中心議題：

• 超級電容器基本原理
• 與傳統電容器、電池的區別

解決方案：

• 超級電容器在刹車時再生能量回收
• 在啟動和爬坡時快速提供大功率電流

現在，城市汙染氣體的排放中
，汽車已占了70％yishang，shijiegeguodouzaixunzhaoqichedaiyongranliao。youyushiyouduanqueriyiyanzhongrenmendoujianjianrenshidaokaifaxinxingqichedezhongyaoxing
，jizaishiyongshiyouheqitanengyuandetongshijinliangjiangdifeiqidepaifang。

超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)大(da)，充(chong)放(fang)電(dian)時(shi)間(jian)短(duan)，大(da)電(dian)流(liu)充(chong)放(fang)電(dian)特(te)性(xing)好(hao)，壽(shou)命(ming)長(chang)
，低(di)溫(wen)特(te)性(xing)優(you)於(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)，這(zhe)些(xie)優(you)異(yi)的(de)性(xing)能(neng)使(shi)它(ta)在(zai)電(dian)動(dong)車(che)上(shang)有(you)很(hen)好(hao)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。

在城市市區運行的公交車，其運行線路在20公裏以內，以超級電容為唯一能源的電動汽車，一次充電續駛裏程可達20公裏以上，在城市公交車將會有廣闊的應用前景。

電動汽車屬於新能源汽車，包括純電動汽車

，BEV）、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車（FuelCellElectricVehicle，FCEV）三種類型。它集光、機、電、化各學科領域中的最新技術於一體
，是汽車、電力拖動、功率電子、智能控製、化學電源、計算機、xinnengyuanhexincailiaodenggongchengjishuzhongzuixinchengguodejichengchanwu。diandongqicheyuchuantongqichezaiwaixingshangmeiyoushenmequbie，tamenzhijiandezhuyaoqubiezaiyudongliqudongxitong。

電動汽車采用蓄電池組作儲能動力源，給電機驅動係統提供電能，驅動電動機，推動車輪前進。雖然電動汽車的爬坡度、時shi速su不bu及ji傳chuan統tong汽qi車che，但dan在zai行xing駛shi過guo程cheng中zhong不bu排pai放fang汙wu染ran，熱re輻fu射she低di，噪zao音yin小xiao
，不bu消xiao耗hao汽qi油you，結jie構gou簡jian單dan
，使shi用yong維wei修xiu方fang便bian
，是shi一yi種zhong新xin型xing交jiao通tong工gong具ju，被bei譽yu為wei“明日之星”，受到世界各國的青睞。

 超級電容器簡介

超級電容器又稱為電化學電容器，是20世紀年代末出現的一種新產品，電容量高達法拉級。
以使用的電極材料來看，目前主要有3種類型：高比表麵積碳材料超級電容器、金屬氧化物超級電容器
、導電聚合物超級電容器。

1基本原理
根據電化學電容器儲存電能的機理的不同，可以將它分為雙電層電容器
，EDLC）和贗電容器（Pesudocapaeitor）。碳基材料超級電容器能量儲存的機理主要是靠碳表麵附近形成的雙電層，因此通常稱為雙電層電容；而金屬氧化物和導電聚合物主要靠氧化還原反應產生的贗電容。

雙shuang電dian層ceng電dian容rong器qi的de基ji本ben原yuan理li是shi利li用yong電dian極ji和he電dian解jie質zhi之zhi間jian形xing成cheng的de界jie麵mian雙shuang電dian層ceng來lai存cun儲chu能neng量liang的de一yi種zhong新xin型xing電dian子zi元yuan件jian。當dang電dian極ji和he電dian解jie液ye接jie觸chu時shi，由you於yu庫ku侖lun力li
、分子間力或者原子間力的作用，使固液界麵出現穩定的、fuhaoxiangfandeliangcengdianhe，chengweijiemianshuangdianceng。shuangdiancengdianrongdedaxiaoyudianjidianweihebiaomianjidedaxiaoyouguan。shuangdiancengdianrongqidianjitongchangyoujuyougaobibiaomianjideduojieL碳材料組成。碳材料具有優良的導熱和導電性能，其密度低，抗化學腐蝕性能好，熱膨脹係數小
，可以通過不同方法製得粉末、顆粒
、塊狀、纖維、布、氈等多種形態。

