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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于超級(jí)電容器研究的電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)及回饋能量收集裝置
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 超級(jí)電容器是一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型電能儲(chǔ)能裝置，其材料皆來源于無污染的清潔能源，屬于標(biāo)準(zhǔn)的全系列低碳經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)品。 采用自主研發(fā)的新型炭電極材料，組裝成超級(jí)電容器，用作電動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，并設(shè)計(jì)與之相匹配的電路控制系統(tǒng)和剎車能量回收系統(tǒng)。使用這種新型的裝置作為車輛的驅(qū)動(dòng)，可以有效的緩解汽車行業(yè)迅速發(fā)展對(duì)能源與環(huán)境造成的壓力。
- 詳細(xì)介紹：
- 清潔、無污染的電動(dòng)汽車已成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，但目前電動(dòng)車多用鉛電池、鋰電池作為驅(qū)動(dòng)，存在污染，壽命短，易燃易爆等缺陷。 超級(jí)電容器是一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型電能儲(chǔ)能裝置，其材料皆來源于無污染的清潔能源，屬于標(biāo)準(zhǔn)的全系列低碳經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)品。 采用自主研發(fā)的新型炭電極材料，組裝成超級(jí)電容器，用作電動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，并設(shè)計(jì)與之相匹配的電路控制系統(tǒng)和剎車能量回收系統(tǒng)。使用這種新型的裝置作為車輛的驅(qū)動(dòng)，可以有效的緩解汽車行業(yè)迅速發(fā)展對(duì)能源與環(huán)境造成的壓力。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的和基本思路：超級(jí)電容器是一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型電能儲(chǔ)能裝置，其材料皆來源于無污染的清潔能源，屬于標(biāo)準(zhǔn)的全系列低碳經(jīng)濟(jì)核心產(chǎn)品。采用自主研發(fā)的新型炭電極材料，組裝成超級(jí)電容器，用作電動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，并設(shè)計(jì)與之相匹配的電路控制系統(tǒng)和剎車能量回收系統(tǒng)。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、使用一種新型儲(chǔ)能裝置——超級(jí)電容器作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源。 2、以低階煤作為制備煤基活性炭的前軀體材料，制備出具有優(yōu)異電化學(xué)性能的超級(jí)電容器用電極材料。 3、自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作與電容器匹配的電路控制系統(tǒng)和剎車能量回收系統(tǒng)。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、電極材料的制備是影響超級(jí)電容器各項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)鍵 因素，通過對(duì)活性炭制備工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，制備出電化學(xué)性能優(yōu)異的超級(jí)電容器用電極材料。 2、由于超級(jí)電容器的放電曲線和普通可充電電池不同。因此，本課題需要設(shè)計(jì)與超級(jí)電容器放電特性相匹配的電路控制系統(tǒng)，以更好的將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。 3、自主設(shè)計(jì)并制作了能量回收電路系統(tǒng)。此系統(tǒng)是基于超級(jí)電容器快速充電的優(yōu)異性能設(shè)計(jì)，能夠快速、高效的將剎車制動(dòng)的能量回收，并儲(chǔ)存于超級(jí)電容器中。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 一、超級(jí)電容器的科學(xué)先進(jìn)性 (1)高功率密度。超級(jí)電容器的內(nèi)阻很小，它的輸出功率密度高達(dá)數(shù)kW/kg，是一般蓄電池的數(shù)十倍。 (2)充放電循環(huán)壽命很長。超級(jí)電容器循環(huán)壽命可達(dá)數(shù)萬次以上。 (3)充電時(shí)間短。超級(jí)電容器最短可在幾十秒內(nèi)充電完畢，最長充電不過十幾分鐘。 (4)妥善解決了貯存設(shè)備高比功率和高比能量輸出之間的矛盾。 (5)高可靠性。超級(jí)電容器工作過程中沒有運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)工作少，因此超級(jí)電容器的可靠性非常高。 二、能量回收系統(tǒng)的先進(jìn)性 將超級(jí)電容器用作能量回收裝置有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)延長電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程 （2)避免類似傳統(tǒng)制動(dòng)器的抱死，減少制動(dòng)噪音 (3)延長鉛酸蓄電池使用壽命，緩解其對(duì)環(huán)境的影響。 超級(jí)電容器具有電容量大，充放電時(shí)間短，循環(huán)壽命高，再生能量回收效率高的特點(diǎn)。 1）在車輛正常運(yùn)行時(shí)，超級(jí)電容器作為輔助電源。 2）在車輛制動(dòng)過程中，超級(jí)電容器吸收電機(jī)的回饋能量，相當(dāng)于將減少的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為超級(jí)電容器電能。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 榮獲： 河南理工大學(xué)第五屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外 學(xué)術(shù)科技作品競賽校級(jí)一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室研究階段段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利實(shí)施許可
