第二章动力电池与能量存储..ppt

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1、第二章 动力电池与能量存储燃料驱动技术 能力转化效率%温室气体排放g/km WTTTTWWTW WTTTTWWTW汽油点燃式 75 18.914.263.3159222.3柴油压燃式 7622.817.362.993.1165CNG点燃式 8622.219.133108.7141.7LPG点燃式 7418.91462142204E10点燃式 72.518.913.762.8158221E85点燃式 53.818.91060160220M100点燃式 39.8218.4375.3138.7514DME压燃式 37.722.88.6376.3123.7500CTL压燃式 45.622.810.42

2、70135405电 锂电池 38.17528.61280128氢燃料电池 33.646.115.51400140汽油混合动力 7525.919.452134186柴油混合动力 7630.42345112157燃料电池混合动力 33.657.919.51145119典型燃料与驱动技术的效率与碳排放汽油机汽车能源转换效率汽油机汽车能源转换效率WTT 石油石油油箱油箱85%能量转换为汽油能量转换为汽油15%能量损耗能量损耗汽油机汽车能量转换效率汽油机汽车能量转换效率TTW 注入注入油箱油箱的汽的汽油油热损耗热损耗65.3%摩擦损耗摩擦损耗 8.5%燃料损耗燃料损耗4.2%辅助机件损耗辅助机件损耗2.

3、5%传动系统损耗传动系统损耗1.6%17.9%能量推动汽车车车轮轮 电动汽车能源转换效率电动汽车能源转换效率WTT 煤、核能等煤、核能等100%电池电池42%能量转换为电能能量转换为电能58%能量损耗能量损耗电动汽车能量转换效率电动汽车能量转换效率TTW 充入汽充入汽车的电车的电能能100%充电过程损耗充电过程损耗17%电机损耗电机损耗 7%机械传动损耗机械传动损耗 1%变流损耗变流损耗 3%辅助机件损耗辅助机件损耗5%67%能量推动汽车能量推动汽车车车轮轮汽油机汽车与电动汽车能量利用效率比较汽油机汽车与电动汽车能量利用效率比较WTTTTWWTW汽油机汽汽油机汽车车85%(75%)17.9%(

4、18.9%)15%(14.2%)电动汽车电动汽车42%(38.1%)67%(60%)28%(22.9%)注：()内为我国数据2.1 动力电池分类和基本要求动力电池分类和基本要求电池是电动汽车的动力源，是能量的存贮装置。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的电池。2.1.1 新能源汽车动力电池分类新能源汽车动力电池分类按电池的工作性质及使用特征分类按电池的工作性质及使用特征分类按电池的工作性质及使用特征来分类，一般分为四类：一次电池。又称“原电池”，即放电后不能用充电的方法使它复原的电池。如：锌锰干电池，锌汞电池，银锌电池二次电池。又称“蓄电池”，即

5、放电后又可用充电的方法使活性物质复原而能再次放电，且可反复多次循环使用的一类电池。如：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锌空气电池。贮备电池。又称“激活电池”，是正、负极活性物质和电解液不直接接触，使用前临时注入电解液或用其他方法使电池激活的一类电池。如；镁银电池、钙热电池、铅高氯酸电池。燃料电池。又称“连续电池”，即只要活性物质连续地注入电池，就能长期不断地进行放电的一类电池。如：氢燃料电池、肼空燃料电池。2.1.1 新能源汽车动力电池分类新能源汽车动力电池分类按电池反应原理分类按电池反应原理分类按电池反应原理可以分为化学电池、物理电池和生物电池三大类：化学电池。利用物质的化学反应发

6、电，化学电池按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。化学电池按电解质分为酸性电池、碱性电池、中性电池、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池等。化学电池按电池的特性分为高容量电池、密封电池、高功率电池、免维护电池、防爆电池等。化学电池按正负极材料分为锌锰电池系列、镍福镍氢系列、铅酸系列、锉电池系列等。物理电池。物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池。如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。生物电池。生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。2.1.2 电池的基本术语和性能指标电池的基本术语和性能指标 电压电压电压分电动势，额定电

