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超级电容启动电源模组在电动车上的应用

超级电容启动电源模组在电动车上的应用
超级电容启动电源模组在电动车上的应用

超级电容启动电源模组在电动车上的应用

摘要:超级电容器电动车以其优异的性能、低成本以及零排放建立了全新的交通运输电动车的设计思

想。综述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车与混合动力车上的应用及发展。

关键词:超级电容器; 纯电动车; 混合动力车; 应用

现在,城市污染气体的排放中,汽车已占了50%以上,世界各国都在寻找汽车代用燃料。由于石油短缺日益严重人们都渐渐认识到开发新型汽车的重要性,即在使用石油和其它能源的同时尽量降低废气的排放。

超级电容器功率密度大,充放电时间短,大电流充放电特性好,寿命长,低温特性优于蓄电池,这些优异的性能使它在电动车上有很好的应用前景。在城市市区运行的公交车,其运行线路在20 公里以内,以超级电容为唯一能源的电动汽车,一次充电续驶里程可达20 公里以上,在城市公交车将会有广阔的应用前景[1]。

电动汽车属于新能源汽车,包括纯电动汽车( Battery Electric Vehicle,BEV) 、混合动力电动汽车( Hybrid Electric Vehicle,HEV) 和燃料电池电动汽车( Fuel Cell Electric Vehicle,FCEV) 三种类型。它集光、机、电、化各学科领域中的最新技术于一体,是汽车、电力拖动、功率电子、智能控制、化学电源、计算机、新能源和新材料等工程技术中最新成果的集成产物。电动汽车与传统汽车在外形上没有什么区别,它们之间的主要区别在于动力驱动系统。

电动汽车采用蓄电池组作储能动力源,给电机驱动系统提供电能,驱动电动机,推动车轮前进。虽然电动汽车的爬坡度、时速不及传统汽车,但在行驶过程中不排放污染,热辐射低,噪音小,不消耗汽油,

结构简单,使用维修方便,是一种新型交通工具,被誉为“明日之星”,受到世界各国的青睐[2]。

1 超级电容器简介

超级电容器又称为电化学电容器,是20 世纪70 年代末出现的一种新产品,电容量高达法拉级。以使用的电极材料来看,目前主要有3 种类型: 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

聚合物超级电容器。

1.1 基本原理[3]

根据电化学电容器储存电能的机理的不同,可以将它分为双电层电容器( Electric double layer capacitor,EDLC) 和赝电容器( Pesudocapacitor) 。碳基材料超级电容器能量储存的机理主要是靠碳表面附近形成的双电层,因此通常称为双电层电容; 而金属氧化物和导电聚合物主要靠氧化还原反应产生的赝电容。

双电层电容器的基本原理是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量的一种新型电子元件。当电极和电解液接触时,由于库仑力、分子间力或者原子间力的作用,使固液界面出现稳定的、符号相反的两层电荷,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孔碳材料组成。碳材料具有优良的导热和导电性能,其密度低,抗化学腐蚀性能好,热膨胀系数小,可以通过不同方法制得粉末、颗粒、块状、纤维、布、毡等多种形态。

赝电容是在电极表面或者体相的二维或准二维空间上,电活性物资进行欠电位沉积,发生高度可逆的

化学吸附/ 脱附或氧化/ 还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。由于赝电容不仅发生在表面,而且可以深入内部,因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。相同电极面积下,赝电容可以是双电

层电容量的10~100 倍。目前赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。

1.2 与传统电容器、电池的区别[4~6]

电化学电容器和电池的运行机理从原理上就不同。对于双电层型超级电容器,电荷存储是非法拉第过程,即理想的没有发生通过电极界面的电子迁移,电荷和能量的存储是静电性的。而对电池而言,实质上发生了法拉第过程,即发生了穿过双层的电子迁移,结果是发生了氧化态的变化和电活性材料化学性质的

变化。总的来说,电荷存储过程有如下重要的区别:

( 1) 对于非法拉第过程,电荷的聚集靠静电方式完成,正电荷和负电荷居于两个分开的界面上,中间为真空或分子绝缘体,如双层、电解电容中的云母膜、空气层或氧化物膜。

( 2) 对于法拉第过程,电荷的存储靠电子迁移完成,电活性材料发生了化学变化或氧化态变化,这些变化遵守法拉第定律并与电极电势有关。在某种情况下就能产生准电容。这种能量的存储是间接的。

在比能量和比功率两个性能参数上超级电容器位于电池和传统电容之间,循环寿命和充放电效率都远远高于电池。由于使用寿命长通常都超过了使用其设备的寿命,所以,超级电容器终身无需维护,加之使

用完后,对环境要求宽松,无污染,因而又称其为绿色能源。

1.3 超级电容器车用贮电装置的优点[7] ( 1) 超级电容器是绿色能源,不污染环境; 化学电池对环境有2 次污染。

( 2) 循环使用寿命长(约10 万次); 化学电池的循环使用寿命短(200~1000 次),易损坏。

( 3) 充电速度快(0.3s~15min); 化学电池的充电时间长,一般要3~10h.。

( 4) 充放电效率高(98%); 化学电池的充放电效率低(70%)。

( 5) 功率密度高(1000~10000W/Kg); 化学电池功率密度低(300W/Kg)。

( 6) 超级电容器彻底免维护,工作温度范围宽(- 40~+ 70℃),容量变化小; 铅酸电池电动车在-40℃时,续驶里程减少90% ,而超级电容器只减少10%。

