超級電容在電動車中應用研究及發(fā)展趨勢分析

　　2、應用研究現(xiàn)狀

　　2.1國內(nèi)外的應用研究進展

　　由于超級電容的優(yōu)越性能和近年來對超級電容開發(fā)能力的提高，因此超級電容在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應用。目前，世界各國爭相研究、并越來越多地將其應用到電動車上。超級電容已經(jīng)成為電動車電源發(fā)展的新趨勢，而超級電容與蓄電池組成的復合電源系統(tǒng)被認為是解決未來電動車動力問題的最佳途徑之一。

　　2.1.1日本的情況

　　日本本是將超級電容應用于混合動力電動汽車的先驅(qū)，超級電容是近年來日本電動車動力系統(tǒng)開發(fā)中的重要領(lǐng)域之一。本田的FCX燃料電池一超級電容混合動力車是世界上最早實現(xiàn)商品化的燃料電池轎車，該車已于2002年在日本和美國的加州上市。日產(chǎn)公司于2002年6月24日生產(chǎn)了安裝有柴油機、電動機和超級電容的并聯(lián)混合動力卡車，此外還推出了天然氣一超級電容混合動力客車，該車的經(jīng)濟性是原來傳統(tǒng)天然氣汽車的2.4倍。目前，裝備超級電容的混合動力電動公交車已經(jīng)成為日本的國家攻關(guān)項目。

　　2.1.2歐美的狀況

　　瑞士的PSI研究所給一輛48kW的燃料電池車安裝了儲能360Wh的超級電容組，超級電容承擔了驅(qū)動系統(tǒng)在減速和起動時的全部瞬態(tài)功率，以50kW的15s額定脈沖功率來協(xié)助燃料電池工作，牽引電機額定連續(xù)功率為45kW，峰值功率為75kW，采用360V的直流電源。大眾Bora實驗車進行的燃油消耗測試結(jié)果表明其油耗少于7L/100km，而相同質(zhì)量的BMW7系列油耗則為10.7L/100km。1996年俄羅斯的Eltran公司研制出以超級電容作電源的電動汽車，采用300個電容串聯(lián)，充電一次可行駛12km，時速為25km/h。美國在超級電容混合動力汽車方面的研究也取得了一定進展，Maxwell公司所開發(fā)的超級電容器在各種類型電動汽車上都得到了良好的應用。美國NASALewis研究中心研制的混合動力客車采用超級電容作為主要的能量存儲系統(tǒng)。

　　2.1.3中國的現(xiàn)狀

　　目前，國內(nèi)對以超級電容作為惟一能源的電動汽車的研究取得了一定的進展，2004年7月我國首部“電容蓄能變頻驅(qū)動式無軌電車”在上海張江投入試運行，該公交車利用超級電容比功率大和公共交通定點停車的特點，當電車?？空緯r在30s內(nèi)快速充電，充電后就可持續(xù)提供電能，時速可達44km/h。2005年1月上海交通大學與山東煙臺市簽署協(xié)議，共同投資開發(fā)超級電容公交電車，計劃在煙臺福山區(qū)建一條12km的示范線，在福山高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)建立年產(chǎn)1萬輛新型環(huán)保超級電容公交車的生產(chǎn)基地。哈爾濱工業(yè)大學和巨容集團研制的超級電容電動公交車，可容納50名乘客，最高速度20km/h。但是，國內(nèi)目前對超級電容一蓄電池復合電源電動車的設(shè)計及控制，基本上還處于起步階段。

　2.2電動車中應用超級電容的拓撲結(jié)構(gòu)

　　2.2.1純超級電容電動車

　　直接以超級電容作為電動車的惟一能源，此方法結(jié)構(gòu)簡單、實用、成本低，而且實現(xiàn)了零排放，因此比較適合用于短距離、線路固定的區(qū)域，例如火車站或者飛機場的牽引車、學校和幼兒園的送餐車、公園的瀏覽車和電動公交車等。

　　2.2.2復合電源電動車

　　超級電容與蓄電池、燃料電池等配合可以組成復合電源系統(tǒng)，但燃料電池因為成本較高，現(xiàn)在還不能得到實際應用。因此，國內(nèi)外對超級電容一蓄電池復合電源系統(tǒng)的研究更多，其拓撲結(jié)構(gòu)概括如圖2所示。圖2a結(jié)構(gòu)最簡單，但由于沒有DC/DC變換器，蓄電池和超級電容將具有相同的電壓，以致超級電容僅在蓄電池電壓發(fā)生快速變化時輸出和接收功率，從而減弱了超級電容的負載均衡作用。圖2b與圖2c都采用了雙向OC/OC變換器，圖2b中雙向DC/DC跟蹤檢測蓄電池的端電壓，以調(diào)控超級電容的端電壓使兩者匹配工作。由于蓄電池端電壓的變化比超級電容的端電壓平緩，因此對于DC/DC，圖2b比圖2c易于控制。圖2d理論上雖然具有更高的靈活性，但對DC/DC的控制策略要求非常精確復雜且不易維護。