电电流存在，但这种发

生在电容器内部的离子或质子迁移运动乃是在电场的作用下产生的，并没有出现化学反应，没有产生新的物质。而且，所用的电极材料在相应的电解液中也是固定的，故理论上超级电容器的贮存寿命几乎可以认为是无限的。

4) 高可靠性：超级电容器工作过程中没有运动部件、维护工作极少，因而超级电容

器的可靠性是非常高的。

5）污染小：不同于二次电池，超级电容本身的制作材料和工作后产生的遗留物中不含任何有毒有害物质。

6）能量回收率高：在制动的时候，超级电容能够大电流回收制动能量。而蓄电池过高的充电电流会对其寿命产生影响。

7）比能量低：虽然同一般的电容器相比，车用超级电容器的比能量很高，但是同蓄电池相比，超级电容的比能量还是低很多。表1-2给出了各种储能装置的能量密度以及功率密度的比较。从表中可以看出，比能量低是目前超级电容器的显著缺陷。由于此缺陷，一定程度上限制了超级电容电动汽车的续驶里程。为了满足车辆工作的大功率高能量需求，通常将几十甚至上百个单体串联使用。也可以利用超级电容器能大功率充电的特性，对其定期补充能量，以延长其行驶里程。

表1-2 几种储能元器件的参数比较

Table 1-2 Parameter comparison of different energy storage devices储能元器件能量密度（wh kg-1）功率密度 （w kg-1）有效充放电次数一般充放电时间充放电效率

静电物理电容器电化学超级电容器化学二次电池

< 0.2104 ～ 106

>10610-6 ～ 10-3 s≈ 1.0

1 ～ 201000 ～ 2000

>1050.1 ～ 60 s0.9 ～ 0.95

20 ～ 20050 ～ 500500 ～ 20001 ～ 5h0.7 ～ 0.85

目前在大功率超级电容器领域中处于领先地位的国家有美国、俄罗斯、日本、瑞士、德国、法国等，这些国家均把超级电容器项目作为国家级的重点研究和开发项目，提出了近期和中长期发展计划。

韩国的NESS公司、美国的MAXWELL公司已有一定批量的大容量超级电容器进入市场，并应用在燃料电池车、混合动力车中，取得了非常明显的燃油经济性和环保效果，在军事领域也得到了非常广泛的应用。上述两家公司产品的有效比能量达到3~4wh/kg，最大比功率达到了3000w/kg，产品主要用途是大功率辅助。

俄罗斯的ESMA公司是生产混合型超级电容器的代表，其产品的可用比能量可

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

达到10wh/kg以上，启动型比功率可达到3000w/kg，在固定线路的电动车中作为动力牵引电源具有较大优势，其产品已经在电动公交车、电动卡车、军事车辆中得到成功应用。

此外，俄罗斯ELIT公司、法国SAFT、美国的COOPER公司、日本的NEC公司和松下公司也投入巨大资金对大容量超级电容器进行规模化生产的研究。超级电容器已经被各国政府和商业公司所重视，超级电容器已成为一种战略意义的储能元件。

1996年，俄罗斯的Eltran公司研制出了采用超级电容器作为唯一电源的电动汽车样车，可载客20人，充电的续行里程12km，时速可达25公里/小时。该公司还推出了超级电容器作为唯一电源的轻型卡车、叉车、工具车等。由于所需充电时间较长，该类车仅适用于定点、定时的候车环境，不宜用于城市公交线路。

2000年日本尼桑公司生产了超级电容与天然气混合动力的长途公交电车，超级电容器作为天然气的辅助能源，提供额定功率以外的能量，并回收车辆在刹车、下坡和减速时产生的机械能，从而使该款样车比普通的天然气公交车的续驶里程增加了1.4倍。

德国也于2001年前后开始实验研究一款超级电容作为唯一电源的公交电车。该车采用了能量感应充电技术，并计划将来在新款公交电车上用超级电容取代目前大量使用的胶体电池。这种技术主要是充电系统的价格昂贵，目前国外只在一些试验公交线路上应用，

2002年6月，由上海客车制造厂生产的10辆双源公交电车已在公交14路上运营，这也是我国第一台空调无轨电车。

2002年8月，我国自行研制的首台超级电容电力公交车（“无辫”无轨电车）由哈尔滨人和集团巨容新能源有限公司研制成功，已在哈尔滨市黄河路试运行。这台样车的问题是电容容量小，在运行路线的两端充电，充电间隔过长，不能充分发挥有效功率，行驶速度小于10公里/小时。

2002年10月，由上海市科委主持立项目，由上海市瑞华集团有限公司与上海市巴士汽车股份有限公司第三电 …… 此处隐藏：2457字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……