( 7) 超级电容器电动大客车刹车再生能量回收效率高,常规制动时回收高达70%,化学电池系统的能量回收效率仅为5%。

( 8) 相对成本低。超级电容器的价格比铅酸电池高一倍,但由于超级电容器的寿命比化学电池高10~100 倍,所以超级电容器电动车的综合运营成本大大低于化学电池。

2 超级电容器在电动车上的应用

全球每年通过公交系统在固定线路上出动的运输车辆约是5000 亿次,其中人们最普遍使用的运输工具仍是公交车辆。2000 年的销售量为18.3 万辆,今后5 年里,每年销售达到22.0 万辆。美国达4.78万辆。估计到2010 年公交车辆的拥有量将达65 万辆。这么多车辆若不进行改造,仍然采用柴油或汽油,那需要的油料量将成为沉重的负担,造成的空气污染也很明显[8]。

据估计燃料电池在最近十年内还不可能达到规模化生产[5]。撇开成本昂贵的燃料电池不说,我国已在使用或即将推广的车用乙醇汽油、天然气车的项目,也摆脱不了高成本的困扰: 由于燃料乙醇的生产成本高于汽油,国家有关部门正在制定补贴方案,以使车用乙醇汽油的价格与同号汽油持平; 由于天然气发动机的价格比同排量柴油机成倍增,在全国率先批量装备天然气发动机的北京市公交总公司有关人士承认,目前天然气车主要满足长安街一线的运营需要[9]。

而超级电容器正好解决了这一难题,超级电容器的容量有足够大,成本很低,对环境又无污染。大功

率的超级电容器对于电动汽车的启动、加速和上坡行驶具有极其重要的意义: 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蓄电池快速充电; 在汽车刹车时快速存储发电机产生的大电流,这些可以减少电动汽车对蓄电池大电流充电的限制,大大延长蓄电池的使用寿命,提高电动汽车的实用性。鉴于电化学超级电容器的重要性,各工业发达国家都给予了高度重视,并成为各国重点的战略研究和开发项

目。

2.1 在纯电动车上的应用及发展

超级电容对整车动力性能的影响主要在于对续驶里程的影响。超级电容的容量、能量密度、放电深度、功率密度等性能参数都会影响车辆行驶的能量消耗和续驶里程[1]。

哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所研究出用超级电容器做储能器件的电动客车,这是一种只需充电15 分钟便能连续行驶25 公里,而最高时速可达52 公里的电动客车。据悉,由该所承担的省“十五”科技攻关重大项目———“以电容为能源的电动车”等3 个项目,已通过省科技厅鉴定。该项研究在以电容为能源的电动车续驶里程、最高车速等方面达到了国际先进水平。这种超级电容电动客车的研制为国内首创,其性能指标达到了国际同类产品的先进水平。该项目在整车控制技术、电驱动技术、电容管理均衡技术方面实现了突破和创新。据了解,目前在国际上,污染小、节省能源的电动汽车已引起相当高的重视。在电动车的部件中,超级电容器凭借使用寿命长、安全性强等特点,已成为电动汽车开发的重要方向之一。这种以电容为能源的电动客车无污染、零排放、低温特性好,适合于北方城市公交运行,具有良好的市场前景和社会效益[10]。

将超级电容器应用到电动公交车上已经是一个很热门的话题了。由于公交线路站点是固定不变的,超级电容器的充电时间很短,在一分钟之内即可完成,所以可以利用公交车进站的时间充电,这样既不影响乘客的乘车时间,又不会像现在的有轨电车那样车顶上必须有两个“辫子”,这样也省去了电车轨道设置的费用,看起来也更美观一些。超级电容器有个缺点就是能量密度小,充电一次只能跑20~25km,但它的充电速度快,充完就可以接着跑。跟铅酸电池比较这一点要好很多,铅酸电池充一次电得要5~8 小时,所以只要在线路上合适的地方建立一个超级电容器电动大客车充电站就可以了,而投资建设一个这样的充电站

的费用比建一个加油站小得多,也比建设一个同样规模的加气站或铅酸电池充电站省钱。

2.2 在混合动力车上的应用

纯电动汽车尽管具有上述优点,但由于电池容量的限制,致使车辆在续驶里程和爬坡、加速性能上不及通常的汽车。虽然人们在蓄电池的研究开发上做了多方努力,也难以达到通常轿车那样,加满油后可行驶400~500 公里的里程[9]。要充分满足用户的欲望,目前仅靠现有蓄电装置的性能是难以实现的,于是就有了混合电动车的出现。[11]

混合动力车是专门为城市公共交通设计开发的,既可用电又可用油,是短期内电动汽车最现实的产业化产品。这种车与同类型的传统汽车相比尾气排放可减少50%~70%,降低燃油消耗30%以上,能够满足日益严格的环保要求,既有电动车的节能和低排放的特点,又具有燃油汽车的方便性能[12]。混合动力源电动车按照能量合成的形式主要分为串联式(Series Hybrid Electric Vehicle,SHEV)和并联式(Pararrel Hybrid Electric Vehicle,PHEV) 两种。在串联式混合动力系统中,由发动机驱动发电机,利用发出的电能由电动机驱动车轮。即发动机所发出的动能全部要先转换成电能,利用这一电能使车辆行驶。并联式混合动力系统采用的是发动机与电动机驱动车轮,根据情况来运用这两个动力源,由于动力源是并行的,故

