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基本信息

項目名稱：
基于超級電容器研究的電動車驅(qū)動及回饋能量收集裝置
小類：
能源化工
簡介：
超級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，組裝成超級電容器，用作電動小車的驅(qū)動動力源，并設(shè)計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，可以有效的緩解汽車行業(yè)迅速發(fā)展對能源與環(huán)境造成的壓力。
詳細(xì)介紹：
清潔、無污染的電動汽車已成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，但目前電動車多用鉛電池、鋰電池作為驅(qū)動，存在污染，壽命短，易燃易爆等缺陷。 超級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，組裝成超級電容器，用作電動小車的驅(qū)動動力源，并設(shè)計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，可以有效的緩解汽車行業(yè)迅速發(fā)展對能源與環(huán)境造成的壓力。

作品圖片

  • 基于超級電容器研究的電動車驅(qū)動及回饋能量收集裝置
  • 基于超級電容器研究的電動車驅(qū)動及回饋能量收集裝置
  • 基于超級電容器研究的電動車驅(qū)動及回饋能量收集裝置
  • 基于超級電容器研究的電動車驅(qū)動及回饋能量收集裝置
  • 基于超級電容器研究的電動車驅(qū)動及回饋能量收集裝置

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的和基本思路：超級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，組裝成超級電容器，用作電動小車的驅(qū)動動力源，并設(shè)計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： 1、使用一種新型儲能裝置——超級電容器作為驅(qū)動動力源。 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)性能的超級電容器用電極材料。 3、自主創(chuàng)新設(shè)計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電容器各項指標(biāo)的關(guān)鍵 因素，通過對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)異的超級電容器用電極材料。 2、由于超級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)計與超級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)化為動能。 3、自主設(shè)計并制作了能量回收電路系統(tǒng)。此系統(tǒng)是基于超級電容器快速充電的優(yōu)異性能設(shè)計，能夠快速、高效的將剎車制動的能量回收，并儲存于超級電容器中。

科學(xué)性、先進(jìn)性

一、超級電容器的科學(xué)先進(jìn)性 (1)高功率密度。超級電容器的內(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。超級電容器循環(huán)壽命可達(dá)數(shù)萬次以上。 (3)充電時間短。超級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。超級電容器工作過程中沒有運動部件，維護(hù)工作少，因此超級電容器的可靠性非常高。 二、能量回收系統(tǒng)的先進(jìn)性 將超級電容器用作能量回收裝置有如下優(yōu)點： (1)延長電動車?yán)m(xù)航里程 （2)避免類似傳統(tǒng)制動器的抱死，減少制動噪音 (3)延長鉛酸蓄電池使用壽命，緩解其對環(huán)境的影響。 超級電容器具有電容量大，充放電時間短，循環(huán)壽命高，再生能量回收效率高的特點。 1）在車輛正常運行時，超級電容器作為輔助電源。 2）在車輛制動過程中，超級電容器吸收電機(jī)的回饋能量，相當(dāng)于將減少的部分動能轉(zhuǎn)換為超級電容器電能。

獲獎情況及鑒定結(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)科技作品競賽校級一等獎

作品所處階段

實驗室研究階段段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利實施許可

作品可展示的形式

實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示

使用說明,技術(shù)特點和優(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 超級電容器 1.1適用范圍及推廣前景 超級電容器可應(yīng)用的范圍廣泛。目前可應(yīng)用在消費電子產(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，以電能方式儲存制動能量的制動能量回收系統(tǒng)通過電機(jī)回收再生制動能量，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行過程中頻繁的啟動、制動過程，制動能量相當(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 國外研究超級電容器起步比較早，各國大力開展超級電容器的研究，如日本、美國、俄羅斯、法國等，它們均把超級電容器作為國家的重點研究和開發(fā)項目。其中日本、美國代表超級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 我國對超級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)綜述和研究報道。2000年有小批量、少品種的實驗產(chǎn)品。目前國內(nèi)從事大容量超級電容器研發(fā)的廠家共有50多家，但多數(shù)處于試驗研究階段，還未掌握超級電容器的核心技術(shù)，活性炭電極材料仍需從國外高價進(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，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道。普遍存在的問題是這些裝置價格昂貴，再加上一些產(chǎn)品對電網(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方式，即通過內(nèi)置或外加制動電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中，實現(xiàn)電機(jī)的四象限運行，該方法雖然簡單，但有如下嚴(yán)重缺點: 1．浪費能量，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. 簡單的能耗制動有時不能及時抑制快速制動產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動性能的提高(制動力矩大，調(diào)速范圍寬，動態(tài)性能好)。 上述缺點決定了能耗制動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，但基本上都處于實驗階段，目前已經(jīng)見到有關(guān)的研究文獻(xiàn)報道，但尚未見這方面應(yīng)用產(chǎn)品的報道。
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