新能源汽車超級(jí)電容器綜述

超級(jí)電容器是介于蓄電池和傳統(tǒng)靜電電容器之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，它是一種具有超級(jí)儲(chǔ)電能力、可提供強(qiáng)大脈沖功率的物理二次電源。超級(jí)電容器主要利用電極/電解質(zhì)界面電荷分離所形成的雙電層，或借助電極表面快速的氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生的法拉第準(zhǔn)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)電荷和能量的儲(chǔ)存。

超級(jí)電容器的類型如圖 所示

超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)

超級(jí)電容電池是由電極、集電板、隔膜及電解液組成，如圖 所示。電極材料與集電板之間要緊密相連，以減小接觸電阻；隔膜應(yīng)滿足具有盡可能高的離子電導(dǎo)和盡可能低的電子電導(dǎo)的條件，一般為纖維結(jié)構(gòu)的電子絕緣材料。電解液的類型根據(jù)電極材料的性質(zhì)進(jìn)行選擇。

超級(jí)電容的工作原理

1、充電過(guò)程

超級(jí)電容充電過(guò)程如圖 所示

充電時(shí)，電子通過(guò)外加電源從正極流向負(fù)極，同時(shí)，正負(fù)離子在固體電極上電荷引力的作用下從溶液體相中分離并分別移動(dòng)聚集到兩個(gè)固體電極的表面，形成雙電層；充電結(jié)束后，電極上的正負(fù)電荷與溶液中的相反電荷離子相吸引而使雙電層穩(wěn)定，在正負(fù)極間產(chǎn)生相對(duì)穩(wěn)定的電位差

2、放電過(guò)程

超級(jí)電容放電過(guò)程如圖 所示

在放電時(shí)，電子通過(guò)負(fù)載從負(fù)極流到正極，在外電路中產(chǎn)生電流，正負(fù)離子從電極表面被釋放進(jìn)入溶液體相呈電中性。這種儲(chǔ)能原理允許大電流快速充放電，其容量大小隨所選電極材料的有效比表面積的增大而增大。雙電層的厚度取決于電解液的濃度和離子大小。

超級(jí)電容特點(diǎn)

超級(jí)電容器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）高功率密度。超級(jí)電容器的內(nèi)阻小，輸出功率密度高，是一般蓄電池的數(shù)十倍。

（2）充電速度快。可以用大電流給起級(jí)電容器充電，充電10S～10min可達(dá)到其額定容量的95%以上。

（3）工作溫度范圍寬。超級(jí)電容器能在-40℃～60℃的環(huán)境溫度中正常工作。

（4）循環(huán)辦命長(zhǎng)。超級(jí)電容器具有至少十萬(wàn)次以上的充電壽命，沒(méi)有“記憶效應(yīng)”。

（5）簡(jiǎn)單方便。超級(jí)電容器充放電線路簡(jiǎn)單，無(wú)需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù)；檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出。

（6）綠色環(huán)保。超級(jí)電容器在生產(chǎn)過(guò)程中不使用重金屬和其他有害化學(xué)物質(zhì)，因而在生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存及拆解過(guò)程中均沒(méi)有污染，是一種新型的綠色環(huán)保電源。

超級(jí)電容器除了上述有點(diǎn)外，自身還存以下缺點(diǎn)：

（1）低能量密度。目前超級(jí)電容器可儲(chǔ)存的能量比化學(xué)電源少得多。

（2）低電壓。超級(jí)電容單體電壓低，需要多個(gè)電容串聯(lián)才能提升整體電壓。

（3）高自放電。它的自放電速率比化學(xué)電源要高。

（4）線性放電。超級(jí)電容器線性放電的特性使它無(wú)法完全放電。

超級(jí)電容在汽車上的應(yīng)用

目前超級(jí)電容器被廣泛應(yīng)用到新能源汽車中，用作起動(dòng)、制動(dòng)、爬坡時(shí)的輔助動(dòng)力。汽車頻繁的起步、爬坡和制動(dòng)造成其功率需求曲線變化很大，在城市路況下更是如此。一輛高性能的電動(dòng)汽車的峰值功率與平均功率之比可達(dá)16 : 1，但是這些峰值功率的特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間一般都比較短，需要的能量并不高。對(duì)于純電動(dòng)、燃料電池和串聯(lián)混合動(dòng)力汽車而言，這就意味著要么汽車動(dòng)力性不足，要么電壓總線上要經(jīng)常承受大的尖峰電流，這無(wú)疑會(huì)大大損害電池、燃料電池或其他輔助動(dòng)力裝置的壽命。如果使用比功率較大的超級(jí)電容器，當(dāng)瞬時(shí)功率需求較大時(shí)，由超級(jí)電容器提供尖峰功率，并且在制動(dòng)回饋時(shí)吸收尖峰功率，那么就可以減輕對(duì)電池、燃料電池或其他輔助動(dòng)力裝置的壓力，從而可以大大增加起步、加速時(shí)系統(tǒng)的功率輸出，而且可以高效地回收大功率的制動(dòng)能量，這樣做還可以提高電池的使用壽命，改善其放電性能。