称为并联式混合动力系统。此外,还存在混联式,也称串并联式,它可以最大限度地发挥串联式与并联式

的各自优点[13]。

就目前所制造的混合电动车来看,它的动力系统是以燃油发动机作为主要动力,其电力能量贮藏系统通常是二次电源,而目前所应用的二次电源存在很多的缺点有待大幅度改进,而这些问题都可以用超级电容器代替解决,在内燃机车的电起动系统中采用超大容量电容器辅助起动装置,显示了较突出的优势,其

表现在[14]:

1. 由于起动功率的增加,缩短了柴油- 发电机组的起动时间。柴油机旋转加速度增加,提高了燃油点燃质量。

2. 降低了起动时蓄电池组的最大电流负荷,有助于延长蓄电池的使用寿命。

3. 确保了起动的可靠性,特别是在低温以及蓄电池组亏电或参数变坏时尤为明显。

4. 在现有蓄电池技术状况下,可以有效减小蓄电池容量。

但超级电容器并不能完全取代电池,因为它的能量密度比较低。超级电容器单体的工作电压较低,因此要通过多个电容器单体的串联才能得到较高的工作电压,而多个单体串联对单体的统一性要求比较高,且串联起来后体系的容量又会成倍减少。现在这方面的很多工艺都还在研发当中。

超级电容的特性正好满足混合动力电动汽车的特殊要求。利用超级电容瞬时高功率特性,避免了要求发动机频繁起动和蓄电池提供瞬间大功率的特殊要求,同时还可以对制动能量进行回收利用,从而可以节约能源、减少排放污染,尤其适合经常在城市行驶的混合动力电动汽车。在回收制动能量方面,汽车在行驶过程中至少有30%的能量因热量散发和制动而消耗掉,特别是在城市行驶,经常遇到红灯,这样不仅造成能源浪费,而且增加环境污染。

如能把制动所消耗的能量回收起来用于汽车起动、加速,可谓一举两得。由于蓄电池充电是通过化学反应来完成的,所需时间较长,但制动时间较短,因而回收能量效果不佳。现正处于研究中的飞轮电池,由于精度要求高、制作难度大,短时间还难以进入实用阶段。超级电容独有的特性非常适合用于制动过程中能量回收,而且成本较低,应用前景广阔。

在为发动机冷起动时提供瞬时大功率方面,发动机的冷起动对蓄电池提出了特殊的要求,蓄电池必须提供瞬间大功率,发动机才可能起动。然而,一般蓄电池不具备这种特性,除非用起动点火型电池,但是起动点火型电池并不适合长时期小电流工作环境,而且在低温下经常失效,因此也不适合。研究发现,如果把超级电容和蓄电池联合用在发动机起动系统,发挥超级电容的独有特性,构成新型的起动系统,这个问题就可迎刃而解[15]。 3 结语

超级电容器作为一种新型储能元件,其出现填补了传统静电电容器和化学电源之间的空白,凭借着低成本高性能的优势,加上对环境的无污染使得人们对它越来越重视。随之对电动汽车研究的深入,超级电容器在这方面应用的优势也越来越明显。超级电容器的高性能决定了其市场前景非常广阔,而低成本又决定了其显著的经济效益。虽然超级电容器存在着比容量偏低的缺陷,但相信通过改进,一定会推动汽车行业发生质的飞跃。

开关电源模块并联供电系统设计报告

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超级电容在电动汽车中的应用

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在输出端回路上串联一个0.1欧姆的电阻,用放大器采集其对地电压,单电流等于1.5A时,采样电阻上的电压为0. 0.15V,放大到放大到74573的高电平后输出高电平,控制模块2分流电路上的开关管,从而起到分流作用。当0.1欧姆上电阻上的电流为4.5A时。压降为0.45V,放大为高电平后接到反相器7404上使其输出低电平,后控制快关管关闭,当电流低于405A时,反相器输出高电平,电路自动恢复工作状态,从而起到过载保护作。 三、测试方法与测试结果 对模块一和模块二进行电压测试,两模块输出点压为8.0+-0.1, 四、讨论 通过使用MC34063,充分了解其性能及特性,利用其构成的主控制电路可很好地完成任务的基本要求。在电路设计、制作过程中也产生诸

电动汽车驱动系统中的超级电容原理与应用

电动汽车驱动系统中的超级电容原理及应用 相关专题:汽车电子 时间:2010-04-29 18:38 来源:电子工程世界 超级电容是一种电化学装置,是介于电池和普通电容之间的过渡部件。其充放电过程高度可逆,可进行高效率(0.85~0.98)的快速(秒级)充放电。其优点还包括比功率高、循环寿命长、免维护等。 以前由于超级电容的比能量过低,放电时间太短,难以应用于汽车领域。随着超级电容技术的迅速发展,目前成为汽车领域研究和应用的新热点。超级电容不仅适合用作汽车发动机起动、动力转向等子系统的辅助能源,而且还可以与电池、燃料电池等结合用作电动汽车的辅助能源,从而提高电池寿命,弥补燃料电池比功率不足,最大限度的回收制动能量等。总之,其在汽车领域有十分广阔的应用前景。 超级电容的原理与分类 准确的说,超级电容应该叫做电化学电容器(Electrochemical Capacitor)。它能提供比电解电容器更高的比能量,比电池更高的比功率和更长的寿命。 根据使用电极材料的不同可以把超级电容分为三类:

