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1、超级电容器在汽车启动中的应用超级电容器在汽车启动中的应用 蓄电池是汽车中的关键电器部件 其性能直接影响汽车的启动 现在的汽车启动无一例外地 采用启动电动机启动方式 在启动过程中特别是在启动瞬间 由于启动电动机转速为零 不 产生感生电势 故启动电流 I E RM RS RL 其中 E 为蓄电池空载端电压 RM 为启 动电动机的电枢电阻 RS 为蓄电池内阻 RL 为线路电阻 由于 RM RB RL 均非常低 启动电流非常大 例如用 12 V 45 Ah 的蓄电池启动安装 1 9 L 柴油机的汽车 蓄电池的电 压在启动瞬间由 12 6 V 降到约 3 6 V 启动瞬时的电流达 550 A 如此高倍率
2、放电对蓄电 池的损伤也是非常明显的 启动过程的电压剧烈变化也是极强的电磁干扰 可以造成电气设 备掉电 迫使电气设备在发电机启动过程结束后重新上电 计算机在这个过程中非常容易死 机 因此 从改善汽车电气设备的电磁环境 改善汽车的启动性能和蓄电池性能或延长蓄电 池使用寿命来考虑 改善汽车电源 稳压器在启动过程中的性能是必要的 解决问题的方案 之一是加大蓄电池的容量 但需要增加很多 并使其体积增大 这并不是好的选择 而将超 级电容器与蓄电池并联可以很好地解决这个问题 2 超级电容器的原理及特点 超级电容器的原理 超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器 为了得到如此大的电容量 要尽可能缩小
3、超级电容器电极间距离 增加电极表面积 为此 采用双电层原理和活性炭多 孔化电极 超级电容器的充放电过程始终是物理过程 没有化学反应 因此性能是稳定的 与利用 化学反应的蓄电池不同 超级电容器的主要特点 尽管超级电容器的能量密度是蓄电池的 5 或更少 但是这种能量储存方式可以应用在 传统蓄电池不足之处与短时高峰值电流中 与电池相比 这种超级电容器具有以下几点优势 一是电容量大 目前单体超级电容器的最大电容量可达 5000 F 二是充放电寿命很长 可达 500 000 次或 90000h 而蓄电池的充放电寿命很难超过 l 000 次 三是可以提供很高的放电电流 如 2700 F 的超级电容器额定放
4、电电流不低于 950 A 放 电峰值电流可达 1 680 A 一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流 一些高放电电流的蓄 电池 在如此高的放电电流下 使用寿命大大缩短 四是可以在数十秒到数分钟内快速充电 而蓄电池在如此短的时间内充满电将是极危险 或几乎不可能的 五是可以在很宽的温度范围内正常工作 40 70 而蓄电池很难在高温特别是在 低温环境下工作 六是超级电容器的材料是安全和无毒的 而铅酸蓄电池 镍镉蓄电池均具有毒性 而且 超级电容器可以任意并联使用来增加电容量 若采取均压措施后 还可以串联使用 3 超级电容器在汽车启动中的应用 3 1 电性能的改善 超级电容器与蓄电池并联时 启动瞬间电压跌
5、落由只采用蓄电池时的 3 2V 提升到 7 2V 启动电流从 560 A 提高到 l200 A 启动瞬时的电源输出功率从 2 kW 上升到 8 7kW 启动过 程的平稳电压由 7 V 提高到 9 4 V 启动过程的平稳电流由 280 A 提高到 440 A 启动过程 的电源平稳输出功率从 2 44 kW 提高到 4 12 kW 3 2 启动性能的改善 超级电容器与蓄电池并联应用可以提高机车的启动性能 将超级电容器 450 F 16 2 V 与 12 V 45Ah 的蓄电池并联来启动安装 1 9 升柴油机的汽车 在 10 时平稳启动 尽管在 这种情况下不连接超级电容器蓄电池也可以启动 但采用超级
6、电容器与蓄电池并联时启动电 动机的速度和性能都非常好 由于电源输出功率的提高 启动速度由仅用蓄电池时的 300 r m 增加到 450 r m 超级电容器尤其能提高汽车在冷天的启动性能 更高的启动转矩 在 20 时 由于蓄电池的性能大大下降 很可能难以正常启动或需多次启动才能点火 而超级电容 器与蓄电池并联时仅需一次点火 其优点是非常明显的 3 3 蓄电池应用状态的改善 超级电容器与蓄电池并联时 由于超级电容器的等效串联电阻 ESR 远低于蓄电池的内 阻 因此 在启动瞬间 1 200 A 启动电流中的 800 A 电流由超级电容器提供 蓄电池仅提 供 400 A 的电流 明显低于仅采用蓄电池的 56 0 A 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 最为重要的是蓄电池极板极化的减轻 不仅有利于延长蓄电池的使用寿命 而且也可以消除频繁启动对蓄电池寿命的影响 最后说说装上后的效果 一是启动的冲击和震动小了不少 二是打开压缩机时 冲击也小了 别的暂时没有发现
