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美國羅克韋爾AB電容模塊汽車行業(yè)的運(yùn)行

時(shí)間:2022/6/21閱讀:1321
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美國羅克韋爾AB電容模塊汽車行業(yè)的運(yùn)行:

在汽車動(dòng)力市場(chǎng)中,超級(jí)電容動(dòng)力電池因價(jià)格便宜,免維護(hù),10-50 萬次的充放電循環(huán)壽命,在電動(dòng)大客車能量回收中,緊急制動(dòng)能量回收高達(dá)75%等優(yōu)點(diǎn)。

產(chǎn)品地位

汽車動(dòng)力里程碑
鋰離子電池的出現(xiàn)解決了汽車充電儲(chǔ)能和為汽車提供持久動(dòng)力的問題,而超級(jí)電容器的使命則是為汽車啟動(dòng)、加速時(shí)提供大功率輔助動(dòng)力,在汽車制動(dòng)或勻速運(yùn)行時(shí)收集并儲(chǔ)存能量,最重要的是超級(jí)電容模組使用的是綠色能源(活性炭)。
美國能源部最早于20 世紀(jì)90 年代就在《商業(yè)日?qǐng)?bào)》上發(fā)表聲明,強(qiáng)烈建議發(fā)展電容器技術(shù),并使這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)汽車上。在當(dāng)時(shí),加利福尼亞州已經(jīng)頒布了*汽車的近期規(guī)劃,而這些使用電容器的電動(dòng)汽車則被普遍認(rèn)為是正好符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的汽車。電容器就是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車實(shí)用化的具潛力、的一項(xiàng)技術(shù)。能源部的聲明使得像Maxwell Technologies公司等一些公司開始進(jìn)入電化學(xué)電容器這一技術(shù)領(lǐng)域。時(shí)間飛逝,技術(shù)的進(jìn)步為電化學(xué)電容器在混合動(dòng)力車中回收可再生制動(dòng)能量中的應(yīng)用鋪平了道路?,F(xiàn)在,這些混合動(dòng)力車已經(jīng)在高度動(dòng)力混合的城市公交車系統(tǒng)中開始應(yīng)用。
將超級(jí)電容器與汽油機(jī)相結(jié)合,研制出一種綜合電動(dòng)機(jī)助力器系統(tǒng),使內(nèi)燃機(jī)主要工作在*佳工況點(diǎn)附近,大大降低內(nèi)燃機(jī)的排放,并可回收制動(dòng)能量,通過裝在小客車上,顯著降低汽油機(jī)燃油消耗量從而使其成為低排放的節(jié)能汽車;日本豐田公司研制的混合電動(dòng)汽車,其排放與傳統(tǒng)汽油機(jī)車相比:CO2下降50%,CO 和NOX排放降低90%,燃油節(jié)省一半。從而可以看出超級(jí)電容器在新能源汽車領(lǐng)域,將會(huì)與鋰離子電池配合使用,二者結(jié)合形成了性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保的新型混合動(dòng)力汽車電源。
因?yàn)殡妷旱退猿?jí)電容往往采用多塊單體串聯(lián)的形式,伴隨著電容串級(jí)的提升,整體電壓也隨之提高。超級(jí)電容工作電壓常達(dá)到幾百伏,而這樣高峰值的電壓引起的波動(dòng)會(huì)帶來強(qiáng)烈的電磁干擾,同時(shí)由于串聯(lián)超級(jí)電容往往采用大電流充放電(通常在50A-150A之間),電壓、電流變化十分迅速,如中型客車用超級(jí)電容以150A電流放電時(shí),端電壓會(huì)在1分鐘之內(nèi)由300V減到70V,而200V恒壓充電時(shí)電流也會(huì)在幾分鐘內(nèi)由50A增大到150A左右。由于超級(jí)電容器單體有嚴(yán)格的耐壓值(如有機(jī)體系超級(jí)電容小于2.7V),因而需要將數(shù)個(gè)甚至數(shù)百個(gè)單體串聯(lián)構(gòu)成所需工作電壓的超級(jí)電容模組,這些單體應(yīng)具有相同的充放電電流,因串聯(lián)組中各單體性能(容量、內(nèi)阻、漏電流等)的不一致(即使在配組時(shí)經(jīng)過嚴(yán)格的一致性篩選,其偏差也不可避免)會(huì)造成超級(jí)電容器組的過充或欠充使得儲(chǔ)能下降或壽命縮短。
車載超級(jí)電容模組如何管理是電動(dòng)汽車的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。車載超級(jí)電容模組管理系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)超級(jí)電容模組的工作狀態(tài),如電壓、充放電電流、使用溫度等;預(yù)測(cè)超級(jí)電容內(nèi)阻、容量,防止過充過放,從而達(dá)到提升超級(jí)電容使用性能和壽命,提高超級(jí)電容電車的可靠性和安全性的目的。
今朝時(shí)代新能源技術(shù)有限公司專門針對(duì)車載超級(jí)電容模組在線監(jiān)測(cè)需要,借鑒相關(guān)蓄電池組儲(chǔ)能管理維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)、方案,研制出超級(jí)電容模組管理維護(hù)系統(tǒng)的高科技電子產(chǎn)品。本產(chǎn)品突破傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)一貫所采用的檢測(cè)原理,采用模塊化設(shè)計(jì),分布式安裝,從而可以較好解決在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)時(shí)普遍存在信號(hào)連接線過多、過長(zhǎng),施工維護(hù)相對(duì)困難、繁瑣,又同時(shí)存在安全隱患的問題。

