动力电池及管理系统诊断与维修 6.2 超级电容器、燃料电池的结构原理与应用 6.2 超级电容和燃料电池.pptx

第5章 锂离子动力电池及其应用 第4章 碱性动力电池及其应用 第6章 用于电动汽车的其他动力源 第2章 电动汽车动力电池基本知识 第1章 电动汽车与动力电池发展历程 第7章 电动汽车电源管理系统 第3章 铅酸动力电池及其应用目录【引入】除铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池之外，还有多种动力电池因其在能量密度、功率密度、使用寿命或安全性等一个或几个方面的优良特性，而在某些电动车辆上有所应用，或将成为未来应用的热点和重点。本章学习目标1.掌握锌空气电池原理与应用；2.掌握飞轮电池原理与应用；3.掌握超级电容的结构原理与应用；4.掌握燃料电池的结构原理与应用。第6章 用于电动汽车的其他动力源1.锌空气电池的结构原理与应用2.超高速飞轮的结构原理与应用3.超级电容器的结构原理与应用4.燃料电池的结构原理与应用21超级电容器工作原理超级电容器分类3超级电容器特性4超级电容器在电动汽车上的应用实例3.超级电容器的结构原理与应用学习目的超级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。电容的计量单位为“法拉”(F)。当电容器充上1V电压，如果极板上存储1F电荷量，则该电容器的电容量就是1F。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间的间隙大小成反比，当电容元件充电时，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，电容器存储的能量E为当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产q的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同向之间的接触面上，以正负电极之间极短间隙排列在相反的位置上，此电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。超级电容器原理示意图超级电容器分类1.按工作原理分：双电层型超级电容器赝电容型超级电容器2.按电解质类型分：水性电解质超级电容器有机电解质超级电容器①酸性电解质，多采用36%H2SO4水溶液作为电解质；②碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶剂；③中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。超级电容器特性超级电容在相同的放电电流情况下，电压随放电时间呈线性下降的趋势。超级电容器的额定容量定义为规定的恒定电流(如1000F以上的超级电容器规定的充电电流为100A，200F以下的为3A)充电到额定电压后保持2～3min，在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值，单位为法拉(F)。超级电容器特性超级电容主要有以下特点：1)输出功率密度高。超级电容器的内阻很小，输出功率密度高达数千瓦每千克。2)极长的充放电循环寿命。超级电容器循环寿命可达上万次。3)非常短的充电时间。完全充电时间只要10～12min。4)储存寿命极长。理论上超级电容器的储存寿命几乎可以认为是无限的。5)比能量低。这一缺陷制约了超级电容的应用。超级电容器在电动汽车上的应用实例目前，世界各国争相研究，并越来越多地将其应用到电动车辆上。美国能源部最早于20世纪90年代就在《商业时报》上发表声明，强烈建议发展电容器技术，并使这项技术应用于电动汽车上。能源部的声明使得像Maxwell等一些公司开始进入电化学电容器这一技术领域。本田的FCX燃料电池一超级电容混合动力汽车是世界上最早安现商品化的燃料电池轿车，该车已于2002年在日本和美国加州上市；日产公司于2002年6月24日生产了安装有柴油机、电动机和超级电容的并联混合动力卡车，此外还推出了天然气超级电容混合动力客车，该车的经济性是原来传统天然气汽车的2～4倍；日本富士重工推出的电动汽车已经使用了日立机电制作的锂离子蓄电池和松下电器制作的储能电容器的联用装置。美国在超级电容混合动力汽车方面的研究也取得了一定进展，Maxwell公司所开发的超级电容器在各种类型电动汽车上都得到了良好的应用。美围NASALewis研究中心研制的混合动力客车采用超级电容作为主要的能量存储系统。国内以超级电容为储能系统的电动汽车的研究取得了一系列成果。2004年7月，我国首部“电容蓄能变频驱动式无轨电车”在上海张江投入试运行，该公交车利用超级电容比功率大和公共交通定点停车的特点，当电车停靠站时在30 s内快速充电，充电后就可持续提供电能，时速可达44 km/h。哈尔滨工业大学和巨容集团研制的超级电容器电动公交车，可容纳50名乘客，最高速度20