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超级电容器应用于汽车的优势及前景

超级电容器应用于汽车的优势及前景

点击数:7815 次   录入时间:03-04 11:54:41   整理:http://www.55dianzi.com   变频器基础

  典型的传统电容器的直径约为1英寸(25.4mm),高为3英寸(76.2mm),其金属平板的有效面积为10平方米。而对于同样大小的超级电容器来说,他们的金属平板有效面积可以达到1万平方米。不仅如此,超级电容器平板之间的距离减小到了纳米级,进一步提高了电容器的有效电容量。

  第一代超级电容器的电容量在1法拉到100法拉之间,由于造价太高,没有在汽车上得到普遍的应用。现在,第二代超级电容器己经投入市场,电容量在1000法拉到5000法拉之间。由于超级电容器金属平板之间的距离很小,每一个电容器允许施加的最大电压只有2.5V.如果要在汽车上使用,可以将多个超级电容器串联使用,以满足汽车电压的要求。串联电容器两端的电压等于各电容器两端电压之和,串联电容器电容量的倒数等于各电容器电容量倒数之和。

  由于超级电容器的电容量非常大,它的使用与普通的电子电容器也有很大的不同。普通电容器在电路中所起的作用是阻止直流电而允许交流电通过而超级电容器可以与能源装置如蓄电池配合使用,来储存能量。超级电容器不会取代汽车上的蓄电池作为主要能源装置,但是它可以补偿蓄电池在一些应用场合的不足,作为辅助的能源装置。

  在发动机启动之前,汽车设备需要的电能都是由蓄电池来提供的。现在汽车上的蓄电池一般都是铅酸蓄电池,其电能是通过内部的铅与硫酸电解液发生化学反应而获得的,这个过程需要很长时间。也就是说,无论是给蓄电池充电,还是蓄电池向外放电,都需要很长时间。

  对于电动马达来说,这样长的时间是非常不好的。举例来说,启动机在启动发动机时,需要的初始脉冲电流为600A.一旦发动机从最初的静摩擦状态变到滑动摩擦状态,启动机在剩下的启动过程中需要的电流就下降到100A左右。虽然蓄电池在设计上满足了初始脉冲电流的要求,但是这么高的电流脉冲对蓄电池的使用寿命还是有很大影响的。

  电容器的能量储存在金属平板以及平板之间的电介质上。当电容器放电时,不需要发生任何化学反应,因此可以很快地向外提供电能。传统的铅酸蓄电池在寒冷的天气下使用时,其性能会受到很大的影响,因为温度每下降10*C,蓄电池内部化学反应所需要的时间就要加倍。

  超级电容器基本上不受温度的影响,在-40C的温度下,其性能没有多少变化。

  超级电容器的性能不受环境温度影响的特性对于发动机的启动来说很重要,德国一所大学所做的一项研宄己经证明了这一点。德国的这些研宄人员首先测量了一辆宝马车上启动机的性能。他们发现,该宝马车的启动机需要900A的初始脉冲电流,才能达到发动机脱离扭矩发动机运转后,启动机需要84A的持续电流。他们的测量结果表明,温度为rc时,启动过程需要的时间为25s.为了能够提供启动过程中所需要的能量,传统蓄电池的实际容量至少需要达到50Ah.然后,他们在一个额定容量为7Ah的蓄电池两旁并联一个电容量为1400法拉的超级电容器,发现可以将启动过程中两种不同的电流需求分别开来。使用摩托车上那样大小的蓄电池,同时并联一个超级电容器,在室温下可以启动发动机10次以上,而不需要给蓄电池充电。

  传统的汽车用蓄电池重量为16kg而超级电容器和小型蓄电池合起来的重量还不到5kg.由此我们可以看出,超级电容器技术能够给柴油发动机汽车带来怎样的好处,那就是使发动机更容易启动。在寒冷的冬季,柴油发动机启动困难的问题总是与三个方面有关燃油凝滞、燃油控制以及由于燃油压缩带来的启动机运转需要的较大电流。现在,前两个问题己经基本上得到了解决。目前市场上冬季用混合燃油己经具有很好的抗凝滞性同时,发动机电控系统也己经极大地提高了燃油喷射和燃油控制的精确性。

  燃油凝滞和燃油控制的问题解决之后,剩下的就是需要寻找一种更好的方式,为启动机提供需要的电能。在蓄电池两端并联超级电容器,可以使启动机的启动扭矩提高50%,而且启动转速也比以前有所增加。这正是在寒冷天气下启动柴油机所需要的。

  铅酸蓄电池的性能会随使用时间的增加而有所下降,超级电容器则没有这种情况。他们的使用寿命可以与汽车的使用寿命一样长。

  在启动过程中,启动机的峰值启动电流负载由超级电容器来承受,这实际上也提高了蓄电池的使用寿命。而且,与传统蓄电池不同,超级电容器不含有害金属(如铅)。

  器技术还具有很多其他的优势。超级电容器不仅能够快速释放其储存的能量,同时它也可以快速接受外界输送来的能量。在所有关于电动车辆和混合电动车辆的讨论中,有很多都是关于制动过程中能量的回收问题的。有人这样设想过在汽车制动过程中,它原来的惯性能量相当于一个发电机,可以考虑采用某种方式将该能量传回蓄电池。问题在于,蓄电池的充电速度不能太快,导致这种能量回收的效率不是很高。超级电容器在混合动力车辆中的应用非常广泛,就是因为它们的充电速度很快,可以获得更多的回收能量。由于重型车辆,如公共汽车或卡车的惯性很大,它们可以成为研宄制动能量回收问题很好的试验车,只要能量能够有效地回收然后重新利用。

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