超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

文/周權(quán)

超級(jí)電容具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在和其他能量部件組成聯(lián)合體共同工作時(shí), 其可以輔助實(shí)現(xiàn)能量回收利用、降低污染等作用, 大大提高電動(dòng)汽車一次充電的續(xù)駛里程。因此, 超級(jí)電容作為儲(chǔ)能器件在電動(dòng)汽車領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景, 將是未來(lái)電動(dòng)汽車能源供給技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。

1 超級(jí)電容器

超級(jí)電容器是一種能夠大容量存儲(chǔ)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(yōu)于傳統(tǒng)電容器，并能夠與蓄電池相媲美。當(dāng)然，作為一種新型的儲(chǔ)能器件，超級(jí)電容器也有缺點(diǎn)，單個(gè)超級(jí)電容器的電壓不能滿足一般的用電需求，因此現(xiàn)有技術(shù)是將大量的超級(jí)電容單體串并聯(lián)后做成超級(jí)電容器組使用，這樣不僅可以提高電壓等級(jí)，還能夠提升功率水平，極大地?cái)U(kuò)大了超級(jí)電容器組的電壓使用范圍。

2 超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用介紹

因?yàn)槌?jí)電容器相較于二次電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，越來(lái)越多的車輛制造企業(yè)將電動(dòng)汽車的動(dòng)力源研究目標(biāo)轉(zhuǎn)向超級(jí)電容器，尤其是隨著超級(jí)電容器件自身的發(fā)展，采用數(shù)萬(wàn)法拉級(jí)牽引型超級(jí)電容器作為電動(dòng)汽車主動(dòng)力源或輔助能源都具有良好的應(yīng)用前景。

（1）考慮到超級(jí)電容能夠承受瞬間的大電流，當(dāng)電源需要大電流快速充電或者大電流快速放電時(shí)，超級(jí)電容的這一特點(diǎn)具有極大的優(yōu)勢(shì)，其能夠與動(dòng)力二次電池一起作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，為蓄電池進(jìn)行分擔(dān)，降低電動(dòng)汽車對(duì)蓄電池的要求，包括用超大容量電容器存儲(chǔ)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生能量，同時(shí)可以改善電動(dòng)汽車的啟動(dòng)加速和爬坡性能等。

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

當(dāng)然，目前超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用還存在一些不盡如人意的地方。超級(jí)電容器單體能夠存儲(chǔ)的能量有限，其通常以集成模組的形式在電動(dòng)汽車中使用，這類模組的體積會(huì)較大，需要占據(jù)車輛一定的空間；其次，大量的超級(jí)電容單體集成為模塊后，容易產(chǎn)生單體器件電壓不均衡導(dǎo)致的發(fā)熱問(wèn)題，模組規(guī)模越大，散熱問(wèn)題越復(fù)雜。

3 現(xiàn)狀以及前景

由于中國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)起步較晚，上世紀(jì)當(dāng)國(guó)外很多發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體在探討如何采取節(jié)能減排措施以應(yīng)對(duì)石油危機(jī)并提出發(fā)展新能源汽車的時(shí)候，我國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)還沒有開始發(fā)展，汽車對(duì)絕大部分國(guó)人來(lái)說(shuō)遙不可及，所以在早期的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里，國(guó)外公司尤其是國(guó)際汽車巨頭并不重視中國(guó)的電動(dòng)汽車市場(chǎng)；另一方面，國(guó)內(nèi)汽車的產(chǎn)業(yè)界和政府層面對(duì)新能源汽車的發(fā)展路線的規(guī)劃與國(guó)外不太一致，以豐田、通用等為代表的國(guó)際汽車巨頭在過(guò)去的20年里花費(fèi)了大量精力研發(fā)油電混合汽車，其對(duì)應(yīng)用超級(jí)電容的純電動(dòng)汽車投入的研究較少，而國(guó)內(nèi)不論是產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界以及政府層面則將純電動(dòng)汽車作為了主要發(fā)展方向，純電動(dòng)汽車對(duì)超級(jí)電容的應(yīng)用有著較大的需求，這樣就使得國(guó)內(nèi)的新能源汽車發(fā)展路線與美、日等國(guó)的發(fā)展路線有些許差異，再加上國(guó)內(nèi)對(duì)純電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)扶持政策區(qū)別對(duì)待混合動(dòng)力汽車，一段時(shí)期內(nèi)導(dǎo)致國(guó)際汽車巨頭在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上比較灰心，從而間接影響了他們?cè)谥袊?guó)市場(chǎng)的技術(shù)投入。

基于研究熱點(diǎn)方向，結(jié)合目前全球范圍內(nèi)各主要最新技術(shù)情況，可以分析出目前的發(fā)展趨勢(shì)。

3.1 能量管理系統(tǒng)模塊化和芯片化

美國(guó)的MAXWELL公司作為全球老牌的超級(jí)電容器生產(chǎn)廠家，其近幾年在車用超級(jí)電容器模組的大型化上投入了相當(dāng)多的研發(fā)精力，而能量管理技術(shù)作為超級(jí)電容模組容量大型化的關(guān)鍵技術(shù)得到了重點(diǎn)關(guān)注，MAXWELL的超級(jí)電容能量管理技術(shù)以電壓控制技術(shù)為主，可以看出該公司比較重視能量管理中的響應(yīng)速度；與此同時(shí)，MAXWELL公司還不斷與美國(guó)德州儀器公司展開合作，并正在進(jìn)行相應(yīng)的超級(jí)電容器模組能量管理芯片的實(shí)驗(yàn)工作，其在能量管理技術(shù)的模塊化和芯片化上已經(jīng)邁出了新步伐。當(dāng)然，芯片化的另一大優(yōu)點(diǎn)是，其有助于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)體積的小型化，并進(jìn)一步優(yōu)化控制電路散熱問(wèn)題。

3.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)的智能化

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容模組能量管理的快速精確響應(yīng)，以及工作的可靠穩(wěn)定性，需要使用更為優(yōu)異的監(jiān)測(cè)技術(shù)。上海三玖電氣技術(shù)有限公司和遼寧錦州超級(jí)電容器有限公司為代表的企業(yè)也在超級(jí)電容能量管理技術(shù)的監(jiān)測(cè)智能化上開展了相應(yīng)的研究工作，包括采用最新的精密傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸、處理技術(shù)，但是技術(shù)方案的改進(jìn)完善以及大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用還需要繼續(xù)努力。智能化有助于優(yōu)化超級(jí)電容模組能量管理系統(tǒng)的響應(yīng)速度、降低故障率，并提高電動(dòng)汽車的超級(jí)電容充放電速度和能量供給效率，有效維護(hù)器件的性能和延長(zhǎng)使用壽命。

對(duì)超級(jí)電容器模組進(jìn)行能量的快速、準(zhǔn)確控制是未來(lái)的研究目標(biāo)，而能量管理系統(tǒng)的芯片化和監(jiān)測(cè)技術(shù)的智能化則是以后的發(fā)展趨勢(shì)，需要重點(diǎn)關(guān)注電動(dòng)汽車超級(jí)電容的能量管理技術(shù)，并把控制系統(tǒng)的芯片化和模塊化以及控制過(guò)程的智能化作為重點(diǎn)研究方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，電動(dòng)汽車受困于蓄電池續(xù)航能力短、充電不便、安全性不高以及壽命不長(zhǎng)等難題，如果超級(jí)電容能夠抓住歷史機(jī)遇，從器件的性能到電路設(shè)計(jì)到能量控制均做到較高的水平，那么在未來(lái)的電動(dòng)汽車發(fā)展過(guò)程中，其必將占據(jù)重要地位。