超级电容器储能在电动汽车中的应用研究

陈常曦，肖 克，单栋梁，袁顺刚

（1.许继电源有限公司，许昌 461000；2.国网株洲供电公司，株洲 412000）

随着电动汽车的发展，比较单一的电池很难满足使用需要，因此，除了蓄电池之外，我们又进一步研发了超级电容来进行电能的供给。电动汽车在运行的过程中，还会遇到刹车制动的状况，这个过程会消耗较多的能量，从而导致电动汽车的电量不足的情况。基于此，我们就可以用到超级电容系统，对能量进行回收，从而提高电动汽车整体运行效率和使用时间。在主电路的选择上，我们可以使用两相交叉并联双向DC/DC变换器，可以提高整个系统的稳定性和效率。

1 超级电容器特性

1.1 工作原理

超级电容器就是通过电解液和电极两者之间的界面双层电层来储备能量，其中，如果在超级电容器的两端分别施加电压时，正极板上会充满正电荷，相反，负极板上会充满负电荷。基于这种特点，两级板上会有电场，这种电场是由于两极板所带电荷不同而产生的，隔膜两侧的电解液也会由于两侧电极板的不同而导致其电荷符号相反。基于此可以推断出可以通过平衡点解液的方式在电荷内产生电场。根据超级电容器的结构特点可知，在超级电容器中，两个极板之间存在着很小的缝隙，由电容量的推导公式可以得出其电容量在一般情况下比较大，其功率的密度可很高。由于超级电容器中的电解液经常处于静置的状态下，所以电解液会出现一定的氧化还原反应，使得两个电极的电势会受到影响，小于氧化还原电极上的电势。一般情况下，在端电压不大于3V的情况下，超级电容器可以稳定工作。

1.2 等效模型

超级电容器的自身结构也影响其性能，其不同的结构也会导致其有不同的的等效模型，其中结构一般包括等效并联电阻、等效串联电阻、等效电容量。一般其等效并联电阻的阻值都很小，只有几个毫欧，基于超级电容器的放点性能可以看出，其等效串联电阻很大，可以达到几万欧姆，基于这种特点，超级电容器的漏电流非常小，所以在正常的运行过程，一般会忽略等效并联电阻所带的影响。

1.3 储能优势

超级电容器和普通的储能器件相比较有很突出的优势。

（1）其功率密度较高，可以在短时间内输出很高的电流，以便满足正常运行的需求。

（2）其充电的速度也相对较快，是一种可以循环的物理过程，整体结构采用大电流充放电，可以在短时间内迅速完成。

（3）使用寿命相对较长，在实际的应用在可以有将近10万次以上的使用次数。

（4）充放电的效率高，由于等效串联电阻内阻很小，几乎可以忽略不计，所以其内阻的消耗非常小，基于这种特点，大电流的循环效率一般情况下可以大于百分之九十。

（5）适用温度范围比较广，基于超级电容器特殊的结构，其工作的温度一般都在-40℃到80℃。

（6）无污染，可靠性高，超级电容器在充放电等使用的过程中，没有过多的化学方音，其化学反应也不回造成污染物的排放，与普通的化学电池相比，具有比较长的保养周期和稳定性。

（7）充放电电流大，超级电容器的电阻值相对较高，就使得其在大电流的场合中能够得到很好的应用。

2 超级电容器储能在电动汽车中的应用

2.1 系统整体结构

汽车在启动的一瞬间需要很大的电量，超级电容器相对于普通的电源来说具有较好的短时间电能冲击量，而且使用寿命也相对较长。超级电容器一般作为主电源，蓄电池为辅助电源，二者相互协调为电动汽车提供源源不断的电量。当汽车进行刹车制动时，这个过程中所产生的多余的能量会反馈并且再次存储在在超级电容器中，这种循环结构可以很好的解决能量消耗的问题。

2.2 储能主电路

超级电容器是多个并联的变换器组成的一种电路结构，比传统的单个变换器的效率更高输出也很稳定，范围也比较大，稳定的波动也比较小，能够有效的提高电路的整体效率。

3 结束语

根据本文的论述可以得出我国的超级电容器想要发展还需要从技术层面上提高，需要我国的相关研究机构不断提高科学技术的研究。