1、使用碳电极的双电层电容器(Double Layer Capacitor,DLC)如图1所示,可以把双电层超级电容看成是悬在电解质中的两个非活性多孔板,电压加载到两个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子。从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。 图1 双电层超级电容器 DLC本质上是一种静电型能量储存方式。所以双电层电容的大小与电极电位和比表面积的大小有关,因而常常使用高比表面积的活性碳作为双电层电容器的电极材料,从而增加电容量。例如,活性碳在经过特定的化学处理后,表面积可以达到1000m2/g,从而使单位重量的电容量可达100F/g,并且电容的阻还能保持在很低的水平。碳材料还具有成本低,技术成熟等优点。该类超级电容在汽车上应用也最为广泛。 2、使用金属氧化物电极的超级电容器,原来是指贵金属氧化物RuO2 、IrO2 作为电极的电容器。通过发生可逆的氧化/还原反应,使电荷在两个电极上发生转移的同时产生吸附电容。它与双电层电容的机理不同,称为法拉第赝电容(Faradaic pseudocapacitance)。与双电层电容器的静电容量相比,相同表面积下超电容器的容量要大10~100倍,因此可以制成体积非常小、容量大的电容器。但由于贵金属的价格高,主要用于军事领域。 3、使用有机聚合物电极的电容。目前技术还不是很成熟,价格较贵,还处于实验室研究阶段。

开关电源模块并联供电系统设计

选修课设计 (论文) 题目开关电源模块并联供电系统设计专业电子信息工程 班级 111 112班 姓名邓逸博孙浙飞汪超 指导教师王章权 所在学院信息学院 完成时间:2014年5月

开关电源模块并联供电系统设计 电子信息工程专业邓逸博孙浙飞汪超 摘要:本设计设计制作的是开关电源模块并联供电系统,能够广泛应用在小功率及各种电子设备领域,能够输出8V定压,功率可达到16W,并根据要求对两路电流进行按比例分配。本系统由DC/DC模块,均流、分流模块,保护电路组成。DC/DC模块以IRF9530芯片为开关,配以BUCK的外围电路实现24V-8V的降压与稳压。采用LM328比较电路实现电流和电压的检测,控制由DC/DC模块构成的并联供电系统均流与分流工作模式,通过比较器电路实现过流保护。同时进行LCD1602液晶同步显示、独立键盘输入控制。输入的值经过单片机处理程序来控制输出电压,且输出电压和电流可实时显示。 关键词:DC/DC模块,BUCK,电流分流

目录

一、绪论 分布式直流开关电源系统取代传统的集中式直流开关电源系统已成为大功率电源系统的发展方向:(1)单台大功率电源容易受技术、成本的限制;(2)单台直流开关电源故障会导致整个系统的故障,而分布式电源系统由若干电源模块并联组成,某个电源模块故障不会导致整个电源故障;(3)可根据实际负荷的变化,自动确定需要投入运行的模块数量或者解列退出的模块数量,对变负荷运行很有意义;(4)由于多个电源模块并联运行,使每个电源模块承受的电应力较小,具有较高的运行效率,且具有较好的动态和静态特性。分布式电源系统需要解决的主要问题是实现多个并联运行的模块输出相同的功率。随着通信电源技术的高速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而通信电子设备都离不开可靠的电源。进入20世纪80年代,计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代;进入20世纪90年代,开关电源相继进入各种电子、电气设备领域,程控交换机、通信、电力检测设备电源、控制设备电源等都已广泛使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。 二、设计的目标与基本要求 (一)、设计目标 设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC模块构成的并联供电系统(见图) 图两路buck电路并联供电

开关电源并联供电系统(很全版本)

课程设计Ⅱ 题目开关电源模块并联供电系统学生姓名学号 所在院(系)物电学院 专业班级电信081班 指导教师刘东 完成地点陕西理工学院 2011年 11月28日

开关电源模块并联供电系统 康恺 (陕西理工学院物电学院电子信息科学与技术专业08级1班,陕西汉中 723001) 指导老师:刘东 【摘要】:开关电源模块供电系统由并联稳压电源和检测控制系统组成。稳压电源使用电压调节器LM2596实现降压,监测控制电路采用AT89C51单片机作为控制核心,采集两路电流信号,通过算法分配误差值,修正每一路的电流大小,并显示电流的相对误差。系统的负载电流超过设定值时,启动保护电路切断电源并延时一定时间后自动恢复供电。经测试,供电系统能够较好的实现两路电流分配,效率可以达到70%以上,每路电流的相对误差3%左右。 【关键词】:LM2596;开关电源;并联均流 Switching Power Supply Module Parallel Power Supply System kangkai (Grade08,Class1,Majiothe physics electronic information science ,Dept, Shannxi University of the Technology,Hanzhong,723001,Shannxi) Instructor: Liu don Abstract: Switching power supply module power supply system was composed of Shunt regulated power supply and control system testing. Power supply used LM2596 regulator to achieve step-down voltage. Monitoring and control circuit based on AT89C51 microcontroller collected two current signals, the error value was assigned by the algorithm, the amendment of the current size of each road, and displays the current relative error. System load current exceeds the set value, the start delay protection circuit cut off power and restore power automatically after a certain time. Tested, the power supply system can achieve a better distribution of two current efficiency can reach 70% or more, each current relative error 3%. Key words: LM2596; switch power; power supply in parallel

