电动公交车用超级电容器.pdfVIP

电动公交车用超级电容器 衡建坡 (上海奥威科技开发有限公司技术研发中心，上海201203) 摘要：超级电容器是一种新型的能量存储装置，具有比功率高、工作温限宽、寿命长、 充放电迅速、免维护和绿色环保等特性。本文介绍了超级电容器的基本原理以及超级电容 器在电动公交车、混合电动车中应用尝试。 关键词：超级电容器：双电层电容器；电动公交车 一、概述 在城市交通对环境的影响中，公交车是一个重要因素。中国城市人口约有4亿，拥有 大、主要在闹市区行驶，由此产生的废弃污染、噪音污染、交通堵塞等，使得公交车成为 影响城市环境质量的重要因素，倡导并推动使用清洁、高效的公共运输车辆，已经成为各 地城市交通管理部门的重要任务。 传统的公交电车，虽然是目前唯一具有实用价值的零排放公交车，但由于受到架空线 网的限制，具有机动性差的致命缺陷，而且在日益现代化的城市景观中造成了严重的视觉 污染，成为各地交管部门和城市规划部门的一块心病，严重制约了公交电车行业的发展， 这几年，虽然环境污染日益加剧，但公交电车的数量却不升反降，各地在减轻城市空气污 染和消除交通堵塞隐患、美化城市景观上都遇到了难以调和的矛盾。 为根本解决环境污染问题，以及城市交通中电网视觉污染问题，我们采用超级电容器 作为电动公交车主动力的尝试。超级电容器的功率密度完全可以达到电动客车的要求，作 为中短途运营的可行性很高。这种尝试在世界上也具有创新性，更具有新颖性。 燃料电池电车，尽管技术进步很快，不过离实用还有比较远的距离，主要原因是成本 和燃料电池技术问题，超级电容器可以辅助燃料电池工作，起到降低成本、提高燃料电池 发动机可靠性的作用。 而混合动力车则是一个最佳的过渡选择。采用超级电容器作为混合动力公交车辅助动 力能源，可以提高车辆的加速、起动、爬坡性能；使发动机工作在最佳的工作点，减少尾 气的排放；同时，由于超级电容器具有快速吸收大电流的特性，在车辆制动时可以快速回 收能量，减少能源消耗。所以超级电容器的使用，既可以提高车辆技术性能，如车辆起步、 功率补偿、刹车能量回收等方面，还可以在车辆运行经济性、环保方面都将起到重要作用。 160 电动公交车用超级电容器 二、超级电容器特点 超级电容器是介于蓄电池和传统电容器之间的一种新型储能装置。其结构类似于电 池，电极一般采用高比表面积的多孔导电材料构成。它与传统电容器和蓄电池之间的区别 主要在于储能机理，即是通过在电极和电解液界面上形成双电层来存储能量。它的能量密 度是常规电容器的300倍，是普通蓄电池的1／10，而功率密度却是蓄电池的10倍。 其特点是：具有极高的功率密度和循环寿命，由于在能量储存和释放过程中不涉及到 或是极少涉及到化学变化，因此充放电过程中材料结构不发生变化，所以能量储存和释放 速度远超过化学电源。另外一个特点是具有较高的能量密度。在超级电容器中，通常用高 比表面积碳材料来获得高的比容量，例如一种碳材料其比表面积为1000m2／g，而比容量为 201aF／cm21121，则其双电层电容为200 F／g。理论上，如果这个电容量在3v工作，这个电 容器储能相当于250Wh／kg，能量密度远远超过传统电容器。但在实际情况下并不会获得如 此大的电容值，这种理论上的高值已使人们对高比表面积的碳材料产生了极大的兴趣。因 此，其比功率和比能量在传统电容和电池之间。 此外，超级电容器工作温度范围宽，这一特点为其在低温起动方面提供了巨大的开发 前景。由于反应过程中几乎没有化学反应，所以理论上电解质也不存在损失，使超级电容 器具有了免维护性。 典型的能量存储和转换装置的比能量、比功率等特性列于下图中，图1中指示的面积 是粗略的，但它形象化地说明了超级电容器能够引起人们如此注意的原因。超级电容器位 于化学电源(包括一次电池和二次电池)和传统电容器(比如电解电容或金属膜电容器) 之间。对于比能量和比功率，超级电容器覆盖了几个数量级。 图1各种能量存储和转换装置的示意图口1 Theschematicofdiversiform Fig．1 ener