贗電容是在電極表麵或者體相的二維或準二維空間上，電活性物資進行欠電位沉積，發生高度可逆的化學吸附／脫附或氧化／還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)，產(chan)生(sheng)與(yu)電(dian)極(ji)充(chong)電(dian)電(dian)位(wei)有(you)關(guan)的(de)電(dian)容(rong)。由(you)於(yu)贗(yan)電(dian)容(rong)不(bu)僅(jin)發(fa)生(sheng)在(zai)表(biao)麵(mian)
，而(er)且(qie)可(ke)以(yi)深(shen)入(ru)內(nei)部(bu)，因(yin)而(er)可(ke)獲(huo)得(de)比(bi)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容(rong)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)和(he)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)。相(xiang)同(tong)電(dian)極(ji)麵(mian)積(ji)下(xia)，贗(yan)電(dian)容(rong)可(ke)以(yi)是(shi)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容(rong)量(liang)的(de)10～100倍。目前贗電容電極材料主要為一些金屬氧化物和導電聚合物。
[page]
2與傳統電容器、電池的區別
dianhuaxuedianrongqihedianchideyunxingjilicongyuanlishangjiubutong。duiyushuangdiancengxingchaojidianrongqi
，dianhecunchushifeifaladiguocheng
，jilixiangdemeiyoufashengtongguodianjijiemiandedianziqianyi，dianhehenengliangdecunchushijingdianxingde。erduidianchieryan
，shizhishangfashenglefaladiguocheng，jifashenglechuanguoshuangcengdedianziqianyi，jieguoshifashengleyanghuataidebianhuahedianhuoxingcailiaohuaxuexingzhidebianhua。zongdelaishuo，dianhecunchuguochengyouruxiazhongyaodequbie：

對於非法拉第過程
，電荷的聚集靠靜電方式完成，正電荷和負電荷居於兩個分開的界麵上。

中間為真空或分子絕緣體，如雙層
、電解電容中的雲母膜
、空氣層或氧化物膜。

對dui於yu法fa拉la第di過guo程cheng，電dian荷he的de存cun儲chu靠kao電dian子zi遷qian移yi完wan成cheng
，電dian活huo性xing材cai料liao發fa生sheng了le化hua學xue變bian化hua或huo氧yang化hua態tai變bian化hua，這zhe些xie變bian化hua遵zun守shou法fa拉la第di定ding律lv並bing與yu電dian極ji電dian勢shi有you關guan在zai某mou種zhong情qing況kuang下xia就jiu能neng產chan生sheng準zhun電dian容rong。這zhe種zhong能neng量liang的de存cun儲chu是shi間jian接jie的de。
　　
zaibinenglianghebigonglvlianggexingnengcanshushangchaojidianrongqiweiyudianchihechuantongdianrongzhijian，xunhuanshouminghechongfangdianxiaolvdouyuanyuangaoyudianchi。youyushiyongshoumingchangtongchangdouchaoguoleshiyongqishebeideshouming，suoyi
，chaojidianrongqizhongshenwuxuweihu，jiazhishiyongwanhou
，duihuanjingyaoqiukuansong，wuwuran，yineryouchengqiweilvsenengyuan。
；超級電容器車用貯電裝置的優點超級電容器是綠色能源不汙染環境化學電池對環境有2次汙染。
　　
循環使用壽命長（約l0萬次）；化學電池的循環使用壽命短（20o～1000次），易損壞。
　　
充電速度快（0.3s～15min）；化學電池的充電時間長，一般要3～l0h……‘充放電效率高（98％）；化學電池的充放電效率低（70％）。
　　
功率密度高（1OOO～IO000W／Kg）；化學電池功率密度低（300W／Kg）。。
　　
超級電容器徹底免維護，工作溫度範圍寬一40～+70～C），容量變化小；鉛酸電池電動車在一℃時
，續駛裏程減少90％
，而超級電容器隻減少10％。
　　
超級電容器電動大客車刹車再生能量回收效率高，常規製動時回收高達70％
，化學電池能量回收效率僅為5％。
　　
相對成本低。超級電容器的價格比鉛酸電池高一倍
，但由於超級電容器的壽命比化學電池高～100倍，所以超級電容器電動車的綜合運營成本大大低於化學電池。