中国电动汽车用超级电容器行业研究报告

2011-2015年中国电动汽车用超级电容器行业投资发展研究报告 【目录】 0前言5 0.1研究目的5 0.2数据来源5 0.3读者对象6 1中国电动汽车用超级电容器产业发展概述7 1.1全球电动汽车用超级电容器产业发展概述7 1.1.1全球电动汽车用超级电容器的研究与发展7 1.1.2全球电动汽车用超级电容器市场发展现状9 1.2中国电动汽车用超级电容器产业发展概述10 1.2.1我国电动汽车用超级电容器发展历史10 1.2.2我国电动汽车用超级电容器发展现状分析11 1.3超级电容器在电动汽车上应用特点分析11

1.3.1超级电容器作为电动汽车的唯一动力12 1.3.2超级电容作为电动汽车的辅助动力13 1.3.3超级电容器作为电动汽车零部件的能源16 1.3.4超级电容器在电动汽车上的实际应用情况分析17 2中国电动汽车用超级电容器主要生产企业分析20 2.1麦克斯威(Maxwell)20 2.2贵弥功(Nippon Chemi-Con)22 2.3哈尔滨巨容24 2.4上海奥威25 2.5北京集星26 2.6北京合众汇能27 2.7凯迈嘉华28 2.8锦州凯美29 2.9其它电动汽车用超级电容器生产企业分析30 3中国电动汽车用超级电容器配套应用分析32 3.1中国电动汽车用超级电容器配套情况分析32 3.1.1中国电动汽车用超级电容器配套关系分析32 3.1.2中国电动汽车用超级电容器市场特点分析33 3.2中国电动汽车用超级电容器供应商市场份额分析34 3.2.1我国超级电容车市场销量分析34

3.2.2我国电动汽车用超级电容器生产企业产量分析35 3.3中国电动汽车用超级电容器产品价格情况分析36 4中国电动汽车用超级电容器主要原材料供给分析38 4.1电极材料38 4.2电解液39 4.3隔膜41 4.4主要原材料供应商分析41 4.4.1辽宁朝阳森塬活性炭有限公司42 4.4.2河南滑县大潮林物产有限责任公司43 4.4.3可乐丽国际贸易(上海)有限公司43 4.4.4深圳新宙邦电子材料科技有限公司44 4.4.5日本高度纸工业株式会社(NKK)46 4.4.6苏州贝格新材料科技有限公司48 5中国电动汽车用超级电容器产业发展趋势分析49 5.1我国电动汽车用超级电容器产业未来市场需求分析49 5.1.1我国超级电容商用车用超级电容器未来市场需求分析49 5.1.2我国超级电容乘用车用超级电容器未来市场需求分析51 5.2我国电动汽车用超级电容器产业未来技术发展趋势分析

电动汽车驱动系统中的超级电容

电动汽车驱动系统中的超级电容作者:清华大学王燕超 超级电容 是一种电化学装置,是介于电 池和普通电容之间的过渡部件。其充放 电过程高度可逆,可进行高效率(0.85~0.98)的快速(秒级)充放电。其优点还包括比功率高、循环寿命长、免维护等。 以前由于超级电容的比能量过低,放电时间太短,难以应用于汽车领域。随着超级电容技术的迅速发展,目前成为汽车领域研究和应用的新热点。超级电容不仅适合用作汽车发动机起动、动力转向等子系统的辅助能源,而且还可以与电池、燃料电池等结合用作电动汽车的辅助能源,从而提高电池寿命,弥补燃料电池比功率不足,最大限度的回收制动能量等。总之,其在汽车领域有十分广阔的应用前景。 超级电容的原理与分类 准确的说,超级电容应该叫做电化学电容器(Electrochemical Capacitor)。它能提供比电解电容器更高的比能量,比电池更高的比功率和更长的寿命。 根据使用电极材料的不同可以把超级电容分为三类: 1、使用碳电极的双电层电容器 (Double Layer Capacitor,DLC)如图1所示,可以把双电层超级电容看成是悬在电解质中的两个非活性多孔板,电压加载到两个板上。加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子。从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。 图1 双电层超级电容器

DLC本质上是一种静电型能量储存方式。所以双电层电容的大小与电极电位和比表面积的大小有关,因而常常使用高比表面积的活性碳作为双电层电容器的电极材料,从而增加电容量。例如,活性碳在经过特定的化学处理后,表面积可以达到1000m2/g,从而使单位重量的电容量可达100F/g,并且电容的内阻还能保持在很低的水平。碳材料还具有成本低,技术成熟等优点。该类超级电容在汽车上应用也最为广泛。 2、使用金属氧化物电极的超级电容器,原来是指贵金属氧化物RuO2 、IrO2 作为电极的电容器。通过发生可逆的氧化/还原反应,使电荷在两个电极上发生转移的同时产生吸附电容。它与双电层电容的机理不同,称为法拉第赝电容 (Faradaic pseudocapacitance)。与双电层电容器的静电容量相比,相同表面积下超电容器的容量要大 10~100倍,因此可以制成体积非常小、容量大的电容器。但由于贵金属的价格高,主要用于军事领域。 3、使用有机聚合物电极的电容。目前技术还不是很成熟,价格较贵,还处于实验室研究阶段。 汽车用超级电容的研究进展 目前,美国、欧洲和日本都在积极开展电动汽车用超级电容的研究开发工作。美国能源部和USABC从1992年开始,组织国家实验室(Lawrence Livermore,Los Alamos等)和工业界(Maxwell,GE等)联合开发使用碳材料的双电层超级电容器。其研究的初期目标是在维持功率密度为1kW/kg的同时,把超级电容的能量密度提高到5Wh/kg。这一目标已经基本达到,但是尚未按进度完成PNGV确定的目标。有关资料表明,如果超级电容的比能量达到20Wh/kg,那么用于混合车将是比较理想的。

