【正文】 電壓320v,最小工作電壓160V,。,總充電時(shí)間12~min。 以超級(jí)電容器為唯一能源的電動(dòng)公交客車(chē)有其獨(dú)特的性能: (1)充電時(shí)間短,超級(jí)電容車(chē)一次充電時(shí)一間只需要12一15min。 (2)循環(huán)使用壽命長(zhǎng),其充電循環(huán)次數(shù)可達(dá)50萬(wàn)次: (3)適用溫度范圍寬,可以在低溫條件下使用,溫度范圍為一40~50℃,超級(jí)電容車(chē)尤其適合在我國(guó)北方寒冷地區(qū)使用。 (4)能量回收效率高,在需要頻繁制動(dòng)的城市交通條件下,其能量回收率可達(dá)70%。 (5)續(xù)駛里程短,超級(jí)電容器比能量低,導(dǎo)致超級(jí)電容電動(dòng)公交車(chē)?yán)m(xù)駛里程較短,一般為2030km。 超級(jí)電容器電動(dòng)公交車(chē)?yán)m(xù)駛里程短,跑不遠(yuǎn),但充電速度快,可以彌補(bǔ)續(xù)駛里程短的缺陷。補(bǔ)救的方法是在城市交通線路的兩端建立充電站[5]。根據(jù)電化學(xué)電容器儲(chǔ)存電能的機(jī)理的不同，可以將它分為雙電層電容器，(EDLC）和贗電容器（Pesudo capaeitor）。碳基材料超級(jí)電容器能量?jī)?chǔ)存的機(jī)理主要是靠碳表面附近形成的雙電層，因此通常稱為雙電層電容；而金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物主要靠氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的贗電容?！　‰p電層電容器的基本原理是利用電極和電解質(zhì)之間形成的界面雙電層來(lái)存儲(chǔ)能量的一種新型電子元件。當(dāng)電極和電解液接觸時(shí)，由于庫(kù)侖力、分子間力或者原子間力的作用，使固液界面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號(hào)相反的兩層電荷，稱為界面雙電層。雙電層電容的大小與電極電位和表面積的大小有關(guān)。雙電層電容器電極通常由具有高比表面積的多孔碳材料組成。碳材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，其密度低，抗化學(xué)腐蝕性能好，熱膨脹系數(shù)小，可以通過(guò)不同方法制得粉末、顆粒、塊狀、纖維、布、氈等多種形態(tài)。贗電容是在電極表面或者體相的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物資進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的化學(xué)吸附／脫附或氧化／還原反應(yīng)，產(chǎn)生與電極充電電位有關(guān)的電容。由于贗電容不僅發(fā)生在表面，而且可以深入內(nèi)部，因而可獲得比雙電層電容更高的電容量和能量密度。相同電極面積下，贗電容可以是雙電層電容量的 10～100倍。目前贗電容電極材料主要為一些金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。 圖一為超級(jí)電容器的模型，超級(jí)電容器中，多孔化電極采用活性炭粉和活性炭纖維，電解液采用有機(jī)電解質(zhì)，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作時(shí)，在可極化電極和電解質(zhì)溶液之間界面上形成的雙電層中聚集的電容量c由下式確定： 　　　　　　　　　　　　 其中ε是電解質(zhì)的介電常數(shù)，δ是由電極界面到離子中心的距離，s是電極界面的表面面積。圖1　超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)框圖 由圖（1）中可見(jiàn)，其多孔化電極是使用多孔性的活性碳，活性炭有極大的表面積在電解液中吸附著電荷，因而將具有極大的電容量并可以存儲(chǔ)很大的靜電能量，超級(jí)電容器的這一特性是介于傳統(tǒng)的電容器與電池之間。盡管這能量密度是5%或是更少，但是這能量的儲(chǔ)存方式，也可以應(yīng)用在傳統(tǒng)電池不足之處與短時(shí)高峰值電流之中。與傳統(tǒng)電容器、電池的區(qū)別：電化學(xué)電容器和電池的運(yùn)行機(jī)理從原理上就不同。對(duì)于雙電層型超級(jí)電容器，電荷存儲(chǔ)是非法拉第過(guò)程，即理想的沒(méi)有發(fā)生通過(guò)電極界面的電子遷移，電荷和能量的存儲(chǔ)是靜電性的。而對(duì)電池而言，實(shí)質(zhì)上發(fā)生了法拉第過(guò)程，即發(fā)生了穿過(guò)雙層的電子遷移，結(jié)果是發(fā)生了氧化態(tài)的變化和電活性材料化學(xué)性質(zhì)的變化。