超級電容器儲能在電動汽車中的應用研究

陳常曦，肖 克，單棟梁，袁順剛

（1.許繼電源有限公司，許昌 461000；2.國網株洲供電公司，株洲 412000）

隨著電動汽車的發展，比較單一的電池很難滿足使用需要，因此，除了蓄電池之外，我們又進一步研發了超級電容來進行電能的供給。電動汽車在運行的過程中，還會遇到剎車制動的狀況，這個過程會消耗較多的能量，從而導致電動汽車的電量不足的情況。基于此，我們就可以用到超級電容系統，對能量進行回收，從而提高電動汽車整體運行效率和使用時間。在主電路的選擇上，我們可以使用兩相交叉并聯雙向DC/DC變換器，可以提高整個系統的穩定性和效率。

1 超級電容器特性

1.1 工作原理

超級電容器就是通過電解液和電極兩者之間的界面雙層電層來儲備能量，其中，如果在超級電容器的兩端分別施加電壓時，正極板上會充滿正電荷，相反，負極板上會充滿負電荷。基于這種特點，兩級板上會有電場，這種電場是由于兩極板所帶電荷不同而產生的，隔膜兩側的電解液也會由于兩側電極板的不同而導致其電荷符號相反。基于此可以推斷出可以通過平衡點解液的方式在電荷內產生電場。根據超級電容器的結構特點可知，在超級電容器中，兩個極板之間存在著很小的縫隙，由電容量的推導公式可以得出其電容量在一般情況下比較大，其功率的密度可很高。由于超級電容器中的電解液經常處于靜置的狀態下，所以電解液會出現一定的氧化還原反應，使得兩個電極的電勢會受到影響，小于氧化還原電極上的電勢。一般情況下，在端電壓不大于3V的情況下，超級電容器可以穩定工作。

1.2 等效模型

超級電容器的自身結構也影響其性能，其不同的結構也會導致其有不同的的等效模型，其中結構一般包括等效并聯電阻、等效串聯電阻、等效電容量。一般其等效并聯電阻的阻值都很小，只有幾個毫歐，基于超級電容器的放點性能可以看出，其等效串聯電阻很大，可以達到幾萬歐姆，基于這種特點，超級電容器的漏電流非常小，所以在正常的運行過程，一般會忽略等效并聯電阻所帶的影響。

1.3 儲能優勢

超級電容器和普通的儲能器件相比較有很突出的優勢。

（1）其功率密度較高，可以在短時間內輸出很高的電流，以便滿足正常運行的需求。

（2）其充電的速度也相對較快，是一種可以循環的物理過程，整體結構采用大電流充放電，可以在短時間內迅速完成。

（3）使用壽命相對較長，在實際的應用在可以有將近10萬次以上的使用次數。

（4）充放電的效率高，由于等效串聯電阻內阻很小，幾乎可以忽略不計，所以其內阻的消耗非常小，基于這種特點，大電流的循環效率一般情況下可以大于百分之九十。

（5）適用溫度范圍比較廣，基于超級電容器特殊的結構，其工作的溫度一般都在-40℃到80℃。

（6）無污染，可靠性高，超級電容器在充放電等使用的過程中，沒有過多的化學方音，其化學反應也不回造成污染物的排放，與普通的化學電池相比，具有比較長的保養周期和穩定性。

（7）充放電電流大，超級電容器的電阻值相對較高，就使得其在大電流的場合中能夠得到很好的應用。

2 超級電容器儲能在電動汽車中的應用

2.1 系統整體結構

汽車在啟動的一瞬間需要很大的電量，超級電容器相對于普通的電源來說具有較好的短時間電能沖擊量，而且使用壽命也相對較長。超級電容器一般作為主電源，蓄電池為輔助電源，二者相互協調為電動汽車提供源源不斷的電量。當汽車進行剎車制動時，這個過程中所產生的多余的能量會反饋并且再次存儲在在超級電容器中，這種循環結構可以很好的解決能量消耗的問題。

2.2 儲能主電路

超級電容器是多個并聯的變換器組成的一種電路結構，比傳統的單個變換器的效率更高輸出也很穩定，范圍也比較大，穩定的波動也比較小，能夠有效的提高電路的整體效率。

3 結束語

根據本文的論述可以得出我國的超級電容器想要發展還需要從技術層面上提高，需要我國的相關研究機構不斷提高科學技術的研究。