最新开关电源并联供电

开关电源并联供电

精品好文档,推荐学习交流 题目: 开关电源模块并联供电系统

目录 摘要: (1) 一、系统方案 (2) 1.DC/DC模块主电路 (2) 2.开关管驱动电路 (2) 3.辅助电源电路 (2) 4.系统总体方案 (3) 二、理论分析与计算 (3) 1.DC/DC变换器稳压方法 (3) 2.电流、电压检测 (5) 3.均流方法 (6) 4.过流保护 (6) 三、硬件电路与软件设计 (6) 1.硬件电路设计 (6) 2.软件设计 (7) 四、测试条件与结果 (9) 1.测试仪器设备 (9) 2.基本要求测试数据 (9) 3.发挥部分测试数据 (10) 4、结果分析 (11) 五、参考文献 (11)

开关电源模块并联供电系统 摘要:本设计以Atmage16L-8PU单片机为控制器,由DC/DC模块电路、开关管驱动电路、辅助电源电路、电流采样电路、单片机电路、键盘电路和显示电路组成。其中, DC/DC模块采用BUCK电路实现,开关管驱动电路采用IR2110芯片完成,辅助电源由单片开关电源芯片LM2576产生,并增加后置线性稳压环节。单片机实现闭环控制功能,稳定输出电压,并实现两路电源自动或按指定比例分流。测试结果表明,系统各项指标均达到题目要求。 Abstract: In the design, MCU Atmage16L-8PU is used as a controller. The system is composed of DC/DC modules, switch drive circuits, auxiliary power suppliers, current and voltage detection circuits, MCU system, display and keyboard control circuits. DC/DC module is based on BUCK circuit. Switch MOSFET is drived by IR2110 chips. Auxiliary power suppliers are generated by the switch mode power supply chip LM2576 with a linear post regulator. Closed-loop control is realized by MCU, so the output voltage is stabled and the currents of the two DC/DC modules are decided automatically or by the specified proportion. Test results show that the system has definitely met the design demand.

