超级电容具有极其优良的充、放电性能,在额定电压范围内,可以以极快的速度充电至任一电压值,放电时则可以放出所存储的全部电能,而且没有蓄电池快速充电和放电的损坏问题。此外,超级电容还具有不污染环境及机械强度高、安全性好(防火、防爆)、使用过程中免维护、使用寿命长(大于10年)和工作温度范围宽(一30℃~ 45℃)等优点,并且在瞬间高电压和短路大电流情况下有缓冲功能,能量系统较为稳定。超级电容与铅酸电池和普通电容的性能对比见表1。
纯超级电容电动车
直接以超级电容作为电动车的惟一能源,此方法结构简单、实用、成本低,而且实现了零排放,因此比较适合用于短距离、线路固定的区域,例如火车站或者飞机场的牵引车、学校和幼儿园的送餐车、公园的浏览车和电动公交车等。
复合电源电动车
超级电容与蓄电池、燃料电池等配合可以组成复合电源系统,但燃料电池因为成本较高,现在还不能得到实际应用。因此,国内外对超级电容一蓄电池复合电源系统的研究更多,其拓扑结构概括如图2所示。图2a结构最简单,但由于没有DC/DC变换器,蓄电池和超级电容将具有相同的电压,以致超级电容仅在蓄电池电压发生快速变化时输出和接收功率,从而减弱了超级电容的负载均衡作用。图2b与图2c都采用了双向OC/OC变换器,图2b中双向DC/DC跟踪检测蓄电池的端电压,以调控超级电容的端电压使两者匹配工作。由于蓄电池端电压的变化比超级电容的端电压平缓,因此对于DC/DC,图2b比图2c易于控制。图2d理论上虽然具有更高的灵活性,但对DC/DC的控制策略要求非常精确复杂且不易维护。
复合电源系统的控制策略
1、速度约束控制策略
当车辆起步时,超级电容中应当储存较多的能量,需要超级电容放电,保证电动车的加速性能,而当车辆在高速行驶的情况下,超级电容应当储存比较少的能量,以便在制动过程中接收较多的能量。超级电容储存的能量与其端电压的平方成正比,由于超级电容的端电压变化范围比较大,因此放电时如何控制其放电深度,以备在行驶过程中二次放电或进行再生制动回收充电,但需要在实验中反复进行测试才能获得。