總的來(lái)說(shuō)，電荷存儲(chǔ)過(guò)程有如下重要的區(qū)別： 對(duì)于非法拉第過(guò)程，電荷的聚集靠靜電方式完成，正電荷和負(fù)電荷居于兩個(gè)分開(kāi)的界面上。中間為真空或分子絕緣體，如雙層、電解電容中的云母膜、空氣層或氧化物膜。對(duì)于法拉第過(guò)程，電荷的存儲(chǔ)靠電子遷移完成，電活性材料發(fā)生了化學(xué)變化或氧化態(tài)變化，這些變化遵守法拉第定律并與電極電勢(shì)有關(guān)在某種情況下就能產(chǎn)生準(zhǔn)電容。這種能量的存儲(chǔ)是間接的。圖2超級(jí)電容器與傳統(tǒng)電容器區(qū)別 在對(duì)比能量和功率兩個(gè)性能參數(shù)上超級(jí)電容器位于電池和傳統(tǒng)電容之間，循環(huán)壽命和充放電效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電池。由于使用壽命長(zhǎng)通常都超過(guò)了使用其設(shè)備的壽命，所以，超級(jí)電容器終身無(wú)需維護(hù)，加之使用完后，對(duì)環(huán)境要求寬松，無(wú)污染，因而又稱其為綠色能源。超級(jí)電容器車(chē)用貯電裝置的優(yōu)點(diǎn)是超級(jí)電容器是綠色能源不會(huì)污染環(huán)境，普通化學(xué)電池對(duì)環(huán)境有2次污染。 充電迅速，使用便捷。超級(jí)電容可以在數(shù)十秒到數(shù)分鐘內(nèi)快速充電，而蓄電池在如此短的時(shí)間內(nèi)充滿電將是極危險(xiǎn)的或是幾乎不可能的。電池、超級(jí)電容和傳統(tǒng)電容都能儲(chǔ)存電能，但是它們儲(chǔ)存電能的原理不同。電池是電能和化學(xué)能的能量轉(zhuǎn)換裝置，通常稱為化學(xué)電源；而超級(jí)電容(edlc)和傳統(tǒng)電容是物理電源，它們儲(chǔ)存電能是靠靜電引力作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。超級(jí)電容(edlc)是在高度多孔狀電極與束縛態(tài)電解質(zhì)的接觸表面所特定的雙電層來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的，傳統(tǒng)電容通常是通過(guò)平板電極所帶相異電荷來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。因此，超級(jí)電容儲(chǔ)存的能量是同規(guī)格普通鋁電容的2000倍，是鉛酸電池比功率的10倍。功率密度高（1OOO～I(xiàn)O000W／Kg）；化學(xué)電池功率密度低（300W／Kg）。超級(jí)電容器徹底免維護(hù)，工作溫度范圍寬(一40℃～+70～℃)，容量變化小；鉛酸電池電動(dòng)車(chē)在一0℃時(shí)，續(xù)駛里程減少90％，而超級(jí)電容器只減少10％。相對(duì)成本低，超級(jí)電容器的價(jià)格比鉛酸電池高一倍，但由于超級(jí)電容器的壽命比化學(xué)電池高10～100倍，所以超級(jí)電容器電動(dòng)車(chē)的綜合運(yùn)營(yíng)成本大大低于化學(xué)電池。 超級(jí)電容器是利用雙電層原理的電容器，原理示意圖如圖3。當(dāng)外加電壓加到超級(jí)電容器的兩個(gè)極板上時(shí)，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲(chǔ)正電荷，負(fù)極板存儲(chǔ)負(fù)電荷，在超級(jí)電容器的兩極板上電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內(nèi)電場(chǎng)，這種正電荷與負(fù)電荷在兩個(gè)不同相之間的接觸面上，以正負(fù)電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個(gè)電荷分布層叫做雙電層，因此電容量非常大。當(dāng)兩極板間電勢(shì)低于電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液界面上電荷不會(huì)脫離電解液，超級(jí)電容器為正常工作狀態(tài)（通常為3V以下），如電容器兩端電壓超過(guò)電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。由于隨著超級(jí)電容器放電 ，正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放，電解液的界面上的電荷響應(yīng)減少。由此可以看出：超級(jí)電容器的充放電過(guò)程始終是物理過(guò)程，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的，與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的原理框圖如圖4所示?！? 