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1、超级电容作为唯一动力源的电动汽车驱动结构较简单，而且目前技术还不成熟。 所以一般都是把超级电容作为辅助动力源，与电池、燃料电池或其它APU系统组成多能源的动力总成来驱动车辆。常见的结构组合形式有：B+ C, FC+ C, FC+ B+ C, ICE/G+ C等。（其中B代表电池、C代表超级电容、FC代表燃料电池、 ICE代表内燃机、G代表发电机），这些结构都属于串联式混合驱动结构。如图3所示为超级电容应用于电动车的典型结构*图3超级电容用于电动车的典型驱动结构UCM（超级电容管理系统）实现对超级电容的封装，主要作用是管理每 个单体 电流的大小，防止电压超过电解质的分解电压而造成损坏，限制单体不
2、均匀性的 影响。从而使超级电容组稳定可靠的工作， 提高超级电容组整体的效率和寿 命。超级电容经过一个双向的高频 DC/DC后在直流电压总线与电池组进行耦合。 为了 串联较少的超级电容单体，DC/D般为电流型升压 变换器，通过控制DC/DC 的输出电流来达到控制其输出功率的目的。由于超级电容器存储的能量和电压的平方成正比，所以超级电容器由荷电状态所决定的端电压将在一个很宽的范围内变化。例如，如果超级电容器被放电 75%，那么电容器的端电压将减少到初始电压的50%。为了控制电容器的能量输 入输出，协调超级电容电压和电池电压，必须要使用DC-DC变换器。3、控制方式对于B+ C形式的电动汽车而言，主
3、要是控制超级电容的电流，以实现作为主动 力源的电池与超级电容的功率分配。 应该考虑以下几个方面：蓄电池功率输出应 该尽可能保持恒定或平滑；超级电容主要起功 率调峰作用，提供道路需求功率 减去蓄电池功率外剩余的功率，并且制动能量；必须保证蓄电池与超级电容都在 各自的安全电压范围内工作；系统的整体效率应该尽 可能最大。除了以超级电 容电流为控制目标外，也可以把电容电压作为控制目标。4、示范样车在德国巴伐利亚州政府的支持下，MAN和Siemens、EPSO公司合作建立了欧 洲第一辆采用柴油电驱动和双层电容器作为大功率储能装置的城市公交车。 与 常规柴油机驱动的车辆相比，燃料消耗减少1015%，而且舒
4、适性提高，噪音和污染减少。该研究项目将来会把超级电容用于燃料电池车的驱动系统中。图4 “CNGC ”15 吨串联式混合动力大客车瑞士中心应用科学大学(HTA-Luzerne)自1992年以来开发出一种适合车辆使 用的能量存储系统 SAM(Super Accumulator Module )，它是以超级电容和电 池为基础组成的。并且在 1997年开发的“蓝色天使”轻型混合动力车中仅使用 超级电容组就拖动了瑞士联邦铁路公司的 80t 重的火车头。此项目还实现了储 能系统完全由超级电容组成的 16座 4t 的中巴车。Nissan Diesel公司开发了一辆15t的“ CN3 C”串联式混合动力大客车
5、如图 4 所示，续驶里程比常规CNGfc客车提高了 2.4倍。超级电容总重200kg，CNC发 动机在最优效率点带动一个75kW的发电机工作。另外，本田公司的燃料电池轿车 FCX-V3也采用了“ FC+ C”的 驱动结构。意大利的Roma Tre大学在政府的资助下正在开展“ FC+ B+ C”的研究工作。2001年1月，GM宣布将使用Maxwell公司的PowerCacheTM超级电容，作为其 针对卡车和巴士混合驱动解决方案 Allison Electric DrivesTM 的一部分。5、汽车部件的辅助能源除了用于动力驱动系统外， 超级电容在汽车零部件领 域也有广泛的应用。 例如， 未来汽车