7、压、开路电压、放电电压和终止电压等。电动势。为组成电池的两个电极的平衡电位之差。端电压。电池的端电压是指电池正极与负极之间的电位差。开路电压。电池的开路电压是无负荷情况下的电池电压。开路电压不等于电池的电动势。工作电压。电池在某负载下实际的放电电压，通常是指一个电压范围。例如，铅酸蓄电池的工作电压在2V1.8V；镍氢电池的工作电压在1.5V1.1V；锂离子电池的工作电压在3.6V2.75V。额定电压。系指该电化学体系的电池工作时公认的标准电压。终止电压，指放电终止时的电压值，视负载和使用要求不同而异。充电电压。指外电路直流电压对电池充电的电压。一般的充电电压要大于电池的开路电压，通常在一定的范

8、围内。电压效率。指电池的工作电压与电池电动势的比值。电池放电，由于存在电化学极化、浓差极化和欧姆压降，使电池的工作电压小于电动势。改进电极结构(包括真实表面积、孔率、孔径分布、活性物质粒子的大小等)和加入添加剂(包括导电物质、膨胀剂、催化剂、疏水剂、掺杂等)是提高电池电压效率的两个重要途径。2.1.2 电池的基本术语和性能指标电池的基本术语和性能指标 内阻内阻电池在短时间内的稳态模型可以看作为一个电压源，其内部阻抗等效为电压源内阻，内阻大小决定了电池的使用效率。蓄电池的内阻包括：正负极板的电阻，电解液的电阻，隔板的电阻和连接体的电阻等。正负极板电阻，目前普遍使用的铅酸蓄电池正、负极板为涂膏式，

9、由铅锑合金或铅钙合金板栅架和活性物质两部分构成。因此，极板电阻也由板栅电阻和活性物质电阻组成。板栅在活性物质内层，充放电时，不会发生化学变化，所以它的电阻是板栅的固有电阻。活性物质的电阻是随着电池充放电状态的不同而变化的。当电池放电时，极板的活性物质转变为硫酸铅，硫酸铅含量越大，其电阻越大。而电池充电时将硫酸铅还原为铅，硫酸铅含量越小，其电阻越小。电解液电阻，电解液的电阻视其浓度不同而异。在规定的浓度范围内一旦选定某一浓度后，电解液电阻将随充放电程度而变。电池充电时，在极板活性物质还原的同时电解液浓度增加，其电阻下降；电池放电时，在极板活性物质硫酸化的同时电解液浓度下降，其电阻增加。隔板电阻，

10、隔板的电阻视其孔率而异，新电池的隔板电阻是趋于一个固定值，但随电池运行时间的延长，其电阻有所增加。因为，电池在运行过程中有些铅渣和其他沉积物在隔板上，使得隔板孔率有所下降而增加了电阻。连接体电阻，连接体包括单体电池串联时连接条等金属的固有电阻，电池极板间的连接电阻，以及正、负极板组成极群的连接体的金属电阻，若焊接和连接接触良好，连接体电阻可视为一固定电阻。2.1.2 电池的基本术语和性能指标电池的基本术语和性能指标 容量和比容量容量和比容量容量。指电池在充足电以后，在一定的放电条件下所能释放出的电量，以符号C表示,其单位为安时(Ah)或毫安时(mAh),容量与放电电流大小有关，与充放电截止电压

11、也有关系。电池的容量可分为理论容量、额定容量、实际容量和标称容量：理论容量，假设电极活性物质全部参加电池的电化学反应所能提供的电量，是根据法拉第定律计算得到的最高理论值额定容量，额定容量也称保证容量，是指设计和制造电池时，按照国家或相关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下能够放出的最低限度的电量。实际容量，实际容量是指电池在一定的放电条件下实际放出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，对于实用中的化学电源，其实际容量总是低于理论容量而通常比额定容量大10%20%。标称容量，标称容量(或公称容量)是用来鉴别电池适当的近似值。比容量。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念。比容量是指单位