大容量超级电容器在电动汽车中的应用及维护

大容量超级电容器在电动汽车中的应用及维护 发表时间:2018-05-14T16:56:06.437Z 来源:《电力设备》2017年第35期作者:游桂章 [导读] 摘要:据相关数据显示,汽车尾气排放量占城市污染气体总量的70%。 (沈阳市第二十二中学辽宁省沈阳市 110000) 摘要:据相关数据显示,汽车尾气排放量占城市污染气体总量的70%。石油作为不可再生资源,工业革命以来,大量石油被开采和使用,造成石油存储量和总量不断下降。为了保护生态环境,减少废气的排放,近年来,国家大力发展电动汽车。电动汽车的动能主要来自充电蓄电池,因此对电池容技术要求很高。大容量超级电容器性能优于普通电池,因此广泛应用在电动汽车领域。本文就大容量超级电容器在电动汽车中的应用及维护进行分析。 关键词:大容量超级电容器;电动汽车;应用;维护 随着环境污染和能源危机的日益加重,环保和节约能源成为当今社会的重要主题。电动汽车的研究在环境保护问题及能源问题日益受到关注的情况下兴起。在电动汽车性能提高并逐步迈向产业化的过程中,提高能量的储备与利用率是迫切需要解决的两个问题。常规汽车在城市工况行驶时,制动器所消耗的能量占总驱动能50%左右,因此实现制动能量回收可以大大提高能量利用率。而超级电容器能在汽车起动或制动时快速向负载释放或吸收能量,将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电,可以有效的延长电动汽车的行驶距离,所以超级电容器已成为电动汽车开发的重要方向之一。 1 超级电容器的结构原理 超级电容器(supercapacitor),又叫双电层电容器、黄金电池、法拉电池,是一种介于蓄电池和传统电容器之间的储能装置。与电池结构相似,超级电容器单体主要由电极、电解质、集电极、隔膜等、连接线柱等组成。 大容量超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外部电源接通超级电容器正负极板时,超级电容器极板的正负电极分别存储正负电荷。同时,为了平衡电解液的内电场,在电场力的作用下,正、负极板界面上产生负、正电荷,这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上,以正负电荷间极短间隙排列在相反的位置,所以会产生很大的电容。此外,当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时,超级电容器为正常状态。大容量超级电容器在运用时没有出现化学反应,只是物理过程发生了变化,因此它的性能是非常稳定的。 2 大容量超级电容器的优点 2.1 与传统的电容器相比,大容量超级电容器的性能比较稳定,超级电荷存储的电能面积大,电容量高,等效电阻小,比功率高,是蓄电池的100倍。 2.2 超级电容的充、放电能力强,在额定电压值内,超级电容器可以快速充电到任一电压值,并将存储的电能一次性放完,同时不会对蓄电池充电和放电功能造成任何的影响。 2.3 大容量超级电容器具有环保效果明显的优点。超级电容器在使用过程中不会污染环境,具有防火防爆的功能,能够连续使用几万甚至十万次,并能进行回收利用,对环境不会产生危害。 3 电动汽车概述 电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。这里指的是纯电池驱动车,而更广义的燃料电池和插电式混合动力车均不算在内。 电动汽车的优点是:它本身不排放污染大气的有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它污染物也显著减少,由于电厂大多建于远离人口密集的城市,对人类伤害较少,而且电厂是固定不动的,集中的排放,清除各种有害排放物较容易,也已有了相关技术。有关研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池,再由电池驱动汽车,其能量利用效率比经过精炼变为汽油,再经汽油机驱动汽车高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量,正是这些优点,使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。 4 电动汽车中超级电容器的应用 4.1 车辆起步时,电容控制速度 电动汽车起步时,超级电容器中存储了较多的电能。但是当电动汽车加速运动时,超级电容器中存储的容量比较小,才能确保制动过程中接收更多的能量。因此需要超级电容器进行放电,确保电动汽车加速行进。超级电容器蓄电能力与电容器端电压平方成正比,如果超级电容端的电压发生很大变化,电容器控制器放电深度,从而便于汽车在行驶过程中进行二次放电或者再生制动回收充电。 4.2 控制约束电流 电动车在行驶过程中,会根据路况进行加速、减速等不同速度行进,这个时候电动汽车的负载电流变化比较大,如果负载电流过大,超过了蓄电池所承受的最大放电量或者充电量时,则可能造成电池的损坏。因此,为了避免电池组过度放电或者充电,则需要超级电容进行放电和充电,从而延长电池的使用时间。因此,超级电容器应用在电动汽车上,必须合理控制荷载电流,可以采取恒定充电电流的方式,也就是控制蓄电池的充电电流。蓄电池电压再生制动过程中电压不会发生太大变化,但是超级电容蓄电压在单次制动过程中电压会发生剧烈变化,电枢电流急速上升,给电机以及功率器件造成巨大的损害。因此,使用恒定充电电流的方法,能够有效控制再生制动过程中电容器的充电功率。当电容器电压升高时,充电电流下降;如果电容器的电压低,则采用大电流充电的方式。 4.3 作为汽车辅助电源 目前超级电容器作为辅助电源的应用主要有三类:一是替代高功率电池应用在混合电动汽车上;二是作为燃料电池电动车的辅助动力电源;三是与高能量电池组成混合电源应用在纯电动汽车上。超级电容器作为汽车的辅助电源,与动力蓄电池配合使用,则可减少大电流充放电对电池的损害,延长电池的使用寿命。超级电容器的使用可以减少车内用于电制动、电转向等子系统的布线,使车辆的稳定性得到提高。另外,汽车转向、空调、音响、电动座椅等电系统,若使用超级电容,性能将会大大地提高。 5 大容量超级电容应用中存在的问题 大容量超级电容器虽然在应用中有着明显的优势,但依然存在着一些问题。与蓄电池相比,其能量密度偏低,寻找新的电极活性材料,提高超级电容器的能量密度成为根本也是难点所在。另外就是超级电容的一致性检测问题。大容量超级电容的额定电压很低,在应用中需要大量的串联。由于应用中需要大电流充放电,而过充则对电容的寿命有严重的影响,因此,串联中的各个单体电容器上电压是否一

开关电源并联供电

题目: 开关电源模块并联供电系统

目录 摘要: (1) 一、系统方案 1.DC/DC模块主电路 (2) 2.开关管驱动电路 (2) 3.辅助电源电路 (2) 4.系统总体方案 (3) 二、理论分析与计算 (3) 1.DC/DC变换器稳压方法 (3) 2.电流、电压检测 (5) 3.均流方法 (6) 4.过流保护 (6) 三、硬件电路与软件设计 (6) 1.硬件电路设计 (6) 2.软件设计 (7) 四、测试条件与结果 (9) 1.测试仪器设备 (9) 2.基本要求测试数据 (9) 3.发挥部分测试数据 (10) 4、结果分析 (11) 五、参考文献 (11)

开关电源模块并联供电系统 摘要:本设计以Atmage16L-8PU单片机为控制器,由DC/DC模块电路、开关管驱动电路、辅助电源电路、电流采样电路、单片机电路、键盘电路和显示电路组成。其中,DC/DC 模块采用BUCK电路实现,开关管驱动电路采用IR2110芯片完成,辅助电源由单片开关电源芯片LM2576产生,并增加后置线性稳压环节。单片机实现闭环控制功能,稳定输出电压,并实现两路电源自动或按指定比例分流。测试结果表明,系统各项指标均达到题目要求。 Abstract:In the design, MCU Atmage16L-8PU is used as a controller. The system is composed of DC/DC modules, switch drive circuits, auxiliary power suppliers, current and voltage detection circuits, MCU system, display and keyboard control circuits. DC/DC module is based on BUCK circuit. Switch MOSFET is drived by IR2110 chips. Auxiliary power suppliers are generated by the switch mode power supply chip LM2576 with a linear post regulator. Closed-loop control is realized by MCU, so the output voltage is stabled and the currents of the two DC/DC modules are decided automatically or by the specified proportion. Test results show that the system has definitely met the design demand.