超級電容器在電動車上的應用

全球每年通過公交係統在固定線路上出動的運輸車輛約是5000億次
，其中人們最普遍使用的運輸工具仍是公交車輛。2000年的銷售量為l8-3萬輛，今後5年裏，每年銷售達到22。0萬輛。美國達4.0萬輛。估計到2010年公交車輛的擁有量將達65萬輛。這麼多車輛若不進行改造，仍然采用柴油或汽油
，那需要的油料量將成為沉重的負擔，造成的空氣汙染也很明顯圈。
　　
據估計燃料電池在最近十年內還不可能達到規模化生產嘲。撇開成本昂貴的燃料電池不說，我國已在使用或即將推廣的車用乙醇汽油
、天然氣車的項目，也擺脫不了高成本的困擾：由於燃料乙醇的生產成本高於汽油
，國家有關部門正在製定補貼方寨

，以使車用乙醇汽油的價格與同號汽油持平；yanjiuyutantaoranqifadongjidejiagebitongpailiangchaiyoujichengbeizeng，zaiquanguolvxianpiliangzhuangbeitianranqifadongjidebeijingshigongjiaozonggongsiyouguanrenshichengren，muqiantianranqichezhuyaomanzuchanganjieyixiandeyunyingxuyao191。
　　
而超級電容器正好解決了這一難題，超級電容器的容量有足夠大，成本很低，對環境又無汙染。
　　
大功率的超級電容器對於電動汽車的啟動、加速和上坡行駛具有極其重要的意義：在汽車啟動和爬坡時快速提供大功率電流；在汽車正常行駛時由蓄電池快速充電；在zai汽qi車che刹sha車che時shi快kuai速su存cun儲chu發fa電dian機ji產chan生sheng的de大da電dian流liu
，這zhe些xie可ke以yi減jian少shao電dian動dong汽qi車che對dui蓄xu電dian池chi大da電dian流liu充chong電dian的de限xian製zhi
，大da大da延yan長chang蓄xu電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming，提ti高gao電dian動dong汽qi車che的de實shi用yong性xing。鑒jian於yu電dian化hua學xue超chao級ji電dian容rong器qi的de重zhong要yao性xing，各ge工gong業ye發fa達da國guo家jia都dou給gei予yu了le高gao度du重zhong視shi，並bing成cheng為wei各ge國guo重zhong點dian的de戰zhan略lve研yan究jiu和he開kai發fa項xiang目mu。

1在純電動車上的應用及發展

超級電容對整車動力性能的影響主要在於對續駛裏程的影響。超級電容的容量、能量密度、放電深度
、功率密度等性能參數都會影響車輛行駛的能量消耗和續駛裏程川。
　　
哈爾濱工業大學電磁與電子技術研究所研究出用超級電容器做儲能器件的電動客車，這是一種隻需充電I5分鍾便能連續行駛25公裏，而最高時速可達52公裏的電動客車。據悉