12、质量或单位体积的电池所能给出的电量，相应地称之为质量比容量或体积比容量2.1.2 电池的基本术语和性能指标电池的基本术语和性能指标 能量能量电池的能量是指在一定放电制度下电池所能输出的电能，通常用瓦时(Wh)表示。电池的能量反映了电池做功能力的大小，也是电池放电过程中能量转换的量度。他影响电动汽车的行驶距离理论能量，假没电池在放电过程中始终处于平衡状态，其放电电压保持电动势的数值，而且、活性物质的利用率为100，即放电容量等于理论容量，则在此条件下电池所输出的能量为理论能量，也就是可逆电池在恒温、恒压下所做的最大功。实际能量，实际能量是电池放电时实际输出的能量。它在数值上等于电池实际容量与电池

13、平均工作电压的乘积。比能量，比能量分为质量比能量和体积比能量。质量比能量是指单位质量电池所能输出的能量，单位常用Wh/Kg。体积比能量是指单位体积电池所能输出的能量，也称能量密度，单位常用Wh/L。常用比能量来比较不同的电池系列.比能量也分为理论比能量和实际比能量。2.1.2 电池的基本术语和性能指标电池的基本术语和性能指标 效率效率动力电池作为能量存储器，充电时把电能转化为化学能储存起来，放电时把电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的能量损耗。通常用电池的容量效率和能量效率来表示。容量效率,容量效率是指电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比。影响电池容量效率的主要因素是副反

14、应。当电池充电时，有一部分电量消耗在水的分解上。此外，自放电、电极活性物质的脱落、结块、孔率收缩等也降低容量输出。能量效率，能量效率也称电能效率，是指电池放电时输出的能量与充电时输入的能量之比，影响能量效率的原因是电池存在内阻，它使电池充电电压增加，放电电压下降。内阻的能量损耗以电池发热的形式损耗掉。2.1.2 电池的基本术语和性能指标电池的基本术语和性能指标 功率与比功率功率与比功率电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内输出的能量，单位为瓦(w)或千瓦(kw)。单位质量或单位体积电池输出的功率称为比功率，单位为W/kg或W/L。放电电流和放电深度放电电流和放电深度在谈到电池容量或能量

15、时，必须指出放电电流大小或放电条件，通常用放电率表示。放电率,指放电时的速率，常用“时率”和“倍率”表示。时率是指以放电时间(h)表示的放电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需的时间。倍率，指电池在规定时间内放出额定容量所输出的电流值，数值上等于额定容量的倍数。例如2“倍率”放电，表示放电电流数值为额定容量的2倍，若电池容量为3Ah，那么放电电流应为23=6A，也就是2“倍率”放电。放电深度,表示放电程度的一种量度，为放电容量与总放电容量的百分比，简称DOD(depth of discharge)。荷电荷电电池还有多少电量，又称剩余电量，常取其与额定容量或实际容量的比值，称荷电程度。2.1

16、.2 电池的基本术语和性能指标电池的基本术语和性能指标 贮存性能和自放电贮存性能和自放电对于所有化学电源，即使在与外电路没有接触的条件下开路放置，容量也会自然衰减，这种现象称为自放电，也称荷电保持能力。电池自放电的大小，用自放电率来衡量，一般用单位时间内容量减少的百分比表示：自放电率=(贮存前电池容量-贮存后电池容量)/贮存前电池容量100%。电池的自放电主要是由电极材料、制造工艺、储存条件等多方面因素决定的。一般来说，低温和低湿的环境条件下，电池的自放电率低，有利于电池的储存。寿命寿命电池的寿命分贮存寿命和使用寿命贮存寿命有“干贮存寿命”和“湿贮存寿命”两个概念。对于在使用时才加入电解液的电

17、池贮存寿命，习惯上也称为干贮存寿命。干贮存寿命可以很长。对于出厂前已加入电解液的电池贮存寿命，习惯上称为湿贮存寿命(或湿荷电寿命)。湿贮存时自放电严重，寿命较短。使用寿命是指电池实际使用的时间长短。对一次电池而言，电池的寿命是表征给出额定容量的工作时间(与放电倍率大小有关)。对充放电循环寿命，是衡量二次电池性能的一个重要参数。在一定的充放电制度下，电池容量降至某一规定值之前，电池能耐受的充放电次数，称为二次电池的充放电循环寿命。充放电循环寿命越长，电池的性能越好。在目前常用的二次电池中，镉镍电池的充放电循环寿命500800次，铅酸电池200500次，锂离子电池6001000次，锌银电池很短，约

