新型汽车动力技术.

汽车新型动力系统控制技术1.1环境保护与能源安全1.2储能装置1.2.1储能装置的定义1.2.2电化学蓄电池组第一章绪论1.2.3超级电容器1.2.3.1超级电容的储能机理超级电容的原理示意图超级电容电荷及电位分布示意图dAC221CUE－有效电解质常数d－间隙距离A－电极表面积C－电容器的电容量U－外加电压E－存储的电量1.2.3.2超级电容的分类根据电极材料分为：碳电极双电层超级电容、金属氧化物电极超级电容、有机聚合物材料电极超级电容根据电解液分为：有机电解液超级电容、水基电解液超级电容1.2.3.3超级电容的基本性能超级电容的等值电路C:超级电容的理想电容其电位为VCRS:等效串联内阻RL:自放电电阻超级电容的端电压：Maxwell2600F超级电容的放电特性在不同的电流放电率情况下，单元超级电容的端电压随放电时间呈线性下降，且在高电流放电率的条件下，端电压下降得更快有效的可充分利用的能量VCR－超级电容的额定电压VCb－超级电容的底电压1.2.3.4超级电容的特点性能铅酸电池超级电容普通电容充电时间1~5h0.3~30s10-310-6放电时间0.3~3h0.3~30s10-310-6比能量（W.h/kg）401~100.1比功率（W/kg）100~20010000100000充电/放电效率0.7~0.850.85~0.980.95循环寿命500~1000500000500000铅酸电池、超级电容和普通电容的性能比较由于在充放电时不发生化学反应，因此使大电流快速充放电成为可能充放电操作可在宽的温度范围内稳定进行安全性好,防火防爆在瞬时高压和短路高电流情况下有缓冲功能,能量系统较为稳定使用过程中免维护,使用寿命长不含铅、镉等重金属，较环保效率高超级电容的优点超级电容与动力电池的比较超级电容在额定电压范围内可以充电至任意电压值，放电时可放出所有储存的全部电量。动力电池只能在很窄的电压范围内工作，过放电会造成电池的永久性损坏超级电容可以频繁的释放能量而不会有不良后果，电池频繁释放能量会降低寿命超级电容可以极快的充电，而动力电池快速充电会损坏超级电容有十几万次的充放电循环寿命，而电池只有几百次或几千次循环使用寿命电池与超级电容混合能量系统：1.2.3.5超级电容在电动汽车上的应用电池：比能量和循环使用寿命超级电容：比功率电池的输出功率应与车辆平均行驶功率需求相当超级电容应输出高于平均功率需求的功率并且可以吸收再生能量。当车辆的实际行驶功率需求高于超级电容的最大功率时，多余部分由电池提供。超级电容由再生能量为其充电，若没有充足电，剩余部分由主电池在车辆低功率行驶时进行补充。当超级电容充满电时，再生制动能量为主电池充电超级电容做辅助能源用在电动汽车中的优点减弱了电池比能量和比功率之间的要求由于超级电容的负荷均衡作用，降低了电池的输出功率以及放电电流，电池的可利用能量、使用寿命得到了提高在车辆低功率行驶以及再生制动时，超级电容可以高效率的实现补充充电由于负载均衡装置和主能源之间的协调工作和再生制动时的能量回收，车辆的续驶里程明显提高1.2.3.6超级电容的设计Wcap：超级电容的最大储存能量1.2.3.7超级电容国外发展动态在超级电容器的产业化方面，美国、日本、俄罗斯、瑞士、韩国、法国的一些公司凭借多年的研究开发和技术积累，目前处于领先地位。如美国的Maxwell，日本的Nec、松下、Tokin和俄罗斯的Econd公司等，这些公司目前占据着全球大部分市场。国外主要的生产企业有：美国的Maxwell公司，俄罗斯的Econd公司、Elit公司，日本的Elna公司、Panasonic公司、Nec-Tokin公司，韩国的Ness公司、Korchip公司、Nuintek公司等。西门子公司在柴油机混合动力城市客车上将超级电容用于制动能量系统日本松下电气公司研制的超级电容系列有70F、500F、600F、1500F等产品Maxwell科技公司的超级电容已批量生产福特、奔驰、本田、丰田、马自达等汽车公司都推出了以超级电容为辅助动力的电动概念车在俄罗斯由超级电容为唯一车载动力源或协同动力源的公交车和卡车已经运行超级电容国外发展动态俄罗斯已在载重汽车上批量采用超级电容，德国也在客车启动上应用此类产品超级电容国外发展动态目前国内从事大容量超级电容研发的厂家共有50多家，然而，能够批量生产并达到实用化水平的厂家只有10多家。重要企业有锦州富辰公司、北京集星公司、上海奥威公司、锦州锦容公司、石家庄高达公司、北京金正平公司、锦州凯美公司、大庆振富公司、江苏双登公司、哈尔滨巨容公司、南京集华公司等。据称国产超级电容器已占有中国市场60%～70%的份额超级电容国内发展动态2006年8月28日，上海11路超级电容公交电车，即上海科技登山行动计划超级电容公交电车示范线投入运营，在实际应用领域走在了世界前列。该车采用上海奥威科技公司开发的具有完全自主知识产权的超级电容。超级电容国内发展动态北京前门的铛铛车Still的混合动力铲车配备了Maxwell的超级电容模块习题电动车总重量为1800kg，最高车速为120km/h，使用电池和超级电容混合系统作为动力源，在市区和郊区行驶时最大的高度差为50m，假设超级电容系统的能量效率为90%，则超级电容的最大存储能量为多少？假设超级电容的工作电压范围为28~56V，则需要的电容器电容量为多少？假设现今的超级电容模块的额定容量为95F,则需要使用多少个电容模块？如何连接？