鉅大LARGE | 點擊量：2515次 | 2021年07月17日
超級電容器在電動汽車中的使用
摘要：分解了超級電容器使用于電動汽車中的技術優(yōu)點，解析了國內外在超級電容器的研發(fā)、項目合作、超級電容電動汽車實際運營以及招商招標的活躍狀態(tài)，指出了目前超級電容器的技術不足和發(fā)展希望。
有統(tǒng)計顯示，城市污染氣體的排放中，汽車已占了70%以上，世界各國都在尋找汽車代用燃料。由于石油短缺日益嚴重，人們漸漸認識到開發(fā)新型汽車的緊要性，即要降低對石油的依靠，減少廢氣的排放，于是電動汽車近年來發(fā)展很快。超級電容器功率密度大，充放電時間短，大電流充放電特性好，壽命長，低溫特性優(yōu)于蓄電池，這些優(yōu)異的性能使它在電動汽車上有很好的使用前景。
1、技術優(yōu)點
超級電容作為電池的替代品，已經不斷使用于電動汽車中。圖1為混合動力型超級電容汽車的結構示意圖，圖中的超級電容器用于回收剎車時的再生能量，在啟動和爬坡時快速供應大功率電流。超級電容電動汽車一般指由超級電容器供應是重要能源的電動汽車。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在比能量和比功率兩個性能參數上超級電容器位于電池和傳統(tǒng)電容之間，循環(huán)壽命和充放電效率都遠遠高于電池。由于使用壽命長通常都超過了使用其設備的壽命，所以，超級電容器終身無需維護，加之使用完后，對環(huán)境要求寬松，無污染，因而又稱其為綠色能源。
較之化學電池，超級電容器車用貯電裝置是綠色能源，對環(huán)境沒有二次污染。循環(huán)使用壽命長（約10萬次），化學電池的循環(huán)使用壽命短（200～1000次），易損壞。充電速度快（0.3s～15min）；化學電池的充電時間長，一般要3～10h。充放電效率高（98％），化學電池的充放電效率低（70％）。功率密度高（1000～10000W/kg），化學電池功率密度低（300W/kg）。超級電容器徹底免維護，工作溫度范圍寬(–40～+70℃)。容量變化小，鉛酸蓄電池電動汽車在零下溫度使用時，續(xù)駛里程減少90％，而超級電容器只減少10％。超級電容器電動大客車剎車再生能量回收效率高，常規(guī)制動時回收高達70％，化學電池能量回收效率僅為5％。
相對成本低。超級電容器的價格比鉛酸蓄電池高一倍，但由于超級電容器的壽命比化學電池高100倍，所以超級電容器電動汽車的綜合運營成本大大低于化學電池。
2、研發(fā)與使用繼續(xù)活躍
研發(fā)活躍、已上擬上項目眾多是超級電容電動汽車范疇的現狀。
Tesla（特斯拉）潮正席卷全球，并被市場形象地稱之為“電動汽車中的蘋果。Tesla首席執(zhí)行官ElonMusk早在2011年就表示，傳統(tǒng)電動汽車的電池已經過時，將來以超級電容器為動力系統(tǒng)的新型汽車將取而代之。
近日，麥斯威爾科技有限公司(MaxwellTechnologies)宣布，將為全球最大獨立發(fā)動機制造商康明斯的供應商，CumminsCrosspoint公司的子公司CrosspointKinetics公司供應超級電容產品，用于小型混合動力卡車和巴士等的動力系統(tǒng)。這套采用了麥斯威爾超級電容的混合動力系統(tǒng)具有制動能量回收和扭矩輔助系統(tǒng)，能夠有效減少燃油消耗和廢氣排放。制動能量回收系統(tǒng)回收車輛在制動或慣性滑行中釋放出的多余能量，并通過混合動力系統(tǒng)的發(fā)電機將其轉化為電能，再儲存在超級電容中，用于之后的加速行駛。
