摘要：超级电容电动汽车以其卓越的性能、低成本和零排放，确立了交通电动汽车的全新设计理念。回顾了超级电容器的基本原理和特点，介绍了超级电容器在纯电动汽车和混合动力汽车中的应用和发展。关键词：超级电容器；纯电动汽车；混合动力汽车；应用 现在，汽车已占城市污染气体排放量的 % 以上，世界各国都在寻找汽车的替代燃料。由于石油日益短缺，人们逐渐意识到开发新型汽车的重要性，即在尽量减少废气排放的同时使用石油和其他能源。超级电容器具有功率密度高、充放电时间短、大电流充放电特性好、寿命长、低温特性优于电池等优点。这些优异的性能使其在电动汽车中具有良好的应用前景。市区行驶的公交车，行驶路线在20公里以内，以超级电容为唯一能源的电动汽车一次充电可行驶20多公里。它将在城市公交车上具有广阔的应用前景。电动汽车属于三种新能源汽车，包括纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车和燃料电池电动汽车（cle、FCEV）。它融合了光学、机械、电学、化学等领域的最新技术，是汽车、电力牵引、电力电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源等工程技术最新成果的集合体和新材料。产品。电动汽车与传统汽车在外观上没有区别，主要区别在于动力驱动系统。

电动汽车使用电池组作为储能电源，为电机驱动系统提供电能，驱动电机，推动车轮前进。电动汽车的爬坡度和速度虽然不如传统汽车，但在行驶过程中不排放污染，热辐射低，噪音低，不消耗汽油，结构简单，使用方便，维持。 “明日之星”受到世界各国的青睐。 1 超级电容器简介 超级电容器又称电化学电容器，是20世纪末出现的一种新产品，电容量高达法拉级。从所使用的电极材料来看，目前主要有三大类：高比表面积碳材料超级电容器、金属氧化物超级电容器、导电高分子超级电容器。1.1基本原理电化学电容器可分为双电层电容器（ EDLC) 和赝电容器 (EDLC) 根据其储存电能的机制不同。碳基超级电容器的储能机制主要依靠碳表面附近形成的双电层，因此通常称为双电层电容；金属氧化物和导电聚合物主要依靠氧化还原反应产生的赝电容。双电层电容器是利用电极与电解质之间形成的界面双电层来储存能量的一种新型电子元件。当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力或原子间力的作用，在固液界面出现两层符号相反的电荷，称为界面双电层。双电层电容的大小与电极电位和表面积的大小有关。

双电层电容器电极通常由具有高比表面积的多碳材料组成。碳材料具有优良的导热性和导电性，密度低，耐化学腐蚀性好，热膨胀系数小。赝电容是电活性材料在电极表面或体相二维或准二维空间的欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/解吸或氧化/还原反应，产生电容与电极充电电位有关。 由于赝电容不仅发生在表面，还可以深入到内部，因此可以获得比双电层电容器更高的电容和能量密度。在相同的电极面积下，赝电容可以是双电层电容的10～100倍。目前，赝电容电极材料主要是一些金属氧化物和导电聚合物。 1.2与传统电容器和电池的区别电化学电容器和电池的工作机制在原理上是不同的。对于双电层超级电容器，电荷存储是非法拉第过程，即理想情况下不会发生跨电极界面的电子迁移，电荷和能量的存储是静电的。对于电池，基本上会发生法拉第过程，即发生跨双层的电子传输，导致氧化态的变化和电活性材料的化学性质的变化。一般来说，电荷存储过程有以下重要区别： 对于法拉第过程，电荷的积累是通过静电方式完成的，正电荷和负电荷驻留在两个独立的界面上。中间是真空或分子绝缘体，如双层、电解电容器中的云母膜、空气层或氧化膜。

对于法拉第过程，电荷的存储是通过电子迁移完成的，电活性材料发生化学变化或氧化态变化，符合法拉第定律，在一定情况下与电极电位有关，产生准电容。这种能量存储是间接的。在比能量和比功率方面，超级电容器位于电池和传统电容器之间，其循环寿命和充放电效率远高于电池。由于超长的使用寿命通常超过使用它的设备的使用寿命，因此超级电容器不需要终身维护。此外，使用后环保要求宽松，无污染，因此也被称为绿色能源。 超级电容器用于车载蓄电装置的优点超级电容器是绿色能源，不污染环境。化学电池两次污染环境。循环寿命长（约10万次）；化学电池循环寿命短（20o~1000次），易损坏。充电速度快（0.3s～15min）；化学电池的充电时间长，一般3～10h……'充放电效率高（98%）；化学电池的充放电效率低（70%）。高功率密度（1000～/Kg）；化学电池低功率密度（300W/Kg）。 超级电容器完全免维护，工作温度范围宽（40~+70~C），容量变化小；铅酸电池电动汽车在 1°C 时可减少 90% 的续驶里程，而超级电容器仅减少 10%。超级电容电动客车制动再生能量回收效率高，常规制动时可达70%，而化学电池系统能量回收效率仅为5%。