圖3雙電層電容原理　 圖4超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)原理圖 由于超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)及工作原理使其具有如下特點(diǎn)： 圖5　超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)框圖 ①.電容量大，超級(jí)電容器采用活性炭粉與活性炭纖維作為可極化電極，與電解液接觸的面積大大增加，根據(jù)電容量的計(jì)算公式，那么兩極板的表面積越大，則電容量越大。因此，一般雙電層電容器容量很容易超過(guò)1F，它的出現(xiàn)使普通電容器的容量范圍驟然躍升了3至4個(gè)數(shù)量級(jí)，目前單體超級(jí)電容器的最大電容量可達(dá)5000F。 ②.充放電壽命很長(zhǎng)，可達(dá)500 000次，或90 000小時(shí)，而蓄電池的充放電壽命很難超過(guò)1 000次。 ③.可以提供很高的放電電流（如2700F的超級(jí)電容器額定放電電流不低于950A，放電峰值電流可達(dá)1680A，一般蓄電池通常不能有如此高的放電電流一些高放電電流的蓄電池在如此高的放電電流下的使用壽命將大大縮短。 ④.可以數(shù)十秒到書(shū)分鐘內(nèi)快速充電，而蓄電池再如此短的時(shí)間內(nèi)充滿電將是極危險(xiǎn)的或幾乎不可能。⑤.可以在很寬的度范圍內(nèi)正常工作（40至＋70℃）而蓄電池很難在高特別是低環(huán)境下工作。⑥.超級(jí)電容器用的材料是安全的和無(wú)毒的，而鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池均具有毒性。 ⑦.等效串聯(lián)電阻ESR相對(duì)常規(guī)電容器大（10F/）。 ⑧.可以任意并聯(lián)使用來(lái)增加電容量，如采取均壓后，還可以串聯(lián)使用[6]。(1)額定容量　　 單位：法拉（F），測(cè)試條件：規(guī)定的恒定電流（如1000F以上的超級(jí)電容器規(guī)定的充電電流為100A，200F以下的為3A）充電到額定電壓后保持2～3分鐘，在規(guī)定的恒定電流放電條件下放電到端電壓為零所需的時(shí)間與電流的乘積再除以額定電壓值，即：　　　　　　　　　　　　　 　　 由于等效串聯(lián)電阻（ESR）比普通電容器大，因而充放電時(shí)ESR產(chǎn)生的電壓降不可忽略，如: ：，%，在950A電流放電時(shí)的ESR電壓降為380mV占額定電壓的14%，%，這一特性將在圖7中看到。(2)額定電壓　　可以使用的最高安全端電壓（、），除此之外還有承受浪涌電壓電壓（可以短時(shí)承受的端電壓，通常為額定電壓的105%），實(shí)際上超級(jí)電容器的擊穿電壓遠(yuǎn)高于額定電壓（～3倍左右，與普通電容器的額定電壓/擊穿電壓比值差不多）?！　D7 　圖8　超級(jí)電容器阻抗頻率特性(3)額定電流　　5秒內(nèi)放電到額定電壓一半的電流，除此之外還有最大電流（脈沖峰值電流）(4)最大存儲(chǔ)能量　　在額定電壓是放電到零所釋放的能量，以焦耳（J）或瓦時(shí)（Wh）為單位(5)能量密度　　最大存儲(chǔ)能量除以超級(jí)電容器的重量或體積（Wh/kg或Wh/l）(6)功率密度　　在匹配的負(fù)載下，超級(jí)電容器產(chǎn)生電/熱效應(yīng)各半時(shí)的放電功率，用kW/kg或kW/l表示。(7)等效串聯(lián)電阻　　測(cè)試條件：規(guī)定的恒定電流（如1 000F以上的超級(jí)電容器規(guī)定的充電電流為100A，200F以下的為3A）和規(guī)定的頻率（DC和大容量的100Hz或小容量的KHz）下的等效串聯(lián)電阻。通常交流ESR比直流ESR小，隨溫度上升而減小。　　超級(jí)電容器等效串聯(lián)電阻較大的原因是：為充分增加電極面積，電極為多孔化活性炭，由于多孔化活性炭電阻率明顯大于金屬，從而使超級(jí)電容器的ESR較其它電容器的大。(8) 阻抗頻率特性　　 超級(jí)電容器的阻抗頻率特性如圖7，相對(duì)較大的是ESR造成平坦底部的原因，超級(jí)電容器的頻率特性是電容器中頻率特性最差的。其原因是：一般電容器的電荷是導(dǎo)體中的以電子導(dǎo)電方式建立或泄放，而超級(jí)電容器的電荷的建立或泄放是以介質(zhì)中的離子或介質(zhì)電離極化實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)速度相對(duì)慢；大容量電容器在制造時(shí)均采用卷繞工藝，寄生電感相對(duì)無(wú)感電容器大。(9)工作與存儲(chǔ)溫度　　通常為40℃到+60℃或70℃，存儲(chǔ)溫度還可以高一些。(10)漏電流　　一般為10μA/F(11)壽命　　在25℃環(huán)境溫度下的壽命通常在90 000小時(shí)，在60℃的環(huán)境溫度下為4 000小時(shí)，與鋁電解電容器的溫度壽命關(guān)系相似。壽命隨環(huán)境溫度縮短的原因是電解液的蒸發(fā)損失隨溫度上升。壽命終了的標(biāo)準(zhǔn)為：電容量低于額定容量20%。