超级电容器特性及其应用技术(图)

根据使用目的不同，超级电容器可以分为以下2类：一是启动型超级电容器，即轻型超级电容器，可以输出几秒到几十秒的瞬间大电流，承担设备启动所需要的大功率电能，单体容量为50～5000 F，可几个到几百个串联使用，组件电压12～700 VDC；二是牵引型超级电容器，即重型超级电容器，可以连续几分钟到几十分钟输出较高强度的电流，在许多场合可以替代传统的蓄电池承担设备驱动所需的电能供应工作，可以几个到几百个串并联使用，组件电压12～800 VDC。

3.超级电容器的应用技术

(1) 改善启动性能

发动机在启动过程中特别是在启动瞬间，启动电流非常大，蓄电池的电压在启动瞬间可由13 V降到4 V，启动瞬时的电流可达500～600 A。尽管车用蓄电池是启动型专用蓄电池，但高倍率放电时的蓄电池性能变得很差，特别是工程车辆启动频繁，高倍率放电对蓄电池有较大损伤。启动过程电压的剧烈变化将产生极强的电磁干扰，同时启动过程中电压过低，会造成电气设备不能正常工作。

如将超级电容器与蓄电池并联，发动机启动过程中，超级电容可提供较大的启动电流，减少启动时系统压降，同时大幅增加电源启动瞬时输出功率。在-20 ℃时，由于蓄电池的性能大大下降，发动机难以正常启动或需多次启动才能点火，而超级电容器与蓄电池并联后仅需一次启动即可成功，其优点非常明显。

超级电容器的等效串联电阻(ESR)远低于蓄电池内阻，因此在启动瞬间，70%的启动电流由超级电容器提供，蓄电池提供的电流不到400 A，明显低于仅采用蓄电池时的电流。

将超级电容器与蓄电池并联，有效降低了蓄电池极板的极化，阻止了蓄电池内阻的上升，使启动过程的平稳电压得到提高。最为重要的是延长了蓄电池的使用寿命。

(2) 提供行驶动力

超级电容器作为牵引动力电源，适合用在短距离、有固定电源的地方。如火车站、飞机场的牵引车上，煤矿的采煤车、运输车上，公园的游览车、游艇上以及城市的电动车上等。

超级电容器与蓄电池相比缺点是能量密度小，充电1次行驶路程很短；但它充电速度快，充完就可行驶，只要在线路合适的地方建立1个充电站即可，这比建立加油站要便宜很多；同时超级电容循环使用寿命长，无污染，零排放，低温特性好，非常适合北方寒冷地区使用。

(3) 提供辅助动力

超级电容作为电动工程车辆的辅助动力电源，与蓄电池主电源组合可形成电-电混合动力(见图2)，给电动机提供启动、爬坡、加速时瞬间大功率需求，并回收制动、重物下降时的能量，起到功率平衡作用；它作为发动机的辅助能源，可形成油-电混合动力，降低燃油消耗，提高发动机峰值功率并减少有害气体排放。

图2

(4) 发挥充放电功能

利用DC—DC变换器可实现超级电容器的充、放电，完成能量的变换与传输。比如：当叉车的起升机构下降或车辆减速时，电动机会向公用直流母线回馈电能，直流母线电压升高到一定限值时，DC—DC变换器将电能注入到超级电容器；当母线电压下降，系统中需要电能补给时，超级电容器中的能量可适时给予补充；当超级电容器能量不足时，由可调速发电机调整转速，进一步注入能量；当重物下降结束后，超级电容会积聚充足的能量；当发动机长时间处于待机状态时，可由DC—DC变换器将多余的电能量注入到超级电容器。

(作者地址：安徽省合肥市经济技术开发区百丈路8号 安徽叉车集团有限责任公司技术中心重装车辆研究所  230601)