[实用新型]车用太阳能－超级电容混合动力电源

说明书

所属技术领域

本实用新型是一种为电动汽车提供能量的装置，通过电动车的能量总成控制使整车根据工作模式最优化工作，可实现制动和减速时能量回馈制动，实现整车高效性、经济性、可靠性。

背景技术

在电动汽车的部件中，电源是关键部分。最常用的车载电源是蓄电池。但是超级电容器由于其特有的优点，正越来越受到人们的重视。尤其在城市市区运行的电动公交车，其运行线路在20公里以内，运行中频繁起动、制动、加速、减速。运用超级电容器为能源的电动公交车，一次充电续驶里程可达20公里，充电时间短，在此领域将会有广阔的应用前景。太阳能-超级电容混合动力车制动和减速时，可实现能量回收。而且超级电容器的低温特性优于蓄电池，尤其在气候寒冷地区是一个好的选择。

超级电容器是一种具有超级储电能力，可提供强大脉冲功率的物理二次电源。它彻底改变了人们对电容器的传统印象。它是根据电化学双电平理论研制而成的，当向电极充电时，处于理想化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小(一般在0.5nm以下)，再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍地增加，从而产生极大的电容量，电容器的这种极化作用可以储存电能。

电动汽车对动力电源的要求引起了全世界范围对超级电容器这一新型储能装置的广泛重视。传统动力电池在高功率输出、快速充电、宽温度范围使用以及寿命等方面存在一定的局限性，有些苛刻条件可能会显著降低电池的寿命。而超级电容器若与动力电池配合使用，则可减少大电流充放电对电池的伤害，延长电池的使用寿命，还能通过再生制动系统将瞬间能量回收于超级电容器中，提高能量利用率，同时其低温特性也很好。

超级电容器在混合能源电动汽车中的作用

(1)提供优越的动力性能

由于超级电容器具有非常高的功率密度，因此能较好地满足电动汽车在启动、加速、爬坡时对功率的需求，若与动力电池配合使用，则可减少大电流充放电对电池的伤害，延长电池的使用寿命。

(2)具有非常高的能量回收率

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。现正处于研究中的燃料电池，由于精度要求高、制作难度大，短时间还难以进入实用阶段。超级电容器独有的高比功率特性非常适合用于制动过程中能量回收。

(3)优化贮能设备性能

超级电容器妥善解决了贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾。一般说来，比能量高的贮能体系其比功率不会太高；同样，一个贮能体系的比功率比较高，其比能量就不一定会很高；许多电池体系就是如此。超级电容器在可以提供1～5kW/kg，高比功率输出的同时，其比能量可以达到5～20Wh/kg。将它与太阳能电池组合起来，就会成为一个兼有高比能和高比功率输出的贮能系统。

(4)极好的低温性能

超级电容具有极好低温性能，能在低温情况下保持大电流充放电能力；使得以此为能源的电动汽车能在北方低温环境下仍然能够可靠工作，确保持动力性要求。

在寒冷地区，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(SLI)”电池，但是SLI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。通过研究发现，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。

(5)辅助性能

超级电容器除了可以用做混合能源电动汽车的辅助动力系统外，还可用在车载空调、车锁、车窗和车灯等电器的自动开关使用上。综上可以看出，在混合能源系统中，超级电容器的存在减少了主电池的功率负荷、避免了大电流冲击电池、延长了电池寿命。并且，车辆能量回收以及蓄电池的尺寸可小型化可以大大提高能量的利用率。因而，超级电容器是近年来电动车动力系统开发中的重要领域之一。