超級電容在電動汽車中的應用

目前，蓄電池是電動汽車最常用的能量存儲裝置。在純電動汽車上，鉛酸電池其比能量、深放電循環壽命、快速充電等方面均比鎳氫電池、鋰離子電池差。鎳氫電池均勻性較差，自放電率較高。鋰離子蓄電池正極材料LiCoO2 價格高，且必須有特殊的保護電路。單一類型的儲能方式，很難同時滿足所有工作特性。混合電源則可以發揮不同儲能裝置的優勢，是新能源汽車研究的方向之一。
本文用超級電容作為能量緩沖單元，與蓄電池直接并聯構成混合能源，不但可以降低瞬時大功率需求時對蓄電池的沖擊，同時可以利用超級電容可以大電流充電的特性回饋能量。
1　電動汽車常規儲能系統
電動汽車的常規儲能系統的兩種典型工作模式，如圖1、圖2 所示：

圖1　常規動力裝置純電動工作模式

圖2　常規動力裝置能量回饋工作模式
電動汽車常規動力裝置由蓄電池提供系統所需的全部能量，并且在制動時可以回饋能量。這種常規的儲能系統存在以下弊端：
（1）當汽車處于加速或者需要瞬時大功率需求時，蓄電池需要提供較大的供電電壓，會對供電系統造成損害。
（2）當處于制動工況時，功率變換器存在一定的變壓比，大大降低了能量的回收效率。

圖3　混合電源結構
2　超級電容混合儲能系統
蓄電池與超級電容所組成的混合電源，如圖3 所示，由蓄電池與超級電容器組直接并聯構成。由超級電容作為能量緩沖單元，因其具有大電流充、放電特性，所以可在瞬時大功率需求時提供大部分能量。
而且在制動工況時，可以將能量首選回饋到超級電容，以獲得更高的回饋效率。復合電源并聯放電時，其電流輸出如圖4 所示：

圖4　混合電源的負載及電源電流變化
可以看出，在需要瞬時大功率需求時，超級電容幾乎可以提供全部能量需求，蓄電池能量輸出量較小，且能量變化相對緩和。
3　總結
超級電容與蓄電池組成的混合電源完全可以滿足車輛行駛時的能量需求，并且可以緩沖瞬時大功率對儲能系統的沖擊，延長蓄電池的使用壽命。并且，超級電容可以瞬時大電流充電，能夠更高效的回饋能量。