超級電容器在電動汽車領域的應用

文/周權

超級電容具有其獨特的優點，在和其他能量部件組成聯合體共同工作時, 其可以輔助實現能量回收利用、降低污染等作用, 大大提高電動汽車一次充電的續駛里程。因此, 超級電容作為儲能器件在電動汽車領域有著廣闊的應用前景, 將是未來電動汽車能源供給技術發展的重要方向之一。

1 超級電容器

超級電容器是一種能夠大容量存儲電能并且具有大功率放電特性的電容器，它的性能與作用明顯優于傳統電容器，并能夠與蓄電池相媲美。當然，作為一種新型的儲能器件，超級電容器也有缺點，單個超級電容器的電壓不能滿足一般的用電需求，因此現有技術是將大量的超級電容單體串并聯后做成超級電容器組使用，這樣不僅可以提高電壓等級，還能夠提升功率水平，極大地擴大了超級電容器組的電壓使用范圍。

2 超級電容器在電動汽車中的應用介紹

因為超級電容器相較于二次電池具有諸多優點，因此，越來越多的車輛制造企業將電動汽車的動力源研究目標轉向超級電容器，尤其是隨著超級電容器件自身的發展，采用數萬法拉級牽引型超級電容器作為電動汽車主動力源或輔助能源都具有良好的應用前景。

（1）考慮到超級電容能夠承受瞬間的大電流，當電源需要大電流快速充電或者大電流快速放電時，超級電容的這一特點具有極大的優勢，其能夠與動力二次電池一起作為電動汽車的動力源，為蓄電池進行分擔，降低電動汽車對蓄電池的要求，包括用超大容量電容器存儲制動時產生的再生能量，同時可以改善電動汽車的啟動加速和爬坡性能等。

（2）單體超級電容器集成的模塊組合具有相當大的電容量，其可以作為單一的能源，直接為電動汽車供給電能。

當然，目前超級電容器在電動汽車中的應用還存在一些不盡如人意的地方。超級電容器單體能夠存儲的能量有限，其通常以集成模組的形式在電動汽車中使用，這類模組的體積會較大，需要占據車輛一定的空間；其次，大量的超級電容單體集成為模塊后，容易產生單體器件電壓不均衡導致的發熱問題，模組規模越大，散熱問題越復雜。

3 現狀以及前景

由于中國的汽車產業起步較晚，上世紀當國外很多發達經濟體在探討如何采取節能減排措施以應對石油危機并提出發展新能源汽車的時候，我國的汽車產業還沒有開始發展，汽車對絕大部分國人來說遙不可及，所以在早期的相當長一段時間里，國外公司尤其是國際汽車巨頭并不重視中國的電動汽車市場；另一方面，國內汽車的產業界和政府層面對新能源汽車的發展路線的規劃與國外不太一致，以豐田、通用等為代表的國際汽車巨頭在過去的20年里花費了大量精力研發油電混合汽車，其對應用超級電容的純電動汽車投入的研究較少，而國內不論是產業界、學術界以及政府層面則將純電動汽車作為了主要發展方向，純電動汽車對超級電容的應用有著較大的需求，這樣就使得國內的新能源汽車發展路線與美、日等國的發展路線有些許差異，再加上國內對純電動汽車的產業扶持政策區別對待混合動力汽車，一段時期內導致國際汽車巨頭在國內市場上比較灰心，從而間接影響了他們在中國市場的技術投入。

基于研究熱點方向，結合目前全球范圍內各主要最新技術情況，可以分析出目前的發展趨勢。

3.1 能量管理系統模塊化和芯片化

美國的MAXWELL公司作為全球老牌的超級電容器生產廠家，其近幾年在車用超級電容器模組的大型化上投入了相當多的研發精力，而能量管理技術作為超級電容模組容量大型化的關鍵技術得到了重點關注，MAXWELL的超級電容能量管理技術以電壓控制技術為主，可以看出該公司比較重視能量管理中的響應速度；與此同時，MAXWELL公司還不斷與美國德州儀器公司展開合作，并正在進行相應的超級電容器模組能量管理芯片的實驗工作，其在能量管理技術的模塊化和芯片化上已經邁出了新步伐。當然，芯片化的另一大優點是，其有助于實現控制系統體積的小型化，并進一步優化控制電路散熱問題。

3.2 監測技術的智能化

為了實現對超級電容模組能量管理的快速精確響應，以及工作的可靠穩定性，需要使用更為優異的監測技術。上海三玖電氣技術有限公司和遼寧錦州超級電容器有限公司為代表的企業也在超級電容能量管理技術的監測智能化上開展了相應的研究工作，包括采用最新的精密傳感器技術和數據傳輸、處理技術，但是技術方案的改進完善以及大規模產業應用還需要繼續努力。智能化有助于優化超級電容模組能量管理系統的響應速度、降低故障率，并提高電動汽車的超級電容充放電速度和能量供給效率，有效維護器件的性能和延長使用壽命。

對超級電容器模組進行能量的快速、準確控制是未來的研究目標，而能量管理系統的芯片化和監測技術的智能化則是以后的發展趨勢，需要重點關注電動汽車超級電容的能量管理技術，并把控制系統的芯片化和模塊化以及控制過程的智能化作為重點研究方向。

4 結束語

目前，電動汽車受困于蓄電池續航能力短、充電不便、安全性不高以及壽命不長等難題，如果超級電容能夠抓住歷史機遇，從器件的性能到電路設計到能量控制均做到較高的水平，那么在未來的電動汽車發展過程中，其必將占據重要地位。