超級電容技術(shù)原理及在電動車上的應(yīng)用

分類：技術(shù)教程日期：2009-06-03 17:06:51 來源：中國傳動網(wǎng)

1.引言

　　超級電容器也屬于雙電層電容器，它是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。傳統(tǒng)物理電容中儲存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離，兩塊極板之間為真空（相對介電常數(shù)為1）或一層介電物質(zhì)（相對介電常數(shù)為ε）所隔離，電容值為：

　C = ε?A / 3.6 πd ?10-6 （μF）

　其中A為極板面積，d為介質(zhì)厚度

　所儲存的能量為：

　E = 1/2 C （ΔV）2

　其中C為電容值，ΔV為極板間的電壓降?？梢?，若想獲得較大的電容量、儲存更多的能量，必須增大面積A或減少介質(zhì)厚度d。

　雙電層電容器中，采用活性炭材料制作成多孔電極，同時在相對的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時，相對的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子，而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場作用分別聚集到與正負(fù)極板相對的界面上，從而形成兩個集電層，相當(dāng)于兩個電容器串聯(lián)，如圖所示：

　由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面積（即獲得了極大的電極面積A），而且電解液與多孔電極間的界面距離不到1nm（即獲得了極小的介質(zhì)厚度d），根據(jù)前面的計算公式可以看出，這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲能成為可能。

2.產(chǎn)品分類：

　　超級電容器完全不同于傳統(tǒng)的電解電容器，由于特殊的原材料、特殊的制作方法，其單體容量能夠超過傳統(tǒng)電容器的1000倍以上，在0.6升的體積內(nèi)就能夠達(dá)到10000F以上的容量，兼具電池與電容的雙重特性，成為一種性能極佳的動力電源。超級電容器滿足了市場對高頻率、大強(qiáng)度、高循環(huán)次數(shù)、并符合環(huán)保政策的動力電源的需求，在機(jī)械、電子、汽車、太陽能等領(lǐng)域有著極好的發(fā)展前景。

　　根據(jù)使用目的不同，超級電容器可以分為以下兩類：

　?。?）啟動型超級電容器：即輕型的超級電容器，可以輸出幾秒到幾十秒的瞬間大電流，承擔(dān)設(shè)備啟動所需要的大功率電能，常用于各類電動汽車和重型機(jī)械設(shè)備中，單體容量50F以上，50000F以下，可幾個到幾百個串聯(lián)使用，組件電壓從12VDC直到700VDC以上；

　?。?）牽引型超級電容器：即重型的超級電容器，可以連續(xù)幾分鐘到幾十分鐘輸出較高強(qiáng)度的電流，在許多場合可以替代傳統(tǒng)的蓄電池承擔(dān)設(shè)備驅(qū)動所需的電能供應(yīng)工作，常用于各類電動汽車、機(jī)械設(shè)備、太陽能系統(tǒng)和電子電器中，單體容量最高可達(dá)到100000F以上，可以幾個到幾百個串并聯(lián)使用，組件電壓從12VDC直到800VDC以上；

3. 產(chǎn)品特性：
　　
　　產(chǎn)品的技術(shù)特性

　　（1）充電速度快，充電10秒～10分鐘可達(dá)到其額定容量的95％以上；

　?。?）循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1～50萬次；

　?。?）能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%；

　　（4）功率密度高，可達(dá)300W/KG～5000W/KG，相當(dāng)于電池的5～10倍；

　　（5）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；

　?。?）安全系數(shù)高，長期使用免維護(hù)；

　?。?）超低溫特性好，可工作于攝氏零下30℃的環(huán)境中；

　?。?）檢測方便，剩余電量可直接讀出。

4.產(chǎn)品應(yīng)用：

　?。?）作為固定線路電動汽車的主電源，提供短途行駛所需要的能量；

　?。?）作為燃料電池電動車的輔助動力電源，與燃料電池主電源形成混合動力，提供瞬間大功率（啟動、爬坡、加速時）并回收剎車能量，起到重要的功率平衡作用；