基本信息
- 项目名称：
- 基于超级电容器研究的电动车驱动及回馈能量收集装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型电能储能装置，其材料皆来源于无污染的清洁能源，属于标准的全系列低碳经济核心产品。 采用自主研发的新型炭电极材料，组装成超级电容器，用作电动小车的驱动动力源，并设计与之相匹配的电路控制系统和刹车能量回收系统。使用这种新型的装置作为车辆的驱动，可以有效的缓解汽车行业迅速发展对能源与环境造成的压力。
- 详细介绍：
- 清洁、无污染的电动汽车已成为我国汽车工业发展的战略选择，但目前电动车多用铅电池、锂电池作为驱动，存在污染，寿命短，易燃易爆等缺陷。 超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型电能储能装置，其材料皆来源于无污染的清洁能源，属于标准的全系列低碳经济核心产品。 采用自主研发的新型炭电极材料，组装成超级电容器，用作电动小车的驱动动力源，并设计与之相匹配的电路控制系统和刹车能量回收系统。使用这种新型的装置作为车辆的驱动，可以有效的缓解汽车行业迅速发展对能源与环境造成的压力。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路：超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型电能储能装置，其材料皆来源于无污染的清洁能源，属于标准的全系列低碳经济核心产品。采用自主研发的新型炭电极材料，组装成超级电容器，用作电动小车的驱动动力源，并设计与之相匹配的电路控制系统和刹车能量回收系统。 创新点： 1、使用一种新型储能装置——超级电容器作为驱动动力源。 2、以低阶煤作为制备煤基活性炭的前躯体材料，制备出具有优异电化学性能的超级电容器用电极材料。 3、自主创新设计制作与电容器匹配的电路控制系统和刹车能量回收系统。 技术关键： 1、电极材料的制备是影响超级电容器各项指标的关键 因素，通过对活性炭制备工艺参数进行优化，制备出电化学性能优异的超级电容器用电极材料。 2、由于超级电容器的放电曲线和普通可充电电池不同。因此，本课题需要设计与超级电容器放电特性相匹配的电路控制系统，以更好的将电能转化为动能。 3、自主设计并制作了能量回收电路系统。此系统是基于超级电容器快速充电的优异性能设计，能够快速、高效的将刹车制动的能量回收，并储存于超级电容器中。
科学性、先进性
- 一、超级电容器的科学先进性 (1)高功率密度。超级电容器的内阻很小，它的输出功率密度高达数kW/kg，是一般蓄电池的数十倍。 (2)充放电循环寿命很长。超级电容器循环寿命可达数万次以上。 (3)充电时间短。超级电容器最短可在几十秒内充电完毕，最长充电不过十几分钟。 (4)妥善解决了贮存设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾。 (5)高可靠性。超级电容器工作过程中没有运动部件，维护工作少，因此超级电容器的可靠性非常高。 二、能量回收系统的先进性 将超级电容器用作能量回收装置有如下优点： (1)延长电动车续航里程 （2)避免类似传统制动器的抱死，减少制动噪音 (3)延长铅酸蓄电池使用寿命，缓解其对环境的影响。 超级电容器具有电容量大，充放电时间短，循环寿命高，再生能量回收效率高的特点。 1）在车辆正常运行时，超级电容器作为辅助电源。 2）在车辆制动过程中，超级电容器吸收电机的回馈能量，相当于将减少的部分动能转换为超级电容器电能。
获奖情况及鉴定结果
- 荣获： 河南理工大学第五届“挑战杯”大学生课外 学术科技作品竞赛校级一等奖
作品所处阶段
- 实验室研究阶段段
技术转让方式
- 专利实施许可
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1 超级电容器 1.1适用范围及推广前景 超级电容器可应用的范围广泛。目前可应用在消费电子产品、太阳能能源发电系统，新能源汽车，脉冲电源系统等。 1.2市场分析和经济效益预测 超级电容器是继锂离子电池之后又一极具广泛应用潜力的新型储能器件，中国市场年需求量达2150万只，且每年都在以30%～50%的速度增长。 2 能量回收系统 2.1适用范围及推广前景 目前，以电能方式储存制动能量的制动能量回收系统通过电机回收再生制动能量，该方式是目前研究的主要方向。城市轨道车辆电力牵引能量效率改进是近年来一些国家和研究机构的主要目标，另外城市轨道车辆和公交车运行过程中频繁的启动、制动过程，制动能量相当可观。 2.2市场分析和经济效益预测 如果能将城市轨道车辆、公交车辆频繁起步、制动和怠速状态的能量加以回收利用，一则可以减少频繁起步、制动和怠速状态所导致的传统内燃机客车的油耗大，排放高造成的城市污染；二则可以提高城市轨道车及公交车的能量利用率。
同类课题研究水平概述
- 超级电容器的功率密度比电池高，放电电流大，充放电效率高，可循环次数可达几十万次以上。 国外现状 国外研究超级电容器起步比较早，各国大力开展超级电容器的研究，如日本、美国、俄罗斯、法国等，它们均把超级电容器作为国家的重点研究和开发项目。其中日本、美国代表超级电容器专用炭材料的技术先进性，已成功研制出能量密度接近二次电池的专用炭材料。 国内现状 我国对超级电容器炭电极材料的研究起步较晚，1999年之后才开始出现一些文献综述和研究报道。2000年有小批量、少品种的实验产品。目前国内从事大容量超级电容器研发的厂家共有50多家，但多数处于试验研究阶段，还未掌握超级电容器的核心技术，活性炭电极材料仍需从国外高价进口。 目前国内开展相关方面研究的单位主要有：总装部防化研究院、华东理工大学、中国科学院山西煤炭化学研究所、清华大学和湖南大学等高校和科研院所。并且，在超级电容器的研究中，许多工作都是围绕开发新电极材料和如何提高各种电极材料在电解液中的比电容进行的。 二、国内外能量回馈技术研究现状 国外现状： 为了解决电动机处于再生发电状态产生的再生能量，德国西门子公司已经推出了电机四象限运行的电压型交-直-交变频器，日本富士公司也成功研制了电源再生装置，如RHR系列、FRENIC系列电源再生单元，它把有源逆变单元从变频器中分离出来，直接作为变频器的一个外围装置，可并联到变频器的直流侧，将再生能量回馈到电网中。同时，已见到国外有四象限电压型交－直－交变频器及电网侧脉冲整流器等的研制报道。普遍存在的问题是这些装置价格昂贵，再加上一些产品对电网的要求很高，不适合我国的国情。 国内现状: 国内在中小容量系统中大都采用能耗制动方式，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中，实现电机的四象限运行，该方法虽然简单，但有如下严重缺点: 1．浪费能量，降低了系统的效率。 2. 电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作。 3. 简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高(制动力矩大，调速范围宽，动态性能好)。 上述缺点决定了能耗制动方式只能用于几十千瓦以下的中小容量系统。国内关于能量回馈控制的研究正在进行，但基本上都处于实验阶段，目前已经见到有关的研究文献报道，但尚未见这方面应用产品的报道。
