基于锂离子电池和双层式电容器结合开发来解决成本以及可靠性、安全性等问题.doc
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1、基于锂离子电池和双层式电容器结合开发来解决成本以及可靠性、安全性等问题电动车当下在发展过程中面临的一大问题就是电池技术的限制。随着技术进步,电池电量将会提高。几年之内,电池续航能力将不再是主要问题,而成本以及可靠性、安全性等问题将更加凸显。为了解决这个问题,儒卓力和茨维考应用技术大学电子技术系合作开发了全新的混合能源存储系统(HESS)。基于锂离子电池和双层式电容器(UltraCaps)(也就是我们俗称的超级电容)结合开发而成。这个混合系统通过一个创新的拓扑结构,结合了较低阻抗EDLC和“较高”阻抗电池,以期获得最合适的系统解决方案。这个拓扑使用超快速电源MOS开关,进行全数字式控制,可实现接
2、近于任意形式的适应性匹配。通过这个系统,能够将锂离子电池的使用寿命增加一倍。这款电源管理系统还可以调节,以便用于轻型电动车(LEV),实现更高的可靠性,且研发成本低。通过此次实施的研发项目,双方证实了现今市场上常见的电池系统可在实践中和超级电容结合使用。通过此项结合可实现最佳的工作分配:在电池为连续运行提供稳定能量的同时,超级电容将接收短时间内出现的峰值电流和电压。电池放电电流将限于其额定电流,因此电池在任何情况下均不会离开其最优运行范围。通过采用这种“保护运行”方式,其使用寿命最高可延长1倍。此外,电池内部温度上升较小或没有升温现象,从而可再次提高使用寿命。此项研究的成果主要得益于一个新型的
3、、可对单个能源存储元件进行智能连接的电路拓扑结构。而该电路现在也可通过在此次研究项目中研发的数字化电源管理系统进行最优化的控制。由此可不受充电状态影响,对电池超级电容组合随时进行充电,并在数秒内完成,且不会对电池造成损坏。此外通过此系统还可在整个使用期限内实现全负荷使用。已充电的电池超级电容组合即使在闲置数月后,也能立即投入使用,因为超级电容的自放电极小。电量已空的超级电容可在数秒之内再次充满电量。此外,其结构十分坚固,即便在零摄氏度以下的温度使用,也不会出现性能损失。这意味着系统可靠性将明显提高。超级电容:坚固、使用寿命长超级电容的能量储存在双层电解质,即赫尔姆霍尔茨层中进行。此类电容器极大
4、的容量一方面是基于赫尔姆霍尔茨层厚度薄的特性,其厚度仅为数微米(1微米=10-10米),另一方面是由于采用了表面面积极大的电极材料。这里原则上建议以下三种合适的材料:金属氧化物 (RuO2)、活性炭、具有传导性的聚合物在允许的典型额定电压(2.73) V条件下,根据以下基本关系公式,此类型的电容器每个单元现在可达到数千(!)法拉的电容值。和电池不同的是,超级电容可在数秒时间内加载和卸载大量的能量。其10年的使用寿命以及至少50万次充电循环次数,比锂电池或含铅电池高出数倍。此外,其扩展工作温度范围为-40C 至70C,对于温度的敏感性明显低于电池。超级电容可能具有的唯一不足之处,就是其相对较低的
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