超级电容器在电动车中的应用

超级电容器在电动车中的应用

1超级电容器电动汽车超级电容器的研制成本是储存装置（电池）的变革。其他储能设备都是由电能转变成化学能,再由化学能转变成电能,2次转变会导致能量损失。超级电容器在充放电过程,形式没有转变,能量也没有损失,充放电效率高达98%。超级电容器是20世纪70年代未出现的一种新产品,它突破了传统的电容器设计思想,电容量由微法拉级提高到法拉级(1F=106礔),创造出1000F级超级电容器,到20世纪未,又先后出现了10000~100000F的牵引型超级电容器,从此超级电容器,开始进入电池应用市场,出现了超级电容器电动车的新概念,它以其优异的性能,改变了人们的传统认识,建立了全新的交通运输电动车的设计思想。超级电容器比功率大,其特性是:比功率可达到2000~3000W/kg,充电时,充电速度快,温升小;放电时,可以大电流输出,输出功率大。在电动车辆运行时,起步快,加速快,爬坡力强。超级电容器比能量小,其特性是:同等重量超级电容器续驶里程,仅为铅酸电池的1/3,这是目前超级电容器的惟一缺陷。超级电容器电动车续驶里程短,跑不远,但充电速度快,可以弥补续驶里程短的缺陷。补救的方法是在城市交通线路的两端建立充电站,这样超级电容器电动车的续驶里程可以不受限制。2充电时间长,能量回收效率低(1)超级电容器是绿色能源(物理电池),不污染环境;化学电池对环境有2次污染。(2)循环使用寿命长(约10万次);化学电池的循环使用寿命短(200~1000次),易损坏。(3)充电速度快(0.3s~15min);化学电池的充电时间长,一般需要3~10h。(4)超级电容器充放电效率高(98%);化学电池的充放电效率低(70%)。(5)超级电容器的功率密度高(1000~1万W/kg);化学电池的功率密度低(300W/kg)。(6)超级电容器彻底免维护,工作温度范围宽(-40~50℃),容量变化小;铅酸电池电动车在-40℃时,续驶里程减少90%,超级电容器只减少10%。(7)超级电容器电动大客车刹车再生能量回收效率高,常规制动时能量回收高达70%;化学电池系统的能量回收效率仅为5%。(8)相对成本低。超级电容器价格比铅酸电池高1倍,但由于超级电容器的寿命比化学电池高10~100倍,所以超级电容器电动车的综合运营成本大大低于化学电池。3我国vc系列产品技术基础我国经多年自主研究开发超级电容器,在技术方面在国际上处于领先地位,拥有独立的知识产权,产品的技术水平与俄罗斯同类产品相近(见表2),而俄罗斯的产品被17届国际电动车年会(EVS-17)评价为目前国际上最先进的超级电容器,知识产权价值2亿美元。我国VC系列产品是采用国内各种成熟技术,经优化组合而制成的,所以具有成熟的技术基础和产业化基础。产品经过1年的运行试验,性能指标完全符合设计要求。以上情况证明该产品的技术具有一定的先进性和成熟性,具备了装备各种电动车的基本条件。4构建现代城市公共交通模式4.1车辆运行速度公共交通线路站点固定,长度一般在8~11km,最长线路一般不超过13km。车辆运行速度一般在20km/h左右;高速行驶一般在40km/h左右。车辆启动、停车、刹车、变速频繁。车辆在终点停留时间长,通常停留时间约在15～30min。4.2新建大型电动汽车连接网络在线路两端设立充电站,每台充电站可以同时给3~5辆超级电容器电动大客车充电,充电时间约在15~30min。4.3大客车充电状况用超级电容器装备能乘坐50人的公共大客车,超级电容器重量约为800~900kg,一次充电可行驶15km,最高速度为40km/h。4.4城市各种条件下的仿真(1)超级电容器电动大客车的优点:上马快、成本低、无污染。(2)超级电容器电动大客车适用温度范围宽,可在各种条件下运行。(3)超级电容器电动大客车制动、减速、下坡的能量可以快速、高效回收,在城市交通条件下,能量利用率可达70%;在同样条件下,化学电池电动车的能量利用率仅为5%。(4)超级电容器电动大客车不受续驶里程限制(在有充电设备),可以和汽油车、柴油车在线路上一样行驶。5分析城市公共交通新模式的经济分析5.1线路投资估算建立一个超级电容器电动大客车充电站,仅需30万~50万元,一条线路的投资在100万元以内,而建设一个加油站需要500万~600万元,建设一个同样规模的加气站或铅酸电池充电站需要500万~1000万元。