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1 超級(jí)電容器 1.1適用范圍及推廣前景 超級(jí)電容器可應(yīng)用的范圍廣泛。目前可應(yīng)用在消費(fèi)電子產(chǎn)品、太陽能能源發(fā)電系統(tǒng)，新能源汽車，脈沖電源系統(tǒng)等。 1.2市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 超級(jí)電容器是繼鋰離子電池之后又一極具廣泛應(yīng)用潛力的新型儲(chǔ)能器件，中國市場年需求量達(dá)2150萬只，且每年都在以30%～50%的速度增長。 2 能量回收系統(tǒng) 2.1適用范圍及推廣前景 目前，以電能方式儲(chǔ)存制動(dòng)能量的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)通過電機(jī)回收再生制動(dòng)能量，該方式是目前研究的主要方向。城市軌道車輛電力牽引能量效率改進(jìn)是近年來一些國家和研究機(jī)構(gòu)的主要目標(biāo)，另外城市軌道車輛和公交車運(yùn)行過程中頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)過程，制動(dòng)能量相當(dāng)可觀。 2.2市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 如果能將城市軌道車輛、公交車輛頻繁起步、制動(dòng)和怠速狀態(tài)的能量加以回收利用，一則可以減少頻繁起步、制動(dòng)和怠速狀態(tài)所導(dǎo)致的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)客車的油耗大，排放高造成的城市污染；二則可以提高城市軌道車及公交車的能量利用率。
同類課題研究水平概述
- 超級(jí)電容器的功率密度比電池高，放電電流大，充放電效率高，可循環(huán)次數(shù)可達(dá)幾十萬次以上。 國外現(xiàn)狀 國外研究超級(jí)電容器起步比較早，各國大力開展超級(jí)電容器的研究，如日本、美國、俄羅斯、法國等，它們均把超級(jí)電容器作為國家的重點(diǎn)研究和開發(fā)項(xiàng)目。其中日本、美國代表超級(jí)電容器專用炭材料的技術(shù)先進(jìn)性，已成功研制出能量密度接近二次電池的專用炭材料。 國內(nèi)現(xiàn)狀 我國對(duì)超級(jí)電容器炭電極材料的研究起步較晚，1999年之后才開始出現(xiàn)一些文獻(xiàn)綜述和研究報(bào)道。2000年有小批量、少品種的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。目前國內(nèi)從事大容量超級(jí)電容器研發(fā)的廠家共有50多家，但多數(shù)處于試驗(yàn)研究階段，還未掌握超級(jí)電容器的核心技術(shù)，活性炭電極材料仍需從國外高價(jià)進(jìn)口。 目前國內(nèi)開展相關(guān)方面研究的單位主要有：總裝部防化研究院、華東理工大學(xué)、中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所、清華大學(xué)和湖南大學(xué)等高校和科研院所。并且，在超級(jí)電容器的研究中，許多工作都是圍繞開發(fā)新電極材料和如何提高各種電極材料在電解液中的比電容進(jìn)行的。 二、國內(nèi)外能量回饋技術(shù)研究現(xiàn)狀 國外現(xiàn)狀： 為了解決電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的再生能量，德國西門子公司已經(jīng)推出了電機(jī)四象限運(yùn)行的電壓型交-直-交變頻器，日本富士公司也成功研制了電源再生裝置，如RHR系列、FRENIC系列電源再生單元，它把有源逆變單元從變頻器中分離出來，直接作為變頻器的一個(gè)外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直流側(cè)，將再生能量回饋到電網(wǎng)中。同時(shí)，已見到國外有四象限電壓型交－直－交變頻器及電網(wǎng)側(cè)脈沖整流器等的研制報(bào)道。普遍存在的問題是這些裝置價(jià)格昂貴，再加上一些產(chǎn)品對(duì)電網(wǎng)的要求很高，不適合我國的國情。 國內(nèi)現(xiàn)狀: 國內(nèi)在中小容量系統(tǒng)中大都采用能耗制動(dòng)方式，即通過內(nèi)置或外加制動(dòng)電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行，該方法雖然簡單，但有如下嚴(yán)重缺點(diǎn): 1．浪費(fèi)能量，降低了系統(tǒng)的效率。 2. 電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作。 3. 簡單的能耗制動(dòng)有時(shí)不能及時(shí)抑制快速制動(dòng)產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動(dòng)性能的提高(制動(dòng)力矩大，調(diào)速范圍寬，動(dòng)態(tài)性能好)。 上述缺點(diǎn)決定了能耗制動(dòng)方式只能用于幾十千瓦以下的中小容量系統(tǒng)。國內(nèi)關(guān)于能量回饋控制的研究正在進(jìn)行，但基本上都處于實(shí)驗(yàn)階段，目前已經(jīng)見到有關(guān)的研究文獻(xiàn)報(bào)道，但尚未見這方面應(yīng)用產(chǎn)品的報(bào)道。
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