超級(jí)電容器改善汽車啟動(dòng)性能
其中：E為蓄電池空載端電壓,RM為啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞電阻、RB為蓄電池內(nèi)阻、RL為線路電阻。
由于RM、RB、RL均非常低,啟動(dòng)電流非常大。例如用12V、45Ah的蓄電池啟動(dòng)安裝1.9升柴油機(jī)的汽車,蓄電池的電壓在啟動(dòng)瞬間由12.6V降到約3.6V！啟動(dòng)過程的蓄電池電壓波形如圖1;啟動(dòng)瞬時(shí)的電流達(dá)550A,約為蓄電池的12C的放電率！啟動(dòng)過程的蓄電池電流波形如圖2,（電流傳感器的電流/電壓變換比率：100A/V）。盡管車用蓄電池是啟動(dòng)專用蓄電池,可以高倍率放電,但在圖1中可以看出,10倍以上的高倍率放電時(shí)的蓄電池性能變得很差,而且,如此高倍率放電對(duì)蓄電池的損傷也是非常明顯的。啟動(dòng)過程的電壓劇烈變化也是極強(qiáng)的電磁干擾,可以造成電氣設(shè)備的“掉電”,迫使電氣設(shè)備在發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程結(jié)束后重新上電,計(jì)算機(jī)在這個(gè)過程中非常容易死機(jī)。因此,無(wú)論從改善汽車電氣設(shè)備的電磁環(huán)境還是改善汽車的啟動(dòng)性能和蓄電池的性能、延長(zhǎng)使用壽命來(lái)考慮,改善汽車電源在啟動(dòng)過程的性能是必要的。
問題的解決方案可以加大蓄電池的容量,但需要增加很多,使體積增大,這并不是好的解決方案。將超級(jí)電容器與蓄電池并聯(lián)可以很好地解決這個(gè)問題。
2 超級(jí)電容器原理及特點(diǎn)
2.1 超級(jí)電容器原理
超級(jí)電容器是一種電容量可達(dá)數(shù)千法拉的電容量極大的電容器。根據(jù)電容器的原理,電容量取決于電極間距離和電極表面積,為了得到如此大的電容量,超級(jí)電容器盡可能地縮小電極間距離、增加電極表面積。為此采用了雙電層原理和活性炭多孔化電極,超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)如圖3。雙電層介質(zhì)在電容器兩電極施加電壓時(shí),在靠近電極的電介質(zhì)界面上產(chǎn)生與電極所攜帶電荷相反的電荷并被束縛在介質(zhì)界面上,形成事實(shí)上的電容器的兩個(gè)電極,如圖4,很明顯,兩電極的距離非常小,僅幾納米,同時(shí)活性炭多孔化電極可以獲得極大的電極表面積,可以達(dá)到200m2/克。因而這種結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器具有極大的電容量并可以存儲(chǔ)很大的靜電能量。就儲(chǔ)能而言,超級(jí)電容器的這一特性是介于傳統(tǒng)的電容器與電池之間。
當(dāng)兩極板間電勢(shì)低于電解液的氧化還原電極電位時(shí),電解液界面上電荷不會(huì)脫離電解液,超級(jí)電容器為正常工作狀態(tài)（通常為3V以下）,如電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時(shí),電解液將分解,為非正常狀態(tài)。由于隨著超級(jí)電容器放電,正、負(fù)極板上的電荷被外電路泄放,電解液的界面上的電荷響應(yīng)減少。由此可以看出：超級(jí)電容器的充放電過程始終是物理過程,沒有化學(xué)反應(yīng)。因此性能是穩(wěn)定的,與利用化學(xué)反應(yīng)的蓄電池是不同的。