5.2车辆的制造成本低超级电容器电动车结构简单,利用无轨电车改装,成本就更低了。5.3超级电容器电动汽车运营成本汽油车运营成本为修理费+汽油费;铅酸电池电动车运营成本为修理费+铅酸电池维护+充电管理+电池损耗费+电费;超级电容器电动车运营成本为修理费+电费,没有铅酸电池维护、充电管理、损耗费。按成本费用由高到低排列,依次为汽油车、铅酸电池电动车、超级电容器电动车。超级电容器电动车和铅酸电池电动车成本相比较,超级电容器价格比铅酸电池高1倍,寿命比铅酸电池高10~100倍,算总帐电容电动车的成本为化学电池电动车成本的1/2以下。6城市充电需要继续充电城市交通现代化有诸多方案,例如减少有害气体的排放;采用无污染燃料;开发混合动力车;开发电动车等,其中电动车是最理想的城市交通现代化车辆。电动车的发展,关键是蓄电池的开发。蓄电池又分铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、燃料电池,超级电容器(蓄电池)等。最佳电池是超级电容器,用超级电容器装备起来的电动车,也是最完美的电动车。建设新模式的现代化的城市交通体系其措施如下。(1)城市建立充电网络。超级电容器有个缺点,能量密度小,铅酸电池为(20~50Wh/kg),超级电容为(1~12Wh/kg)。例如,铅酸电池电动自行车能跑50km;但超级电容只能跑20~25km;超级电容有个能弥补它的缺点的优点,即充电速度快(0.3s~15min),充完电可以继续跑;铅酸电池充电需要5~8h,时间太长,快速充电影响铅酸电池寿命。只要城市建立充电网络,超级电容器比能量小的问题就迎刃而解了。汽油车现在到处是加油站,天然气汽车、液化石油气汽车需要建加气站,建一个加气站需要投入1000多万元,建一个加油站也需要(500万~600万元)。建一个充电站只需要10万元,中等城市建立100多个充电站,有1000多万元也就可以了,该充电网络电动大客车可以用,电动轿车能用,电动自行车也可以用。(2)用超级电容器装备各种电动车辆。超级电容器的研制成功是储能设备在高新技术方面的重大突破,它和其他电池组合(铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池)可以用到任何电动车型上,例如:1源动力。1源动力是单纯用超级电容器来驱动电动车,这个方法结构简单、实用、成本低。1源动力适合用在短距离、线路固定的区域。例如火车站、飞机场的牵引车上;煤矿的采煤车、运输车上;公园的游览车、游艇上;城市的电动自行车上。2源动力。2源动力是超级电容器和化学电池、清洁燃料发动机结合起来驱动电动车。化学电池和超级电容器结合,化学电池寿命可以延长1.5~2倍。2源动力适合用在城市郊区线路的公共电动大客车上,该车结构简单、实用、成本低。固定线路两端要建立充电站。3源动力。3源动力是超级电容器、铅酸电池、金属空气电池3者结合起来驱动电动大客车,其中金属空气电池技术还不成熟,先用甲醇发动机暂时代替;3源动力电动大客车结构合理、性能优越,可与汽油车相媲美,是比较理想的电动大客车。3个动力源,都能发挥其独特的作用。超级电容器:超级电容器在3源动力中,发挥主导作用,使电动车起步快,爬坡能力强,超车容易,电池能量利用率高。超级电容器和铅酸电池相结合,铅酸电池寿命可以延长1.5~2倍,超大电容器和铅酸电池的电量可以互相补充。超级电容器和充电站相结合,超级电容器从充电站得到的多余能量,不断地向铅酸电池充电。铅酸电池:铅酸电池在3源动力中,其功能主要是为了给超级电容器补充电能。金属空气电池(甲醇发动机):金属空气电池在3源动力中,其主要功能是为了延长续驶进程,因为金属空气电池和甲醇发动机比能量都很高,铅酸电池次之,超级电容器最小。3源动力电动大客车适合跑长途,适合高级旅游大客车,其性能(起步、加速、爬坡、续驶里程等等)可与汽油大客车相媲美。7电容器材料密度超级电容器材料是活性炭制成的无污染绿色材料。现在超级电容器的电容量已由微法拉级提高到法拉级,电容量提高了100万倍,这是一个了不起的成果。但超级电容器的比能量还是小,如果把超级电容器材料由微米级提高到纳米级,比能量提高到铅酸电池的水平,或更高一些,那样,电容电动车的性能就更加理想了。中科院化工研究所拟研究这个课题。8北京推广使用电动汽车城市交通建立充电网络合,城