相对成本低。超级电容器的价格是铅酸电池的两倍，但由于超级电容器的寿命比化学电池长约100倍，因此超级电容器电动汽车的综合运营成本远低于化学电池。 2、超级电容器在电动汽车中的应用 每年通过公共交通系统在固定线路上调度的运输车辆数量约为5000亿次，最常用的交通工具仍然是公共交通车辆。 2000年销量为18万-3万台，未来五年年销量将达到22万台。美国达到 4.00,000。预计到2010年，公共交通车辆保有量将达到65万辆。如果这么多车辆不改装，仍然使用柴油或汽油，所需的燃料量将成为沉重的负担，由此造成的空气污染也很明显。预计未来十年燃​​料电池将无法实现规模化生产。除了燃料电池价格昂贵外，我国已经在使用或将要推广的车用乙醇汽油和天然气车项目也摆脱不了成本高的困扰：因为燃料乙醇的生产成本高于汽油价格，国家有关部门正在制定补贴房寨，使车用乙醇汽油价格与同等级汽油价格持平；经调研，天然气发动机价格比同排量柴油机价格翻倍，在国内率先批量装备天然气发动机的北京公交公司相关人士坦言，目前，天然气汽车主要满足长安街一线的运营需求。超级电容器正好解决了这个问题。超级电容器容量足够大，成本低，对环境无污染。

大功率超级电容器对于电动汽车的启动、加速和上坡行驶极为重要：在汽车启动和爬坡时快速提供大功率电流；在汽车正常行驶时由电池快速充电；刹车时，将发电机产生的大电流快速储存起来电动车加电容能跑远吗，可以减少电动汽车对电池大电流充电的限制，大大延长电池的使用寿命，提高电动汽车的实用性鉴于电化学超级电容器的重要性，各工业化国家对其高度重视，已成为各国重点战略研发项目。 2.1 超级电容器在纯电动汽车上的应用和发展对车辆动力性能的影响主要在于对续驶里程的影响。超级电容器的容量、能量密度、放电深度、功率密度等性能参数会影响汽车的能耗和续驶里程。哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所研制出一种使用超级电容器作为储能器件的电动公交车。据悉，研究所承担的省“十五”重大科技项目——“以电容器为能源的电动汽车”等3个项目已通过省科技厅鉴定。该研究在以电容器为能源的电动汽车的续驶里程和最高时速方面达到了国际先进水平。该款超级电容电动客车开发在国内属首创，性能指标达到世界同类产品先进水平。该项目在整车控制技术、电驱动技术、电容管理与平衡技术等方面取得了突破和创新。

据了解，在全球范围内，低污染、节能的电动汽车备受关注。在电动汽车的零部件中，超级电容器以其使用寿命长、安全性强等优点成为电动汽车发展的重要方向之一。这种以电容器为能源的电动乘用车无污染、零排放、低温特性好。适用于北方城市的公共交通，具有良好的市场前景和社会效益。超级电容器在电动公交车上的应用已经是一个热门话题。由于公交线路站点是固定的，超级电容的充电时间很短，可以在一分钟内完成，所以可以在公交车进站的时候充电，既不会影响乘客的出行时间，也不会影响乘客的出行时间。和现在的有轨电车一样，车顶必须有两条“辫子”，这样也节省了设置有轨电车轨道的成本，看起来更漂亮。超级电容器的缺点是能量密度小，充电一次只能运行，但充电速度快，充电后还能继续运行。与铅酸电池相比，这要好得多。一个铅酸电池充电需要5-8个小时，所以在线路上合适的地方建一个超级电容电动公交车充电站，投资建设这样的充电站就足够了。加油站的造价远低于建加油站，比建加油站或同等规模的铅酸蓄电池充电站更省钱。 2.2在混合动力汽车上的应用纯电动汽车虽然具有上述优势，但由于电池容量的限制，车辆的续驶里程、爬坡和加速性能不如普通汽车。