18、100次左右。2.1.3 新能源汽车对动力蓄电池的基新能源汽车对动力蓄电池的基本要求本要求新能源汽车对动力电池的要求主要有：比能量高，为了提高电动汽车的续驶里程，要求电动汽车上的动力电池尽可能储存多能量，但电动汽车不能太重，其安装电池的空间有限，要求电池具有高的比能量。比功率大，为了能使电动汽车在加速行驶、爬坡能力和负载行驶等方面能与燃油汽车相竞争，要求电池具有高的比功率。充电技术成熟、时间短，充电技术要有通用性，能够实现无线充电。连续放电率高、自放电率低，电池能够适应快速放电的要求。适应车辆运行环境，电池能够在常温条件下正常稳定地工作，不受环境温度影响，不需要特殊加热、保温系统，能够适应电动

19、汽车行驶时的振动。安全可靠。电池应干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱、外壳。应不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。废电池能够回收处理和再生利用，电池中有害重金属能够集中回收处理。长寿命、免维护。电池的循环寿命不低于1000次，在使用寿命限定期间内，不需要进行维护和修理。性能并联式（最小值）串联式（最小值）脉冲放电功率（18s）/Kw2565充电脉冲功率（10s）/Kw3070总能量/kWh0.33.0最低效率(%)9095使用年限1010最大质量/kg4065(+10kg/kWh,超过3Kwh)操作电压范围/v300400300400操作温度范围/-4052-4052

20、最大允许自放电（kWh/d）5050表表2-1美国能源部美国能源部(DOE)/新生代汽车联合体新生代汽车联合体(PNGV)对混合动力车用蓄电池的性能要求对混合动力车用蓄电池的性能要求 2.2 电化学蓄电池组电化学蓄电池组日前常用的车用动力蓄电池主要包括铅酸电池、镍氢电池和锂电池等。铅酸电池广泛用做内燃机汽车的低压供电电源，是一种成熟的汽车电池，但存在以下主要的缺点：比能量低(28-45Wh/kg)质量和体积太大，充电续驶里程较短使用寿命较短重金属铅和硫酸对环境污染比较严重。因此，铅酸电池在电动汽车上的应用受到了很大的制约。主要用于低速电动汽车。2.2 电化学蓄电池组电化学蓄电池组镍氢电池的出现

21、是电池技术上的一次重大突破。镍氢电池有以下显著优点：能量密度相对较高(60-70 Wh/kg)无镉污染，被称为绿色电池可以大电流快速充放电电池的工作电压为1.2 V，与镍镉电池有互换性。2.2 电化学蓄电池组电化学蓄电池组锂动力电池已经成为新能源汽车研究中的一个热点技术，锂电池具有以下优点：单节工作中压高达3.6-4.2V，相当于3节镍氢电池串联能量密度高，日前质量比能量可达到150W h/kg，是镍氢电池的两倍左右能量效率高，锂离子电池能量效率可达99%以上自放电率小，一般自放电率小于6%循环使用寿命长，可以循环充放电500次以上无记忆效应可以进行大电流充放电不含重金属以及有毒物质，不污染环

22、境，是理想的绿色储能电源。2.2.1 铅酸蓄电池铅酸蓄电池 铅酸蓄电池的应用历史最长，也是最成熟、成本售价最低廉的蓄电池，已实现大批量生产。铅蓄电池结构简单、价格便宜、内阻小、可以短时间供给起动机强大的起动电流而被广泛采用。2.2.2 镍氢电池镍氢电池作为绿色高能二次电池之一的镍金属氢化物(nickelmetal hydride)二次电池，一 般简称为镍氢(NiMH)电池，是一种高能绿色环保电池，该电池以储氢合金材料替代金属镉，消除了对环境的污染，同时具有高能量密度、大功率、高倍率放电、快速充电能力、无明显记忆效应等特点，是近二十年来二次电池重点发展的方向之一。2.2.3 动力锂离子电池动力锂