，由該所承擔的省“十五”科技攻關重大項目——“以電容為能源的電動車”
　　
等3個項目，已通過省科技廳鑒定。該項研究在以電容為能源的電動車續駛裏程、最高車速等方麵達到了國際先進水平。這種超級電容電動客車的研製為國內首創，其性能指標達到了國際同類產品的先進水平。
　　
該項目在整車控製技術、電驅動技術、電容管理均衡技術方麵實現了突破和創新。據了解，目前在國際上
，汙染小、節省能源的電動汽車已引起相當高的重視。在電動車的部件中
，超級電容器憑借使用壽命長、安全性強等特點
，已成為電動汽車開發的重要方向之一。這種以電容為能源的電動客車無汙染、零排放、低溫特性好，適合於北方城市公交運行，具有良好的市場前景和社會效益I嘲。
　　
將(jiang)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)應(ying)用(yong)到(dao)電(dian)動(dong)公(gong)交(jiao)車(che)上(shang)已(yi)經(jing)是(shi)一(yi)個(ge)很(hen)熱(re)門(men)的(de)話(hua)題(ti)了(le)。由(you)於(yu)公(gong)交(jiao)線(xian)路(lu)站(zhan)點(dian)是(shi)固(gu)定(ding)不(bu)變(bian)的(de)
，超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)很(hen)短(duan)
，在(zai)一(yi)分(fen)鍾(zhong)之(zhi)內(nei)即(ji)可(ke)完(wan)成(cheng)，所(suo)以(yi)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)公(gong)交(jiao)車(che)進(jin)站(zhan)的(de)時(shi)間(jian)充(chong)電(dian)，這(zhe)樣(yang)既(ji)不(bu)影(ying)響(xiang)乘(cheng)客(ke)的(de)乘(cheng)車(che)時(shi)間(jian)，又(you)不(bu)會(hui)像(xiang)現(xian)在(zai)的(de)有(you)軌(gui)電(dian)車(che)那(na)樣(yang)車(che)頂(ding)上(shang)必(bi)須(xu)有(you)兩(liang)個(ge)“辮子”，這樣也省去了電車軌道設置的費用
，看起來也更美觀一些。

chaojidianrongqiyougequedianjiushinengliangmiduxiao，chongdianyicizhinengpaohenduandelucheng，dantadechongdiansudukuai，chongwanjiukeyijiezhepao。genqiansuandianchibijiaozheyidianyaohaohenduo，qiansuandianchichongyicidiandeyao5—8小xiao時shi

，所suo以yi隻zhi要yao在zai線xian路lu上shang合he適shi的de地di方fang建jian立li一yi個ge超chao級ji電dian容rong器qi電dian動dong大da客ke車che充chong電dian站zhan就jiu可ke以yi了le
，而er投tou資zi建jian設she一yi個ge這zhe樣yang的de充chong電dian站zhan的de費fei用yong比bi建jian一yi個ge加jia油you站zhan小xiao得de多duo，也ye比bi建jian設she一yi個ge同tong樣yang規gui模mo的de加jia氣qi站zhan或huo鉛qian酸suan電dian池chi充chong電dian站zhan省sheng錢qian。[page]

2在混合動力車上的應用
純電動汽車盡管具有上述優點

，但由於電池容量的限製，致使車輛在續駛裏程和爬坡、加速性能上不及通常的汽車。雖然人們在蓄電池的研究開發上做了多方努力，也難以達到通常轎車那樣，加滿油後可行駛4OO一500公裏的裏程[91。要充分滿足用戶的欲望
，目前僅靠現有蓄電裝置的性能是難以實現的
，於是就有了混合電動車的出現。I“混合動力車是專門為城市公共交通設計開發的，既可用電又可用油，是短期內電動汽車最現實的產業化產品。