虽然人们在电池的研发上付出了很多努力，但很难像普通汽车一样在加满油后达到400-500公里的续航里程[91.要充分满足用户的需求，目前仅靠现有的蓄电装置的性能是难以实现的，因此出现了混合动力汽车。 “I”混合动力汽车是专门为城市公共交通设计开发的，既能用电又能用油，是短期内最现实的电动汽车产业化产品。与同类型的传统车辆相比，该车可以减少尾气排放。50% 70%，降低油耗30%以上，能满足日益严格的环保要求，既具备电动汽车节能低排放的特点，又具备燃油汽车的便捷性能。主要分为串联式（SHEV）和并联式（PHEV）两种，在串联式混合动力系统中，发电机由发动机驱动，电动机驱动车轮，即全部散发的动能由发动机必须首先将其转化为电能，并利用这种电能来驱动车辆。并联式混合动力系统是利用一个发动机和一个电动机来驱动wh鳗鱼，根据情况使用两种电源。因为电源是并联的，所以称为并联混合系统。电源系统。此外，还有一种混合型，也称为串并联型，可以最大限度地发挥串并联型的优点。就目前生产的混合动力电动汽车而言，其动力系统是以燃料为主要动力的发动机，其动力储能系统通常是二次电源。但目前使用的二次电源存在很多不足之处需要大幅度改进，而这些问题可以通过超级电容来解决。在内燃机车电启动系统中采用超大容量电容辅助启动装置，优势突出，表现在： 1.由于启动功率的增加，柴油机的启动时间发电机组缩短。

柴油发动机增加的旋转加速度提高了燃料点火质量。 2.启动时降低电池组的最大电流负载，有助于延长电池的使用寿命。 3.确保启动的可靠性，特别是在低温和电池组耗尽或参数劣化时。 4.在目前的电池技术状态下，可以有效降低电池的容量。但超级电容器由于能量密度低，不能完全替代电池。超级电容电芯的工作电压较低，因此串联多个电容电芯可以获得更高的工作电压。容量将再次翻倍。该领域的许多工艺仍在开发中。超级电容器的特性正好满足混合动力汽车的特殊要求。利用超级电容器的瞬时大功率特性，避免了发动机频繁启动的特殊要求和电池提供的瞬时大功率。同时可回收利用制动能量，节能减排，减少污染，特别适合频繁的城市驾驶。的混合动力电动汽车。在制动能量回收方面，汽车行驶过程中至少有30%的能量消耗在散热和制动上，尤其是在城市驾驶中，经常遇到红灯，不仅造成能源浪费，而且增加了环境污染。污染 。如果刹车所消耗的能量可以回收用于启动和加速汽车，可以说是一石二鸟。因为电池充电是通过化学反应完成的，耗时较长电动车加电容能跑远吗，但制动时间较短，因此能量回收效果不佳。

目前在研的飞轮电池由于精度要求高、制造难度大，短时间内难以进入实用化阶段。超级电容器的独特特性非常适合制动过程中的能量回收，成本低廉，应用前景广阔。在为发动机冷启动提供瞬时大功率方面，发动机的冷启动对电池提出了特殊的要求。电池必须在发动机启动前提供瞬时高功率。但一般电池不具备此特性，除非使用启动点火式电池，但启动点火式电池不适合长期小电流工作环境，且在低温下经常失效，因此不适合。研究发现，如果在发动机启动系统中将超级电容和电池结合起来，利用超级电容的独特特性组成一个新的启动系统，这个问题就可以轻松解决。作为一种新型储能元件，超级电容器的出现填补了传统静电电容器与化学电源的空白。凭借低成本、高性能的优势，加上对环境无污染，越来越受到人们的重视。随着对电动汽车研究的深入，超级电容器在该领域的优势越来越明显。超级电容器的高性能决定了其广阔的市场前景，低成本决定了其显着的经济效益。超级电容器虽然存在比容量低的缺陷，但相信通过改进，必将推动汽车行业发生质的飞跃。 3 结束语 对于我国资源量较大的薄煤层的开采，目前的采煤机械和开采技术也比较成熟。选用时应根据当地煤层的产状情况，因地制宜选择合适的煤矿开采方式。以充分发挥其巨大的投资效益和功能。

参考文献： [1] 崔淑梅，张帆，宋立伟，等。超级电容电动汽车动力性能研究。微电机, 2005, 38(4]: 37-40.[2] Yee. 电动车展主打“新能源”品牌(N). 中国贸易报, 2007—8—7.[ 3] 张志安, 邓美根, 杨邦超, 等. 双电层电容器电极材料的最新研究进展(J). 电子元件与材料, 2003, 22 (11）@ >: 1-5.[4] 熊琦,唐东汉.混合动力汽车超级电容器研究进展(J).中山大学学报,2003,42(6）:130—133.

点击下载：超级电容器在电动汽车中的应用