超级电容在电动车中应用研究及发展趋势分析

　　2、应用研究现状

　　2.1国内外的应用研究进展

　　由于超级电容的优越性能和近年来对超级电容开发能力的提高，因此超级电容在工业领域中得到了广泛应用。目前，世界各国争相研究、并越来越多地将其应用到电动车上。超级电容已经成为电动车电源发展的新趋势，而超级电容与蓄电池组成的复合电源系统被认为是解决未来电动车动力问题的最佳途径之一。

　　2.1.1日本的情况

　　日本本是将超级电容应用于混合动力电动汽车的先驱，超级电容是近年来日本电动车动力系统开发中的重要领域之一。本田的FCX燃料电池一超级电容混合动力车是世界上最早实现商品化的燃料电池轿车，该车已于2002年在日本和美国的加州上市。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一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。目前，装备超级电容的混合动力电动公交车已经成为日本的国家攻关项目。

　　2.1.2欧美的状况

　　瑞士的PSI研究所给一辆48kW的燃料电池车安装了储能360Wh的超级电容组，超级电容承担了驱动系统在减速和起动时的全部瞬态功率，以50kW的15s额定脉冲功率来协助燃料电池工作，牵引电机额定连续功率为45kW，峰值功率为75kW，采用360V的直流电源。大众Bora实验车进行的燃油消耗测试结果表明其油耗少于7L/100km，而相同质量的BMW7系列油耗则为10.7L/100km。1996年俄罗斯的Eltran公司研制出以超级电容作电源的电动汽车，采用300个电容串联，充电一次可行驶12km，时速为25km/h。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。美国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。

　　2.1.3中国的现状

　　目前，国内对以超级电容作为惟一能源的电动汽车的研究取得了一定的进展，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30s内快速充电，充电后就可持续提供电能，时速可达44km/h。2005年1月上海交通大学与山东烟台市签署协议，共同投资开发超级电容公交电车，计划在烟台福山区建一条12km的示范线，在福山高新技术产业区建立年产1万辆新型环保超级电容公交车的生产基地。哈尔滨工业大学和巨容集团研制的超级电容电动公交车，可容纳50名乘客，最高速度20km/h。但是，国内目前对超级电容一蓄电池复合电源电动车的设计及控制，基本上还处于起步阶段。

　2.2电动车中应用超级电容的拓扑结构

　　2.2.1纯超级电容电动车

　　直接以超级电容作为电动车的惟一能源，此方法结构简单、实用、成本低，而且实现了零排放，因此比较适合用于短距离、线路固定的区域，例如火车站或者飞机场的牵引车、学校和幼儿园的送餐车、公园的浏览车和电动公交车等。

　　2.2.2复合电源电动车

　　超级电容与蓄电池、燃料电池等配合可以组成复合电源系统，但燃料电池因为成本较高，现在还不能得到实际应用。因此，国内外对超级电容一蓄电池复合电源系统的研究更多，其拓扑结构概括如图2所示。图2a结构最简单，但由于没有DC/DC变换器，蓄电池和超级电容将具有相同的电压，以致超级电容仅在蓄电池电压发生快速变化时输出和接收功率，从而减弱了超级电容的负载均衡作用。图2b与图2c都采用了双向OC/OC变换器，图2b中双向DC/DC跟踪检测蓄电池的端电压，以调控超级电容的端电压使两者匹配工作。由于蓄电池端电压的变化比超级电容的端电压平缓，因此对于DC/DC，图2b比图2c易于控制。图2d理论上虽然具有更高的灵活性，但对DC/DC的控制策略要求非常精确复杂且不易维护。