電動(dòng)車應(yīng)用

二元?jiǎng)恿Τ?jí)電容器電動(dòng)車,其中最大的優(yōu)點(diǎn),就是充分發(fā)揮超級(jí)電容器在低轉(zhuǎn)數(shù),大負(fù)荷情況下,能量基本不受損失;在減速、下坡、剎車情況下,其能量能回收。避開內(nèi)燃機(jī)在低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷;高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷費(fèi)油的狀態(tài)下運(yùn)行,使發(fā)動(dòng)機(jī)永遠(yuǎn)在*佳狀態(tài)下運(yùn)行,即省了油,又減少了污染,二元?jiǎng)恿Τ?jí)電容器電動(dòng)車能節(jié)油30%~50%,減少污染70%~90%。
——起步階段:轉(zhuǎn)數(shù)低、負(fù)荷大、費(fèi)油;這個(gè)階段內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組在*佳狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn),這時(shí)要用超級(jí)電容器啟動(dòng)、加速,并向超級(jí)電容器充電。
——正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段:這時(shí)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組是在*佳狀態(tài)運(yùn)行,并向電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力,這時(shí)公共大客車負(fù)荷小,也省油,并向超級(jí)電容器充電。
——高速運(yùn)轉(zhuǎn)階段:內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組向電動(dòng)機(jī)輸出穩(wěn)定的動(dòng)力,超級(jí)電容器也向電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力。這個(gè)階段電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)高、負(fù)荷也大,公共大客車車速也*快。
——剎車、停車、減速、下坡階段:這時(shí)發(fā)電機(jī)組、超級(jí)電容器停止向電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力,這時(shí)大客車所儲(chǔ)備的動(dòng)能,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成發(fā)電機(jī)向超級(jí)電容器充電,能吸收70%的動(dòng)能,尤其城市公共交通,能節(jié)省大量的燃料。
由于現(xiàn)在石油價(jià)格的飛漲,國外一些汽車企業(yè)已經(jīng)把超級(jí)電容應(yīng)用到汽車上,汽車在下坡時(shí)把能量以電能的方式儲(chǔ)存起來,在爬坡時(shí)或需要大功率時(shí)釋放出來。這樣就降低了使用成本。

選擇技巧

很多用戶都遇到相同的問題,就是怎樣計(jì)算一定容量的超級(jí)電容在以一定電流放電時(shí)的放電時(shí)間,或者根據(jù)放電電流及放電時(shí)間,怎么選擇超級(jí)電容的容量,下面我們給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公司,用戶根據(jù)這個(gè)公式,就可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行電容容量、放電電流、放電時(shí)間的推算,十分地方便。
超級(jí)電容器的兩個(gè)主要應(yīng)用:高功率脈沖應(yīng)用和瞬時(shí)功率保持。高功率脈沖應(yīng)用的特征:瞬時(shí)流向負(fù)載大電流;瞬時(shí)功率保持應(yīng)用的特征:要求持續(xù)向負(fù)載提供功率,持續(xù)時(shí)間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時(shí)功率保持的一個(gè)典型應(yīng)用:斷電時(shí)磁盤驅(qū)動(dòng)頭的復(fù)位。不同的應(yīng)用對(duì)超電容的參數(shù)要求也是不同的。高功率脈沖應(yīng)用是利用超電容較小的內(nèi)阻(R),而瞬時(shí)功率保持是利用超電容大的靜電容量(C)。
下面提供計(jì)算公式和應(yīng)用實(shí)例:
C(F):超電容的標(biāo)稱容量;
R(Ohms):超電容的標(biāo)稱內(nèi)阻;
ESR(Ohms):1KZ 下等效串聯(lián)電阻;
Uwork(V):在電路中的正常工作電壓
Umin(V):要求器件工作的最小電壓;
t(s):在電路中要求的保持時(shí)間或脈沖應(yīng)用中的脈沖持續(xù)時(shí)間;
I(A):負(fù)載電流;
Udrop(V):在放電或大電流脈沖結(jié)束時(shí),總的電壓降;
瞬時(shí)功率保持應(yīng)用
超電容容量的近似計(jì)算公式,該公式根據(jù),保持所需能量=超電容減少能量。
保持期間所需能量=1/2I(Uwork+ Umin)t
超電容減少能量=1/2C(Uwork2 -Umin2)
因而,可得其容量(忽略由IR 引起的壓降)C=(Uwork+ Umin)t/(Uwork2 -Umin2)
如單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中,應(yīng)用超級(jí)電容作為后備電源,在掉電后需要用超級(jí)電容維持100mA的電流,持續(xù)時(shí)間為10s,單片機(jī)系統(tǒng)截止工作電壓為4.2V,那么需要多大容量的超級(jí)電容能夠保證系統(tǒng)正常工作?
由以上公式可知:
工作起始電壓Vwork=5V;工作截止電壓Vmin=4.2V;工作時(shí)間t=10s;工作電源I=0.1A所需電容容量為:
C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)
=(5+4.2)*0.1*10/(52 -4.22)
=1.25F
根據(jù)計(jì)算結(jié)果,可以選擇5.5V 1.5F電容就可以滿足需要了。

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如您對(duì)此文章感興趣請(qǐng)見:美國羅克韋爾AB電容模塊

 

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