哈爾濱工業(yè)大學電磁與電子技術研究所研究出用超級電容器做儲能器件的電動客車，這是一種只需充電15分鐘便能持續(xù)行駛25公里，而最高時速可達52公里的電動客車。據悉，由該所承擔的黑龍江省科技攻關重大項目——“以電容為能源的電動汽車等3個項目，已通過該省科技廳鑒定。該項研究在以電容為能源的電動汽車續(xù)駛里程、最高車速等方面達到了國際先進水平。這種超級電容電動客車的研制為國內首創(chuàng)，其性能指標達到了國際同類產品的先進水平。
上海奧威與揚州亞星的合作推動了超級電容客車在特定范疇的使用。奧威公司在2010年上海世博會上推出的超級電容車引起了多方關注，今朝該公司把超級電容這一專利授權給亞星使用，亞星客車基礎好，有先進的廠、國家的政策和地方政府的支持，在充足發(fā)揮優(yōu)點的情況下，有可能在短時期內將符合市場潮流的產品投入到市場中去，實現優(yōu)點的集成，完成轉型升級后的爆發(fā)上升。
超級電容純電動公交將在長沙投運。據該車的研發(fā)者解析，城市公交使用超級電容純電動客車，其經濟、社會效益顯著。比如一臺12米長的公交客車，按每天行駛240公里、一年運行330天計算，可節(jié)油22萬元，扣除電費5萬元，可節(jié)約燃料費用17萬元左右；同時減少尾氣排放19.2噸。假如在全國公交線路上推廣這種超級電容純電動汽車，一年可節(jié)省1200億元燃油，可減少尾氣排放1000萬噸。
超級電容器的招商招標工作更是此起彼伏。朝陽市遼遠新能源科技有限公司的超級電容器電動汽車加工項目招商，涉及征地51畝，投資1.2億元，總建設面積為31209平方米的標準化廠房、辦公樓、加工車間及研發(fā)中心；建設年產10萬臺超級電容器電動汽車加工線3條。已完成前期立項、環(huán)評、規(guī)劃、土地等手續(xù)，雖然前期定位為電動自行車，但長遠不排除向汽車擴張。北汽福田汽車股份有限公司電電混合（超級電容-鋰離子電池）電動公交研發(fā)設備招標招標文件發(fā)售于2013年十二月二十三日結束。
在高歌猛進中，也應看到超級電容器的先天缺陷，基于目前的技術水平，超級電容器的能量密度低，行駛里程短。實際案例中，所運行的路線全部為短線，全程在10公里以內。即便是短途，這類超級電容大巴
出發(fā)前先要把電洋溢，運行過程中每行駛三四個站就要停下來快速充電，補充能量。為配合超級電容大巴的運行，沿途要安裝充電設施，司機停車充電時非得準確把握大巴的停靠地點，以便順利對接充電設施。
即使是2013年新推出的可運營超級電容大巴，一次充電行駛里程也僅10～15公里日本研發(fā)了一種鋰離子超級電容器，與傳統(tǒng)超級電容器相比，其能量密度已經提高了4～5倍，不過也只達到30～40Wh/kg，遠低于鋰離子電池的能量密度。超級電容器目前的狀況一時還無法替代鋰離子電池，更別說獨自撐起電動汽車的主能源的這片天了，發(fā)展還任重而道遠。
3、結束語
鑒于超級電容器的緊要性，各工業(yè)發(fā)達國家都給予了高度重視，并成為各國重點的戰(zhàn)略研究和開發(fā)項目。
雖然超級電容汽車受制于成本和能量密度低的原由，產業(yè)化仍處起步階段，但在特殊范疇的沖破甚至普及還是完全可期的。
超級電容公交憑借節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點將重新為市場所認知，使用滲透率有望進一步提高。超級電容的用途很廣泛，在客車上的使用僅僅只是一部分。比如超級電容適合機場的擺渡車和公交車使用，關于處理園區(qū)最后一公里也很適用，包括使用于物流、城鄉(xiāng)接合部的交通等。隨著石墨烯等新材料新技術的使用，不排除超級電容器技術迎來革命性的沖破，從而帶動電動汽車的爆發(fā)式上升。
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