這種車與同類型的傳統汽車相比尾氣排放可減少50％70％，降低燃油消耗30％以上
，能夠滿足日益嚴格的環保要求，既有電動車的節能和低排放的特點
，又具有燃油汽車的方便性能Il21。混合動力源電動車按照能量合成的形式主要分為串聯式（SeriesHybridElectricVehicle，SHEV）和並聯式，PHEV）兩liang種zhong。在zai串chuan聯lian式shi混hun合he動dong力li係xi統tong中zhong，由you發fa動dong機ji驅qu動dong發fa電dian機ji
，利li用yong發fa出chu的de電dian能neng由you電dian動dong機ji驅qu動dong車che輪lun。即ji發fa動dong機ji所suo發fa出chu的de動dong能neng全quan部bu要yao先xian轉zhuan換huan成cheng電dian能neng，利li用yong這zhe一yi電dian能neng使shi車che輛liang行xing駛shi。並bing聯lian式shi混hun合he動dong力li係xi統tong采cai用yong的de是shi發fa動dong機ji與yu電dian動dong機ji驅qu動dong車che輪lun
，根gen據ju情qing況kuang來lai運yun用yong這zhe兩liang個ge動dong力li源yuan，由you於yu動dong力li源yuan是shi並bing行xing的de，故gu稱cheng為wei並bing聯lian式shi混hun合he動dong力li係xi統tong。此ci外wai，還hai存cun在zai混hun聯lian式shi
，也ye稱cheng串chuan並bing聯lian式shi，它ta可ke以yi最zui大da限xian度du地di發fa揮hui串chuan聯lian式shi與yu並bing聯lian式shi的de各ge自zi優you點dian。
　
　
jiumuqiansuozhizaodehunhediandongchelaikan
，tadedonglixitongshiyiranyoufadongjizuoweizhuyaodongli，qidianlinengliangzhuzangxitongtongchangshiercidianyuan
，ermuqiansuoyingyongdeercidianyuancunzaihenduodequedianyoudaidafudugaijin，erzhexiewentidoukeyiyongchaojidianrongqidaitijiejue，zaineiranjichededianqidongxitongzhongcaiyongchaodarongliangdianrongqifuzhuqidongzhuangzhi，xianshilejiaotuchudeyoushi，qibiaoxianzai：
　　
1.由於起動功率的增加，縮短了柴油一發電機組的起動時間。柴油機旋轉加速度增加，提高了燃油點燃質量。
2.降低了起動時蓄電池組的最大電流負荷，有助於延長蓄電池的使用壽命。
3.確保了起動的可靠性，特別是在低溫以及蓄電池組虧電或參數變壞時尤為明顯。
4.在現有蓄電池技術狀況下，可以有效減小蓄電池容量。
　　
但dan超chao級ji電dian容rong器qi並bing不bu能neng完wan全quan取qu代dai電dian池chi，因yin為wei它ta的de能neng量liang密mi度du比bi較jiao低di。超chao級ji電dian容rong器qi單dan體ti的de工gong作zuo電dian壓ya較jiao低di，因yin此ci要yao通tong過guo多duo個ge電dian容rong器qi單dan體ti的de串chuan聯lian才cai能neng得de到dao較jiao高gao的de工gong作zuo電dian壓ya
，而er多duo個ge單dan體ti串chuan聯lian對dui單dan體ti的de統tong一yi性xing要yao求qiu比bi較jiao高gao
，且qie串chuan聯lian起qi來lai後hou體ti係xi的de容rong量liang又you會hui成cheng倍bei減jian少shao。現xian在zai這zhe方fang麵mian的de很hen多duo工gong藝yi都dou還hai在zai研yan發fa當dang中zhong。
　　
超chao級ji電dian容rong的de特te性xing正zheng好hao滿man足zu混hun合he動dong力li電dian動dong汽qi車che的de特te殊shu要yao求qiu。利li用yong超chao級ji電dian容rong瞬shun時shi高gao功gong率lv特te性xing，避bi免mian了le要yao求qiu發fa動dong機ji頻pin繁fan起qi動dong和he蓄xu電dian池chi提ti供gong瞬shun間jian大da功gong率lv的de特te殊shu要yao求qiu，同tong時shi還hai可ke以yi對dui製zhi動dong能neng量liang進jin行xing回hui收shou利li用yong，從cong而er可ke以yi節jie約yue能neng源yuan、減少排放汙染
，尤其適合經常在城市行駛的混合動力電動汽車。在回收製動能量方麵，汽車在行駛過程中至少有30％的能量因熱量散發和製動而消耗掉，特別是在城市行駛，經常遇到紅燈，這樣不僅造成能源浪費，而且增加環境汙染。
　　
如能把製動所消耗的能量回收起來用於汽車起動
、jiasu
，keweiyijuliangde。youyuxudianchichongdianshitongguohuaxuefanyinglaiwanchengde
，suoxushijianjiaochang，danzhidongshijianjiaoduan，yinerhuishounengliangxiaoguobujia。xianzhengchuyuyanjiuzhongdefeilundianchi，youyujingduyaoqiugao
、製作難度大
，短時間還難以進入實用階段。超級電容獨有的特性非常適合用於製動過程中能量回收
，而且成本較低，應用前景廣闊。
　　
在(zai)為(wei)發(fa)動(dong)機(ji)冷(leng)起(qi)動(dong)時(shi)提(ti)供(gong)瞬(shun)時(shi)大(da)功(gong)率(lv)方(fang)麵(mian)，發(fa)動(dong)機(ji)的(de)冷(leng)起(qi)動(dong)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)提(ti)出(chu)了(le)特(te)殊(shu)的(de)要(yao)求(qiu)