23、离子电池锂电池的全称应该叫锂离子电池（简称LIB），在20世纪90年代初索尼公司将锂电池产业化。它以碳为负极，以含锂的化合物作正极；在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池名称的由来。2.2.3 动力锂离子电池动力锂离子电池锂电池的分类锂电池的分类锂电池分成两大类：不可充电的和可充电的两类。不可充电的电池称为一次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能。如锂-二氧化锰一次电池、锂亚硫酰氯一次电池。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的，如市面上常见的锂离子手机电池。按外

24、型分：有方型和柱形；按外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；按正负极材料（添加剂）分：钴酸锂(LiCoO2)电池或锰酸锂（LiMn2O4），磷酸铁锂电池，一次性二氧化锰锂电池；按电解质材料分类：分为聚合物锂离子电池和液态锂离子电池，液态锂离子电池的电解质是液态的，聚合物电池的电解质是胶体型、或者固态聚合物。聚合物锂电池的反应原理和液态锂离子电池一样，一般以软包的形式，形状可塑性强。从安全角度来讲，聚合物锂电池比锂离子电池更安全。2.2.3 动力锂离子电池动力锂离子电池锂离子蓄电池的构造与工作原理锂离子蓄电池的构造与工作原理锂离子电池通常有圆柱型和长方型两种外型。由正极、负极、电解液和隔

25、膜等组成。正极：正极是含锂的过渡金属氧化物组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。常用的金属氧化物有钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。负极：负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成，常用的片状碳材料有石墨、石墨化碳材料、改性石墨、石墨化中间相碳微粒电解液：一种有机电解液，大部分是由六氟磷酸锂（LiFL6）加上有机溶剂配成。（六氟磷酸锂由五氯化磷和溶解在无水氟化氢中的氟化锂反应结晶而成）隔膜：一种特殊的复合膜，它的功能是隔离正负极，阻止电子穿过，同时能够允许锂离子通过，从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。目前主要是聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP

26、）微孔膜。2.2.3 动力锂离子电池动力锂离子电池锂离子电池的保护锂离子电池的保护锂离子电池供电设备的安全性是人们目前最为关注的问题，所以对其的保护就非常重要。锂离子电池的保护主要包括过充电保护、过放电保护、过电流及短路保护等。过充电保护，当充电器对锂离子电池过充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。为此，保护器件需监测电池电压，当其到达电池过充电压时，即激活过充电保护功能，中止充电。过放电保护，为了防止锂离子电池的过放电状态，当锂离子电池电压低于其过放电电压检测点时，即激活过放电保护，中止放电，并将电池保持在低静态电流的待机模式。过电流及短路保护，当锂离子电池的放电电流过大

27、或短路情况产生时，保护器件将激活过电流保护功能。充放电时的温度控制，对充放电过程的温度控制也是许多设计者需要考虑的。在高温的时候对锂离子电池充放电，会有爆炸的危险；在低温的时候充放电，会对电芯造成损害。2.2.3 动力锂离子电池动力锂离子电池磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池 磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP，也叫锂铁磷）电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，其工作原理和普通锂离子电池是一样的。除具有普通锂电池的共性特点外，还有一些特点：LiFePO4电池的标称电压是3.2 V（稳定的放电平台）、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V；比容量大，高效率输出：标准放电为25C、连续高电流放

28、电可达10C，瞬间脉冲放电（10S）可达20C；工作温度范围宽广（-20 75 ），高温时性能良好：外部温度65时内部温度则高达95，电池放电结束时温度可达160，电池内部结构安全、完好；极好的循环寿命，经500次循环，其放电容量仍大于95%；过放电到零伏也无损坏，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良 好，容量为100%；可快速充电，自放电少，无记忆效应；磷酸铁锂电池低温性能差。这样的低温性能不能满足动力电源的使用要求。但当前低温性能有所提升。2.3 超级电容超级电容超级电容器：又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electroch

