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超级电容器
超级电容器(Supercapacitor,Ultracapacitor)又名化学电容器(Electrochemical Capacitor)是一种电荷的储存器,当电源的电压连接在电容器的两端时,电源的电荷就储存在电容器中。超级电容器比能量高,功率释放能力强,清洁无污染,寿命长达百万次。利用电容器能够储存大量电荷,快速、大电流冲放电的特性,可以为电动车辆的起动提供强大的电流,能够高效率的储存电动车辆制动反馈的电能,弥补了动力蓄电池的不足,延长蓄电池的寿命。超级电容器是电动车辆上重要的储能装置,其与蓄电池的主要性能比较见下表。
超级电容器与蓄电池主要性能比较
项目
单位
蓄电池
超级电容器
平均放电时间
s
20~180
~30
平均充电时间
s
90~360
~30
比能量
W·h/kg
20~200
5~20
比功率
W/kg
50~300
1000~2000
循环寿命
次
500~2000
>100000
1、电容器工作原理
电容器是由两个彼此绝缘的平板形金属电容板组成,在两块电容板之间用绝缘材料隔开。电容器极板上所储集的电量q与电压成正比。电容器的计量单位为“法拉”(F)。当电容充上1V的电压,如果极板上储存1F的电荷量,则该电容器的电容量就是1F。
电容器的电容量:
C=εA/d F
式中:ε——电介质的介电常数,F/m;
A——电极表面积,m2;
d——电容器间隙的距离,m。
电容器的容量只取决于电容板的面积,与面积的大小成正比,而与电容板的厚度无关。另外,电容器的电容量还与电容板之间的间隙大小成反比。当电容元件进行充电,电容元件上的电压增高,电场能量增大,电容器从电源上获得电能,电容器中储存的电量E为:
E=CU2/2
式中:U——外加电压,V。
当电容元件进行放电,电容元件上的电压降低,电场能量减小,电容器从电源上释放能量,释放的最大电量为E。
2、超级电容器的特性
超级电容器可以大电流放电,可以补充主电源(蓄电池或燃料电池)在电动车辆起动时所需要的峰值电流,减小主电源的负荷。上海“奥威”科技开发公司UCT-80000F超级电容器在不同放电电流时的放电曲线见图1,在不同温度时的放电曲线见图2。
电动车辆上所采用的超级电容器的单位容量要求在1500F以上,因此要将单体电容器进行串联组合。当多个单体电容器串联时,单体与单体之间存在的差异会影响电容器组件的性能,因此需要安装电压平衡装置,以保证各个单体电容器之间的电压的一致性。
3、国产超级电容器的技术性能
上海奥威科技开发有限公司生产的超级电容器
上海奥威科技开发有限公司生产的超级电容器技术性能
项目
启动型
牵引型
UCS-3000
UCS-6000
UCS-10000
UTS-2000
UTS-3000
UTS-5000
UTS-8000
UTS-10000
工作电压(V)
~
~
~
~
~
~
~
~
容量(A·h)
3000
6000
10000
2000
3000
5000
8000
10000
储存能量(