新能源汽车概论 课件 项目三 动力电池与动力电池管理系统学习任务四 超级电容

项目三

动力电池与动力电池管理系统学习任务四

超级电容目录目录超级电容的类型一超级电容电池的结构二超级电容的工作原理三超级电容的特点四目录目录超级电容在汽车上的应用五复习题六学习任务4超级电容学习目标：✦了解汽车尾气中对人体有哪些有害物质。了解超级电容的类型。✦知道超级电容电池的结构。✦知道超级电容的工作原理。✦了解超级电容的特点。✦了解超级电容在汽车上的应用。

素养目标：✦养成关注超级电容电池新技术发展的习惯。✦培养学生分析超级电容电池技术参数的能力。一、超级电容的类型超级电容器是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置，它是一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的物理二次电源。超级电容器主要利用电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层，或借助电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第准电容来实现电荷和能量的储存。超级电容器的类型如图3-4-1所示。学习任务4超级电容图3-4-1超级电容的类型二、超级电容电池的结构超级电容电池是由电极、集电板、隔膜及电解液组成，如图3-4-2所示。电极材料与集电板之间要紧密相连，以减小接触电阻；隔膜应满足具有尽可能高的离子电导和尽可能低的电子电导的条件，一般为纤维结构的电子绝缘材料。电解液的类型根据电极材料的性质进行选择。学习任务4超级电容图3-3-1氢燃料电池的组成与原理三、超级电容的工作原理1.充电过程超级电容充电过程如图3-4-3所示。充电时，电子通过外加电源从正极流向负极，同时，正负离子在固体电极上电荷引力的作用下从溶液体相中分离并分别移动聚集到两个固体电极的表面，形成双电层；充电结束后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。学习任务4超级电容图3-4-3超级电容的充电过程2.放电过程超级电容放电过程如图3-4-4所示。在放电时，电子通过负载从负极流到正极，在外电路中产生电流，正负离子从电极表面被释放进入溶液体相呈电中性。这种储能原理允许大电流快速充放电，其容量大小随所选电极材料的有效比表面积的增大而增大。双电层的厚度取决于电解液的浓度和离子大小。学习任务4超级电容图3-4-4超级电容的放电过程四、超级电容的特点超级电容器具有以下优点：①高功率密度。超级电容器的内阻小，输出功率密度高，是一般蓄电池的数十倍。②充电速度快。可以用大电流给起级电容器充电，充电10S~10min可达到其额定容量的95%以上。③工作温度范围宽。超级电容器能在-40℃～60℃的环境温度中正常工作。④循环办命长。超级电容器具有至少十万次以上的充电寿命，没有“记忆效应”。⑤简单方便。超级电容器充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；检测方便，剩余电量可直接读出。⑥绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害化学物质，因而在生产、使用、储存及拆解过程中均没有污染，是一种新型的绿色环保电源。学习任务4超级电容超级电容器除了上述有点外，自身还存以下缺点：①低能量密度。目前超级电容器可储存的能量比化学电源少得多。②低电压。超级电容单体电压低，需要多个电容串联才能提升整体电压。③高自放电。它的自放电速率比化学电源要高。④线性放电。超级电容器线性放电的特性使它无法完全放电。学习任务4超级电容目前超级电容器被广泛应用到新能源汽车中，用作起动、制动、爬坡时的辅助动力。汽车频繁的起步、爬坡和制动造成其功率需求曲线变化很大，在城市路况下更是如此。一辆高性能的电动汽车的峰值功率与平均功率之比可达16:1，但是这些峰值功率的特点是持续时间一般都比较短，需要的能量并不高。对于纯电动、燃料电池和串联混合动力汽车而言，这就意味着要么汽车动力性不足，要么电压总线上要经常承受大的尖峰电流，这无疑会大大损害电池、燃料电池或其他辅助动力装置的寿命。如果使用比功率较大的超级电容器，当瞬时功率需求较大时，由超级电容器提供尖峰功率，并且在制动回馈时吸收尖峰功率，那么就可以减轻对电池、燃料电池或其他辅助动力装置的压力，从而可以大大增加起步、加速时系统的功率输出，而且可以高效地回收大功率的制动能量，这样做还可以提高电池的使用寿命，改善其放电性能。学习任务4超级电容五、超级电容在汽车上的应用学习任务4超级电容素养教育我国对超级电容器及其应用的研究起步相对较晚，但动力型超级电容器的应用水平与国际接轨，甚至超越国际水平。早在上海张江高科技园完成了世界上第一台超级电容器总线及快速充电站系。2006年8月28日，上海市就在11路公交车中投入超级电容车运行，这也是上海第一条使用超级电容车的公交线路。在2010年上海世博会中，以上海奥威科技公司开发的超级电容器为代表的61辆超级电容客车，总计安全运行500多万公里，运送游客达到1.2亿多人次，创下了世界新能源公交车投入规模最大、运行里程最长、载客人次最高的历史纪录。2014年上海奥威超级电容公交车在保加利亚首都索菲亚首次上路，表明中国的超级电容汽车已经达到了世界级水平。2021年，2000吨／年超级电容活性炭生产线在北海星石新能源材料产业园全面建成正式投料投料试产，这意味着我国超级电容核心电极材料大规模量产取得重大突破，打破国外技术垄断，成功解决了长期制约我国超级电容器产业发展的关键材料“卡脖子”问题，为我国新能源产业和超级电容行业的高速发展奠定了坚实的基础。一、选择题（1）属于物理电池的是（

）。Ａ、铅酸蓄电池Ｂ、镍氢电池Ｃ、燃料电池Ｄ、超级电容器。（2）超级电容按电极材料的不同可分为（

）类。Ａ、5Ｂ、4Ｃ、3Ｄ、2（3）超级电容电池是由（

）、集电板、隔膜及电解液组成。Ａ、电极Ｂ、密封圈Ｃ、正极Ｄ、负极学习任务4超级电容复习题（4）不属于超级电容的特点的是（

）。Ａ、充电速度快Ｂ、使用寿命长Ｃ、绿色环保Ｄ、高能量密度（5）下面说法有误的是（

）。Ａ、超级电容自放电速率比化学电源要低得多。Ｂ、超级电容器的内阻小，输出功率密度高，是一般蓄电池的数十倍。Ｃ、超级电容单体电压低，需要多个电容串联才能提升整体电压。Ｄ、超级电容器具有至少十万次以上的充电寿命，没有“记忆效应”。学习任务4超级电容二、判断题（1）超级电容器是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置。（

）（2）超级电容器由质子交换膜、催化剂层、扩散层、集流板（又称双极板）组成。（

）（3）目前超级电容器被广泛应用到新能源汽车中，通常