29、emcial Capacitor,EC),黄金电容、法拉电容等。超级电容器储能机理在1879年由Helmholz发现，1947年，Grahame 等人首先开始了汞的电毛细管现象方面的研究。1957 年，Becker 首先提出了可以将较小的电容器用做储能器件，该种器件具有接近于电池的能量密度。随后，标准石油公司(SOHIO)在燃料电池的研究开发中认识到了石墨电极表面双电层电容的巨大利用价值，1962 年该公司生产了一种工作电压为6V 的，以碳材料作为电极的电容器，大小和汽车蓄电池的大小差不多。该电容器可以驱动小舟在湖面上行驶十分钟左右。2.3.1 超级电容器的分类超级电容器的分类按电化学电容器储

30、存电能的机理分类按电化学电容器储存电能的机理分类根据电化学电容器储存电能的机理的不同,可以将它分为双电层电容器(Electric double layer capacitor,EDLC)和赝电容超级电容器(Pesudocapacitor)。碳基材料超级电容器能量储存的机理主要是靠碳表面附近形成的双电层,因此通常称为双电层电容，包括2类：平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd 公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V 以上的工作电压。绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和

31、更高的功率密度。2.3.1 超级电容器的分类超级电容器的分类按电解质分类按电解质分类按电解质可以分为水性电解质和有机电解质类型。水性电解质。包括以下几类：酸性电解质，多采用36的H2SO4 水溶液作为电解质。碱性电解质，通常采用KOH、NaOH 等强碱作为电解质，水作为溶剂。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。有机电解质。通常采用LiClO4 为典型代表的锂盐、TEABF4 作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL 等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。2.3.2 超级电容器结构与工作原理超

32、级电容器结构与工作原理超级电容器是一种与电池和传统物理电容器都不同的新型储能器件。由于它本质上的原理还是电容原理，因此要使超级电容器的电容达到法拉级，甚至上万法拉，就必须使得极板的有效表面积尽可能的大，极板之间的距离尽可能的小。超级电容器性能的最核心影响因素是电极材料，常用的电极材料有如下几种：活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料。碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极碳电极材料的表面积很大

33、，电容的大小取决于表面积和电极的距离，这种碳电极的大表面积再加上很小的电极距离，使超级电容器的容值可以非常大，大多数超级电容器可以做到法拉级，一般容值范围为15000F。超级电容器原理超级电容器原理双电层电容器。超级电容器是一种电容量可达数千法拉的电容量极大的电容,根据电容器的原理，电容量取决于电极间距离和电极表面积，为了得到如此大的电容量，超级电容器尽可能地缩小电极间距离、增加电极表面积。为此采用了双电层原理和活性炭多孔化电极，其原理是依靠固液界面的双电层达到存储电荷的目的 超级电容器原理超级电容器原理赝电容超级电容器。赝电容是在电极表面或者体相的二维或准二维空间上,电活性物资进行欠电位沉积

34、,发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。由于赝电容不仅发生在表面,而且可以深入内部,因而可获得比双电层电容更高的电容量和能量密度。目前赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。贵金属氧化物电容器,是通过在氧化物电极表面以及体相中发生快速氧化还原反应而达到储存电荷的目的，因此，其电容也被称为赝电容或法拉第准电容。在法拉第电荷传递过程中，一些金属（Pb、Bi、Cu）在Pt 或Au上发生单层欠电势沉积或多孔过渡族金属氧化物（如RuO2、IrO2）发生氧化还原反应时，其放电和充电过程有如下现象：两电极电位与电极上施加或释放的电荷几乎呈线性关系；2.3.4 超

35、级电容器的特点和优势超级电容器的特点和优势超级电容器具有如下等特点。电容量大，超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极与电解液接触的面积大大增加，根据电容量的计算公式，那么两极板的表面积越大，则电容量越大。目前单体超级电容器的最大电容量可达5000F。妥善解决了贮存设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾，高功率密度，超级电容器的内阻很小，并且在电极/溶液界面和电极材料本体内均能够实现电荷的快速贮存和释放，因而它的输出功率密度高达数kW/kg，是任何一个化学电源所无法比拟的，是一般蓄电池的数十倍充电时间短，充放电循环寿命很长。超级电容器最短可在几十秒内充电完毕，最长充电不过十几分钟，远快于

