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马自达车用双电层电容器简介
来源:汽车与驾驶维修  作者:佚名  2014-10-30 08:02:13

    如今配备能量回收和节能起停装置的车越来越多,这些都离不开能够快速充放电的电容器。发展燃料电池车或纯电动车,基础设施建设投入巨大,所需的社会配套周期也相对漫长。可是在此期间,汽车保有量的增加却不会停止。因此在现有汽车技术的基础上进一步向前发展是一个不容忽视的问题。
    马自达汽车公司近期推出的新款马自达轿车,配备由双电层电容器为核心的能量回收系统。双电层电容器是日本Chemi-Con公司研发的新产品,其特点是具有比普通电容器更大的充电电流和储电量。
    虽然燃料电池车和纯电动车在环保性能方面有着不可超越的优势,但在短期内消费者追求的并不仅仅是环保性能,而是要在此基础上,既不能牺牲行驶性能,价格也不能太高。只有让三者获得平衡的技术,才能很快地被人们接受。

    出于这样的考虑,马自达汽车公司在开发燃效改善技术时,采取了与其他汽车企业截然不同的做法。他们并没有声势浩大地去开发纯电动汽车和燃料电池车,而是通过彻底改进现有的动力装置,并结合电子技术来提高车辆的环保性能。
    马自达汽车公司开发的燃效改善技术名叫i-ELOOP,今后该公司投放市场的车辆,无论是配备汽油发动机还是柴油发动机,全部会标配这项技术。
    通常,车载电气设备所使用的电能是通过发电机利用发动机的转动动能产生的。而配有能量回收系统的车辆,则是把驾驶员松开加速踏板以及踩下制动踏板时,期望取消的那部分动能转换为电能并存储起来。这部分电能可供电气设备使用,从而减少车辆的燃料消耗。根据行驶速度和电气设备的使用情况,采用这种技术后,燃效有望提高一成。而为了实现这一目标,电容器是必不可少的器件。电容器的作用之一是储存并释放电荷,从这一点上看,它与蓄电池的作用是相同的。不过电容器有2个蓄电池所不具备的优点。一是能够大电流充电。对普通蓄电池而言,其充电电流一般不超过30 A,而电容器的充电电流却高达200 A。车辆行驶中,动力系统的工况是十分复杂的。因此能量回收的机会是稍纵即逝,如果不使用电容器,很难抓住这些机会。二是寿命长,电容器的使用寿命是普通蓄电池的上千倍,这样一来,它就可以像其他机械部件一样安装在相对固定的位置上。
    据业内专家预计,配备节能起停和能量回收系统的车辆占全部车辆的比例,将从现在的约10%增加到2020年的30%以上。因此电容器的市场前景十分广阔。
    双电层现象是活性炭电极浸泡在电解液中,电极与电解液接近后产生正负离子,从而储存电能的现象。与普通蓄电池不同的是,在这种现象出现的过程中不发生化学反应,它是利用离子的物理移动来储存电荷。因此大电流快速充放电时,不会出现工况劣化的问题,在这一点上蓄电池不可与它同日而语。
    双电层电容器中的关键材料是活性炭颗粒,它们是利用椰子壳制成的。包裹在椰子胚乳外的硬壳,经高温水蒸气活化后可以制成活性炭,这种活性炭具有大量微孔。活性炭微孔的表面积越大,存储的电荷容量越高。以一个直径为35 mm,高度为105 mm的圆柱形双电层电容器为例,其微孔表面积之和相当于5个足球场的面积。除活性炭外,电容器还包括电解液和铝壳等。双电层电容器不仅有着令人满意的电气性能而且由于它是以榨油后剩余的废弃物椰壳为主要原料,所以比使用重金属的铅酸电池和锂离子电池更加环保。
    双电层电容器无论是充电速度、功率密度或使用寿命等这些电池的基本性能,还是安全性和环境负荷等指标,都优于锂离子电池。但在现阶段,双电层电容器也存在致命的缺点,那就是能量密度还不到混合动力车上使用的锂离子电池的11300但随汽车电子化程度的不断提高,例如空调压缩机将更多地使用电动压缩机;用于主动安全性能方面的光电探测系统不断完善等,这些装置对车载电能的需求会越来越多。为了防止消耗电能的增加导致整车的燃效恶化,双电层电容器的重要性将越来越高。
    在未来,通过组合双电层电容器和锂离子电池,有可能开发出不依靠燃料,仅通过充电、蓄电和利用的流程来提供车内需要电能的高级电能管理系统。这种系统将会利用无线充电方式快速为电容器充电,然后在车辆行驶过程中,利用相对充分的时间将这部分电能转存到蓄电池中。

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