电动汽车超级电容

超级电容器什么是超级电容超级电容是近几年才批量生产的一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子（而不依靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。超级电容与传统电容的不同•电容是以将电荷分隔开来的方式储存能量的，储存电荷的面积越•传统电容是从平板状导电材料得到其储存电荷面积的，只有将一很长材料缠绕起来才能获得大的面积，从而获得大的电容。另外传统电容是用塑料薄膜、纸张或陶瓷等将电荷板隔开。这类绝缘•超级电容是从多孔碳基电极材料得到其储存电荷面积的，这种材料的多孔结构使它每克重量的表面积可达2000平方米。而超级电容中电荷分隔的距离是由电解质中的离子大小决定的，其值小于10•巨大的表面积加上电荷之间非常小的距离，使得超级电容有很大的电容。一个超级电容单元的电容值，可以从一法拉至几千法拉。超级电容的特性•体积小，容量大，电容量比同体积电解电容容量大30~40倍•充电速度快，10秒内达到额定容量的95%•充放电能力强•失效开路，过电压不击穿，安全可靠•超长寿命，可长达40万小时以上•充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，真正免维护•电压类型：2.7v---12.0v•容量范围：0.1F--1000F超级电容&电池的比较•超低串联等效电阻（LOWESR），功率密度(PowerDensity)是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上）•超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年•可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应，免维护，可密封•温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃两类超级电容器•启动型超级电容器：即轻型的超级电容器，可以输出几秒到几十秒的瞬间大电流，承担设备启动所需要的大功率电能，常用于各类电动汽车和重型机械设备中，单体容量50F以上，50000F以下，可几个到几百个串联使用，组件电压从12VDC直到700VDC以上•牵引型超级电容器：即重型的超级电容器，可以连续几分钟到几十分钟输出较高强度的电流，在许多场合可以替代传统的蓄电池承担设备驱动所需的电能供应工作，常用于各类电动汽车、机械设备、太阳能系统和电子电器中，单体容量最高可达到100000F以上，可以几个到几百个串并联使用，组件电压从12VDC直到800VDC以上超级电容的应用•作为固定线路电动汽车的主电源，提供短途行驶所需要的能量•作为燃料电池电动车的辅助动力电源，与燃料电池主电源形成混合动力，提供瞬间大功率（启动、爬坡、加速时）并回收刹车能量，起到重要的功率平衡作用•作为车辆、机械、船舶等设备中燃油发动机的辅助电源，形成油电混合动力，大幅度降低燃油的消耗、提高发动机峰值功率并减少有害气体排放•作为电池型电动工具的主电源，提供短时驱动的能量•作为太阳能、风能发电系统中的永久性蓄能装置•作为电站直流操作电源、高压环网功率补偿电源等；•在电子电器（汽车音响、仪器仪表、家用电器、手机、电脑、数码相机……）中作为备用电池或主电池超级电容在电动车辆中的使用●一次电源(主电源)的大小可满足车辆连续平均功率的要求来选择，超级电容与一次电源并联使用。超级电容与一次电源组合在一起应用，主电源的体积、容●超级电容用来对付起步、加速等尖峰功率的要求，当车辆制动时超级电容吸收制动能量，有利于提高能●在车辆中使用超级电容还可改善安全气囊发火、座位安全带系紧、电动门锁门窗以及要求快速响应道路情况的动力悬架等的性能。超级电容技术原理超级电容器也属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离，两块极板之间为真空（相对介电常数为1）或一层介电物质（相对介电常数为ε）所隔离，电容值为：C=ε·A/3.6πd·10-6(μF)其中A为极板面积，d为介质厚度所储存的能量为：E=1/2C（ΔV）2其中C为电容值，ΔV为极板间的电压降。可见，若想获得较大的电容量、储存更多的能量，必须增大面积A或减少介质厚度d。双电层电容器中，采用活性炭材料制作成多孔电极，同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别聚集正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层，相当于两个电容器串联，如图所示：由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积（即获得了极大的电极面积A），而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm（即获得了极小的介质厚度d），根据前面的计算公式可以看出，这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。超级电容器向快速充电与大功率发展充电1分钟即可驱动小型笔记本电脑运行近1个半小时--在2004年10月于幕张MESSE举行的IT博览会“CEATECJAPAN”上，这种快速充电的演示成了人们关心的话题。一般笔记本电脑的充电电池要充满电至少需要1个小时。但“双电层电容器”却大幅缩短了这一时间。超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。超级电容器也可以分为两类：（1）以活性炭材料为电极，以电极双电层电容的机制储存电荷，通常被称作双电层电容器(DLC);(2)以二氧化钌或者导体聚合物等材料为阳极，以氧化还原反应的机制存储电荷，通常被称作电化学电容器。作为一种新型储能元件，电化学电容器的电容量可高达法拉级甚至上万法拉，能够实现快速充放电和大电流发电，并比蓄电池具有更高的功率密度(可达1,000W/kg数量级)、和更长的循环使用寿命(充放电次数可达10万次)，同时可在极低温等极端恶劣的环境中使用，并且无环境污染。这些特点使得电化学电容器在电动汽车、通讯、消费和娱乐电子、信号监控等领域的电源应用方面具有广阔的市场前景。有业内专家预测，仅就中国市场而言，目前的年需求量可达2,150万只，而整个亚太地区的总需求量则超过9,000万只。美国市场研究公司Frost&Sullivan不久前发布的一份报告也预计，2002年到2009年之间，全球超级电容器产业的产量和销售收入这两项数据将分别以157%和49%的年复合增长率保持高速增长。超级电容器的优缺点•优点：在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电路；和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑，它是一种绿色能源；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题•缺点：如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比，它内阻较大，因而不可以用于交流电路超级电容器使用注意事项1、超级电容器具有固定的极性。在使用前，应确认极性。2、超级电容器应在标称电压下使用：当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。4、超级电容器的寿命：外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。5、当超级电容器被用做后备电源时的电压降：由于超级电容器具有内阻较大的特点，在放电的瞬间存在电压降，ΔV=IR。6、使用中环境气体：超级电容器不可处于相对湿度大于85%或含有有毒气体的场所，这些环境下会导致引线及电容器壳体腐蚀，导致断路。7、超级电容器的存放：超级电容器不能置于高温、高湿的环境中，应在温度-30+50℃、相对湿度小于60%的环境下储存，避免温度骤升骤降，因为这样会导致产品损坏。8、超级电容器在双面线路板上的使用：当超级电容器用于双面电路板上，需要注意连接处不可经过电容器可触及的地方，由于超级电容器的安装方式，会导致短路现象。9、当把电容器焊接在线路板上时，不可将电容器壳体接触到线路板上，不然焊接物会渗入至电容器穿线孔内，对电容器性能产生影响。10、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引线松动，导致性能劣化。11、在焊接过程中避免使电容器过热：若在焊接中使电容器出现过热现象，会降低电容器的使用寿命，例如：如果使用厚度为1.6mm的印刷线路板，焊接过程应为260℃，时间不超过5s。12、焊接后的清洗：在电容器经过焊接后，线路板及电容器需要经过清洗，因为某些杂质可能会导致电容器短路。13、将电容器串联使用时：当超级电容器进行串联使用时，存在单体间的电压均衡问题，单纯的串联会导致某个或几个单体电容器过压，从而损坏这些电容器，整体性能受到影响，故在电容器进行串联使用时，需得到厂家的技术支持。14、其他：在使用超级电容器的过程中出现的其他应用上的问题，请向生产厂家咨询或参照超级电容器使用说明的相关技术资料执行