6、设计使用的42V电系统(转向、制动、空调、高保真音响、电动座椅等)， 如果使用长寿命的超级电容，可以使得需求功率经 常变化的子系统性能大大提 高。另外，还可以减少车内用于电制动、电转向等子系统的布线。而且，如果使 用超级电容来提供发动机起动时所需要的大电流，那么不 仅能保护电池，而且 即使是在低温环境和电池性能不足的条件下也能顺利实现起动。结论 超级电容能在短时间内提供 / 吸收大的 功率，而且效率高、 循环寿命长、 工作温 度范围宽，其使用的基础材料价格也很便宜。尽管超级电容仍然存在价格偏贵， 比能量有待进一步提高等缺点，但是随着其 技术的日益成熟和车载示范运行的 不断深入，超级电容将会快速
7、进入汽车市场，使产量上升，价格下降。总之，超 级电容在汽车领域应用前景广阔。四、充电方法1 使用 CVCC 电源通常，超级电容用 CVCC(Constant Voltage Current) 电源充电。 CC 意为用限 流功能使输出电流恒定： CV 意为用限压功能使输出电压恒定。如果采用恒压充电， 由于超级电容内阻很小 在充电起始阶段就会有很大的充电 电流。这是不现实的。例如用 3V电源对内阻为10m Q的电容充电，电流可达 300A 。而用图 5 那样的恒流充电，则没有恒压充电的问题，但是在电容端子电压已经 达到其耐压值时还继续充电，则可能因过压而损坏。所以充电电源应具有恒流恒压的性能。图6
8、是用CVCC电源充电的情形。将电雎设定为超级电容的上限电压， 充电开始时以恒流充电， 接近设定电压时充电电 流减小，由恒流慢慢过渡到恒压控制 fCV CC 的中间状态 ) ；进入恒压充电 以后，再经过充足的时间， 直到充电电流几乎为零， 充电电压也达到了设定电压， 充电停止。这个恒压充电阶段称为缓和充电。2 内阻的影响超级电容的内阻 Rint 很小，因而可以快速充电， 但是应加以限制。 因为充电时 的 Rintio 和放电时的 Rintio 都会成为热损失，故大电流的充放电应避免。3 快速充电的方法通常的 CVCC 电源并不能快速的满充电，在 CV 充电期间会进入缓和充电阶段。 如果在此时停止
9、充电， 则由于内阻产生的电压下跌而不能充电至最大值。 作为对 策，可采用预先考虑 IinRint 电压降来设定电压的充电方法； 并提高电源 CC 功 能的开环增益。 使从 CC 过渡到 CV 的灵敏度更高， 且提高恒流充电电流设定值 的精度等。4 正确理解充电能量 电容器所储存的能量，可用测量的端子电压来计算(J=CiritV'Lf/2在放电过程中”其端电压从VI下降至¥2,如利用的能嵐为AU： U =Cint (Vj1- ¥刊/2这个电位差反映出的能量，到底相当于总能量的百分之几？可从图7来分析。此外，由于内阻Rint的存在，会有一定的能量损耗。五、并联监控电路的
10、设计1 设计参数以六个单体容量100F、耐压2.5V、内阻20mQ的超级电容为例，先每三个 并联、再两两串联。得到150F、5V的组件。为安全计，充电只达到 4V，故 需给组件并联两个2 . 0V的监控电路。故设计参数选为：监控电压 2.0V ， 限制电流2.5A ，工作内阻10m Q以下(低于电容内阻)。2 电路设计以图3电路为基础，设计出如图8所示电路。为了在低电源电压下工作，Tr1 选用饱和电压VCe低的三极管2SA1743(30W / 10A )。虽然其功耗仅23W， 仍为其选用热阻为1015 T : / W的散热器。根据图3 ，Tri的IR25mA，流过R3的电流为2mA，合计为27mA。这时IC1的功耗Pic1为35mW。监控电压的调整选用稳压集成电路 431 ，其 最大电流为50mA，允许功耗为150mW。满充电信号由光电耦合器传递给充电 器；Tr2用来驱动光电耦合器。厲龍甩的旳inCimVa-