电动汽车中超级电容器的应用及维护

电动汽车中超级电容器的应用及维护 发表时间:2017-05-10T17:11:27.057Z 来源:《教育学文摘》2017年5月总第228期作者:陈忠海[导读] 电动汽车的动能主要来自充电蓄电池,因此对电池容技术要求很高。超级电容器性能优于普通电池,因此广泛应用在电动汽车领域。 杭州汽车高级技工学校浙江杭州310000 摘要:能源危机和环境问题已经成为全球化的问题。因此,世界各国正在积极研究开发新能源和绿色能源,希望能有效地解决能源紧缺问题。近年来,国家大力发展电动汽车,电动汽车的动力来源主要是电能,但是当前我国的电池技术无法有效地满足电动汽车的运行需求。超级电容器具有电容量大、寿命长、经济环保等特性,将其应用在电动汽车领域,效果明显。 关键词:电动汽车超级电容器应用维护 据相关数据显示,汽车尾气排放量占城市污染气体总量的70%。石油作为不可再生资源,工业革命以来,大量石油被开采和使用,造成石油存储量和总量不断下降。为了保护生态环境,减少废气的排放,近年来,国家大力发展电动汽车。电动汽车的动能主要来自充电蓄电池,因此对电池容技术要求很高。超级电容器性能优于普通电池,因此广泛应用在电动汽车领域。 一、超级电容器 1.超级电容器的工作原理。超级电容器是一种新型的储能装置,它具有强大的储电能力,能提供强大的电源,容量可达数万法拉。它包括双电层电容器和赝电容器。超级电容器主要利用双电层,当电压加到超级电容器的两个极板上,极板上的正极存储正电荷,负极存储负电荷。正负极板上的电荷在磁场的作用下,为平衡电解液的电厂,电极间和电解液形成相反的电荷,正、负电荷也在两个不同的接触面上,并吸附周围电解质溶液中的离子,从而形成了双层电容。 2.超级电容器的优点。(1)与传统的电容器相比,超级电容器的性能比较稳定,超级电荷存储的电能面积大,电容量高,等效电阻小,比功率高,是蓄电池的100倍。(2)超级电容的充、放电能力强,在额定电压值内,超级电容器可以快速充电到任一电压值,并将存储的电能一次性放完,同时不会对蓄电池充电和放电功能造成任何的影响。(3)超级电容器具有环保效果明显的优点。超级电容器子在使用过程中不会污染环境,具有防火防爆的功能,能够连续使用几万甚至十万次,并能进行回收利用,对环境不会产生危害。 二、电动汽车中超级电容器的应用 1.车辆起步时,电容控制速度。电动汽车起步时,超级电容器中存储了较多的电能。但是当电动汽车加速运动时,超级电容器中存储的容量比较小,才能确保制动过程中接收更多的能量。因此需要超级电容器进行放电,确保电动汽车加速行进。超级电容器蓄电能力与电容器端电压平方成正比,如果超级电容端的电压发生很大变化,电容器控制器放电深度,从而便于汽车在行驶过程中进行二次放电或者再生制动回收充电。 2.控制约束电流。电动车在行驶过程中,会根据路况进行加速、减速等不同速度行进,这个时候电动汽车的负载电流变化比较大,如果负载电流过大,超过了蓄电池所承受的最大放电量或者充电量时,则可能造成电池的损坏。因此,为了避免电池组过度放电或者充电,则需要超级电容进行放电和充电,从而延长电池的使用时间。因此,超级电容器应用在电动汽车上,必须合理控制荷载电流,可以采取恒定充电电流的方式,也就是控制蓄电池的充电电流。蓄电池电压再生制动过程中电压不会发生太大变化,但是超级电容蓄电压在单次制动过程中电压会发生剧烈变化,电枢电流急速上升,给电机以及功率器件造成巨大的损害。因此,使用恒定充电电流的方法,能够有效控制再生制动过程中电容器的充电功率。当电容器电压升高时,充电电流下降;如果电容器的电压低,则采用大电流充电的方式。 三、超级电容器的维护 双层电容器内部电阻比较大,所以在无负荷电载的情况下,可以直接充电,如果出现过电压充电的情况,双层电容器会自动断开,因此不会损坏内部装置元件。与充电电池相比,超级电容器可无限制充电,充电次数可达106次以上,所以双层电容不仅具有电容特点,而且还具有电池的特性,是一种介于电容和电池的元件。 1.避免对超级电容器连续施加电压。超级电容器受到大气以及人为操作的影响,会导致电流急剧增加,超过电容器额定电流值。因此在日常应用过程中,超级电容器的工作电压值不能超过额定电压值。 2.合理控制超级电容器的温度。超级电容器的使用时间与工作温度息息相关,电容器中的电解液蒸发速度与工作温度密切相关。超级电容器的工作温度降低10摄氏度,超级电容器的使用时间就增加一倍,因此,必须合理控制超级电容器的工作温度。近年我国大力发展电动汽车,国家科技部、财政部、发改委等多部门联合出台了很多鼓励和推广新能源电动汽车的发展政策,极大地推动了电动汽车的发展。北京从2013年开始在市区以及怀柔等一些远郊区投入了大量的纯电动公交车,这种双源无轨电动公交车,既能用电池蓄电,也能用电网充电,非常方便。将超级电容器应用在电动公交车是未来发展的一个方向。由于超级电容器的能源密度小、充电速度快,一分钟之内就可以完成充电,而城市公交车线路是固定的,利用公交车进站时间进行充电,不会影响乘客乘车时间。参考文献 [1]魏家沛超级电容器在电动汽车中的应用及维护[J].机械研究与应用,2016,29,(6),180-181。 [2]倪江锋超级电容器中的物理问题[J].物理教师,2014,35,(11),67。 [3]张鹏浅析超级电容器在新能源汽车中的应用[J].电子测试,2016,(10),132-133。

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