(12)循環(huán)壽命　　20秒充電到額定電壓，恒壓充電10秒，10秒放電到額定電壓的一半，間歇時(shí)間：10秒為一個(gè)循環(huán)。一般可達(dá)500000次。壽命終了的標(biāo)準(zhǔn)為：電容量低于額定容量20%?！D9　額定溫度下紋波電流與壽命的關(guān)系　　圖10　不同環(huán)境溫度下紋波電流與壽命的關(guān)系(13)發(fā)熱 超級(jí)電容器通過(guò)紋波電流（充、放電）時(shí)，回發(fā)熱，其發(fā)熱量將隨著紋波電流的增加而增加。超級(jí)電容器發(fā)熱的原因是紋波電流流過(guò)超級(jí)電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR）產(chǎn)生的功率（能量）損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。由于超?jí)電容器的（ESR）較大，因此在同樣紋波電流條件下發(fā)熱量比一般電容器大。使用時(shí)應(yīng)注意[7]。 復(fù)合電源系統(tǒng)中，DC/DC 變換器是復(fù)合電源系統(tǒng)能量管理的關(guān)鍵部件。由于超級(jí)電容和蓄電池充放電特性不同，超級(jí)電容的工作電壓變化較大，需要DC/DC 變換器與蓄電池連接，保證蓄電池和超級(jí)電容能夠在電壓不同的情況下，可以有效的進(jìn)行能量流動(dòng)，從而最大限度的發(fā)揮復(fù)合電源的優(yōu)勢(shì)。 晶閘管又叫可控硅，由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對(duì)外有三個(gè)電極：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽(yáng)極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性?！　」β蕡?chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)由于單極性多子導(dǎo)電，有高的開(kāi)關(guān)速度，但同時(shí)也有較大的寄生電容。它關(guān)斷時(shí)，在外電壓作用下其寄生電容充滿電，如果在它開(kāi)通之前不將這部分電荷放掉，則將消耗于器件內(nèi)部，這就是容性開(kāi)通損耗。為了減小以致消除這種損耗，功率場(chǎng)效應(yīng)管宜采用零電壓開(kāi)通方式(ZVS)。在低輸入電壓時(shí)，MOS管中的導(dǎo)通損耗快速增加的一個(gè)很重要的原因就是導(dǎo)通設(shè)備的電阻特性，使得導(dǎo)通損耗正比于輸入電流的平方。　　而IGBT呈現(xiàn)的近乎是一個(gè)恒壓降，而且它的導(dǎo)通損耗是線性地正比于輸入電流的。這使得在大電流場(chǎng)合時(shí)常用IGBT來(lái)代替MOS管。IGBT最大的不足在于集電極存在電流拖尾現(xiàn)象，使得它的關(guān)斷時(shí)間很長(zhǎng)。這增加了開(kāi)關(guān)的關(guān)斷損耗，也限制了最大開(kāi)關(guān)頻率。為了使得整體的效率比較高，因此IGBT最好在ZCS狀態(tài)下關(guān)斷。 變壓器是電力電子產(chǎn)品或開(kāi)關(guān)電源中重要的、必不可少的部件，平面變壓器是近幾年才面世的一種全新產(chǎn)品，其突出優(yōu)點(diǎn)是能量密度高。因而體積大大縮小，相當(dāng)于常規(guī)變壓器的20%；效率高，通常為97%~99%；工作頻率高，從50kHz到 2MHz；低漏感、低電磁干擾等。 非諧振型DCDC變換器的控制方式可以分為：脈沖寬度調(diào)制((PWM)、脈沖頻率調(diào)制(PFM)、PWM和PFM混合調(diào)制三類(lèi)。其中常用的傳統(tǒng)控制方式是恒頻脈沖寬度調(diào)制。 PWM型DCDC變換器通常需要對(duì)被控輸出變量采用閉環(huán)控制，以使變換器對(duì)輸入電壓變化或輸出負(fù)載電流變化能及時(shí)調(diào)節(jié)，并具有期望的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。傳統(tǒng)的常采用電壓型控制，電壓型控制只對(duì)輸出電壓采樣，并作為反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，以穩(wěn)定輸出電壓。但僅采用采樣輸出電壓的辦法，其響應(yīng)速度慢，穩(wěn)定性差，需要額外的電路來(lái)控制輸出電流，甚至在大信號(hào)擾動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生振蕩，從而損壞功率器件[8]。 電流型控制方法正是針對(duì)電壓型控制的缺點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的。它增加了電流反饋環(huán)，電感電流不再是一個(gè)獨(dú)立變