36、蓄电池的充电时间。其循环寿命可达数万次以上，可达500000 次，或90000 小时。可以提供很高的放电电流，如2700F 的超级电容器额定放电电流不低于950A，放电峰值电流可达1680A，。可以在很宽的温度范围内正常工作。可以任意并联使用以增加电容量，如采取均压后，还可以串联使用。贮存寿命长。高可靠性。超级电容器工作过程中没有运动部件，维护工作少。2.4 超高速飞轮超高速飞轮将能量存储于旋转的飞轮，即以机械能的形式存储能量是一种很古老的储能思想，它作为一种简单的机械储能元件，已被人类利用了数千年。从古代陶工的制坯机械、古老的纺车，到18世纪工业革命时期发明的蒸汽机以及后来的汽车发动机都用到

37、了飞轮。但是这些大大小小的飞轮有的是以匀速为目的，有的是满足即时储能的需要，储存的能量少，时间短，所以还不能称为真正现代意义上的储能飞轮。真正以大容量，长时间储能为目的的现代飞轮储能系统出现于上世纪50年代，但是限于当时的技术条件，储能飞轮并未取得很大的进展。直到上世纪90年代主要由于以下几个方面技术的突破性进展，给飞轮储能技术带来了新的活力和契机:高强度的各种复合材料的出现，比如碳素纤维和玻璃纤维的出现使得飞轮允许线速度可达500IOO0m/s，大大增加了飞轮的储能密度，也就是单位质量的动能储量;近年来磁悬浮技术的发展，配合真空技术，高温超导技术，以及高磁能积的永磁材料的出现，极大地降低了飞

38、轮支撑系统的机械摩擦和风阻，提高了飞轮转速;各种电力电子元器件和高转速电机的出现，为飞轮电池的电能变换和控制提供了极大的灵活性。2.4 超高速飞轮超高速飞轮F1赛车飞轮转速已达到64500转/分。方案优缺点方案优缺点将飞轮包装在一个真空盒内部，内部气压可达1x10-7帕。这到底是一个怎样的概念呢？乔恩-希尔顿表示，这相当于一个气体分子需要运行45KM才能和另外一个相遇。新的难题再次诞生！在现有技术下，电转换是种可选方案，但能量损失太严重。结果这两位工程师还是找到了解决之道，他们发明了创新的轴密封技术，现已申请专利。现在，第一个商业化的产品已在开发中，Xtrac获得了Torotrak的专利授权，

39、将利用后者的圆环曲面传动方案，开发高效、紧凑、速比连续可变的传动装置，在F1赛车上实现动能回收的设想。而且我们也很容易预见，它会出现在普通的道路车辆上。2.5 混合能量存储系统混合能量存储系统在现阶段，无论超高速飞轮、超导电感、各类燃料电池和电化学蓄电池还是超级电容器都不能完全兼顾安全性、高比功率、高比能量、长使用寿命、技术成熟以及工作温度范围宽等多方面的要求。一般说来，比能量高的储能装置其比功率不会太高；同样，一个储能装置的比功率比较高，其比能量就不一定很高，这些能量源不能同时提供高比能量和高比功率，难于单独用作电动汽年的能源。采用混合能源系统，即混合动力系统成为电动汽车设计中一个实用的方案。从广义上来讲，混合动力电动汽车指的是装备有两种具有不同特点驱动装置的车辆。这两个驱动装置中有一个是车辆的主要动力来源，它能够提供稳定的动力输出，满足汽车稳定行驶的动力需求；另外还有一个辅助驱动装置，它具有良好的变工况特性，能够进行功率的平衡，能量的再生与存储。2.5.2 几种典型的混合储能系统几种典型的混合储能系统基于现有的各种能源技木，可用与电动汽车的混合动力系统包括蓄电池与蓄电池的混合功力、蓄电池与超级电容的混合动力以及燃料电池与蓄电池的混合动力和飞轮混合电池。