，蓄(xu)電(dian)池(chi)必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)瞬(shun)間(jian)大(da)功(gong)率(lv)

，發(fa)動(dong)機(ji)才(cai)可(ke)能(neng)起(qi)動(dong)。然(ran)而(er)，一(yi)般(ban)蓄(xu)電(dian)池(chi)不(bu)具(ju)備(bei)這(zhe)種(zhong)特(te)性(xing)，除(chu)非(fei)用(yong)起(qi)動(dong)點(dian)火(huo)型(xing)電(dian)池(chi)
，但(dan)是(shi)起(qi)動(dong)點(dian)火(huo)型(xing)電(dian)池(chi)並(bing)不(bu)適(shi)合(he)長(chang)時(shi)期(qi)小(xiao)電(dian)流(liu)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)，而(er)且(qie)在(zai)低(di)溫(wen)下(xia)經(jing)常(chang)失(shi)效(xiao)
，因(yin)此(ci)也(ye)不(bu)適(shi)合(he)。
　　
研yan究jiu發fa現xian，如ru果guo把ba超chao級ji電dian容rong和he蓄xu電dian池chi聯lian合he用yong在zai發fa動dong機ji起qi動dong係xi統tong，發fa揮hui超chao級ji電dian容rong的de獨du有you特te性xing，構gou成cheng新xin型xing的de起qi動dong係xi統tong，這zhe個ge問wen題ti就jiu可ke迎ying刃ren而er解jie了le。
　　
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)儲(chu)能(neng)元(yuan)件(jian)，其(qi)出(chu)現(xian)填(tian)補(bu)了(le)傳(chuan)統(tong)靜(jing)電(dian)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)化(hua)學(xue)電(dian)源(yuan)之(zhi)間(jian)的(de)空(kong)白(bai)
，憑(ping)借(jie)著(zhe)低(di)成(cheng)本(ben)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)優(you)勢(shi)，加(jia)上(shang)對(dui)環(huan)境(jing)的(de)無(wu)汙(wu)染(ran)使(shi)得(de)人(ren)們(men)對(dui)它(ta)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)視(shi)。隨(sui)之(zhi)對(dui)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)研(yan)究(jiu)的(de)深(shen)入(ru)，超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)在(zai)這(zhe)方(fang)麵(mian)應(ying)用(yong)的(de)優(you)勢(shi)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)明(ming)顯(xian)。超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)決(jue)定(ding)了(le)其(qi)市(shi)場(chang)前(qian)景(jing)非(fei)常(chang)廣(guang)闊(kuo)，而(er)低(di)成(cheng)本(ben)又(you)決(jue)定(ding)了(le)其(qi)顯(xian)著(zhu)的(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)。雖(sui)然(ran)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)存(cun)在(zai)著(zhe)比(bi)容(rong)量(liang)偏(pian)低(di)的(de)缺(que)陷(xian)，但(dan)相(xiang)信(xin)通(tong)過(guo)改(gai)進(jin)
，一(yi)定(ding)會(hui)推(tui)動(dong)汽(qi)車(che)行(xing)業(ye)發(fa)生(sheng)質(zhi)的(de)飛(fei)躍(yue)。