摘要：分析了超級電容器應(yīng)用于電動汽車中的技術(shù)優(yōu)勢，介紹了國內(nèi)外在超級電容器的研發(fā)、項(xiàng)目合作、超級電容電動車實(shí)際運(yùn)營以及招商招標(biāo)的活躍狀態(tài)，指出了目前超級電容器的技術(shù)不足和發(fā)展希望。
有統(tǒng)計(jì)顯示，城市污染氣體的排放中，汽車已占了70%以上，世界各國都在尋找汽車代用燃料。由于石油短缺日益嚴(yán)重，人們漸漸認(rèn)識到開發(fā)新型汽車的重要性，即需要降低對石油的依賴，減少廢氣的排放，于是電動汽車近年來發(fā)展很快。超級電容器功率密度大，充放電時間短，大電流充放電特性好，壽命長，低溫特性優(yōu)于蓄電池，這些優(yōu)異的性能使它在電動車上有很好的應(yīng)用前景。
1、技術(shù)優(yōu)勢
超級電容作為電池的替代品，已經(jīng)不斷應(yīng)用于電動汽車中。圖1為混合動力型超級電容汽車的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中的超級電容器用于回收剎車時的再生能量，在啟動和爬坡時快速提供大功率電流。超級電容電動車一般指由超級電容器提供是主要能源的電動車。
在比能量和比功率兩個性能參數(shù)上超級電容器位于電池和傳統(tǒng)電容之間，循環(huán)壽命和充放電效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電池。由于使用壽命長通常都超過了使用其設(shè)備的壽命，所以，超級電容器終身無需維護(hù)，加之使用完后，對環(huán)境要求寬松，無污染，因而又稱其為綠色能源。
較之化學(xué)電池，超級電容器車用貯電裝置是綠色能源，對環(huán)境沒有二次污染。循環(huán)使用壽命長（約10萬次），化學(xué)電池的循環(huán)使用壽命短（200～1000次），易損壞。充電速度快（0.3s～15min）；化學(xué)電池的充電時間長，一般要3～10h。充放電效率高（98％），化學(xué)電池的充放電效率低（70％）。功率密度高（1000～10000W/kg），化學(xué)電池功率密度低（300W/kg）。超級電容器徹底免維護(hù)，工作溫度范圍寬(–40～+70℃)。容量變化小，鉛酸電池電動車在零下溫度使用時，續(xù)駛里程減少90％，而超級電容器只減少10％。超級電容器電動大客車剎車再生能量回收效率高，常規(guī)制動時回收高達(dá)70％，化學(xué)電池能量回收效率僅為5％。
相對成本低。超級電容器的價(jià)格比鉛酸電池高一倍，但由于超級電容器的壽命比化學(xué)電池高100倍，所以超級電容器電動車的綜合運(yùn)營成本大大低于化學(xué)電池。
2、研發(fā)與應(yīng)用持續(xù)活躍
研發(fā)活躍、已上擬上項(xiàng)目眾多是超級電容電動車領(lǐng)域的現(xiàn)狀。
Tesla（特斯拉）潮正席卷全球，并被市場形象地稱之為“電動車中的蘋果”。Tesla首席執(zhí)行官Elon Musk早在2011年就表示，傳統(tǒng)電動汽車的電池已經(jīng)過時，未來以超級電容器為動力系統(tǒng)的新型汽車將取而代之。
近日，麥斯威爾科技有限公司(Maxwell Technologies)宣布，將為全球最大獨(dú)立發(fā)動機(jī)制造商康明斯的供應(yīng)商，Cummins Crosspoint公司的子公司Crosspoint Kinetics公司供應(yīng)超級電容產(chǎn)品，用于小型混合動力卡車和巴士等的動力系統(tǒng)。這套采用了麥斯威爾超級電容的混合動力系統(tǒng)具有制動能量回收和扭矩輔助系統(tǒng)，能夠有效減少燃油消耗和廢氣排放。制動能量回收系統(tǒng)回收車輛在制動或慣性滑行中釋放出的多余能量，并通過混合動力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)將其轉(zhuǎn)化為電能，再儲存在超級電容中，用于之后的加速行駛。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)電磁與電子技術(shù)研究所研究出用超級電容器做儲能器件的電動客車，這是一種只需充電15分鐘便能連續(xù)行駛25公里，而最高時速可達(dá)52公里的電動客車。據(jù)悉，由該所承擔(dān)的黑龍江省科技攻關(guān)重大項(xiàng)目——“以電容為能源的電動車”等3個項(xiàng)目，已通過該省科技廳鑒定。該項(xiàng)研究在以電容為能源的電動車?yán)m(xù)駛里程、最高車速等方面達(dá)到了國際先進(jìn)水平。這種超級電容電動客車的研制為國內(nèi)首創(chuàng)，其性能指標(biāo)達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
上海奧威與揚(yáng)州亞星的合作推動了超級電容客車在特定領(lǐng)域的應(yīng)用。奧威公司在2010年上海世博會上推出的超級電容車引起了多方關(guān)注，現(xiàn)在該公司把超級電容這一專利授權(quán)給亞星使用，亞星客車基礎(chǔ)好，有先進(jìn)的工廠、國家的政策和地方政府的支持，在充分發(fā)揮優(yōu)勢的情況下，有可能在短時期內(nèi)將符合市場潮流的產(chǎn)品投入到市場中去，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢的集成，完成轉(zhuǎn)型升級后的爆發(fā)增長。
超級電容純電動公交將在長沙投運(yùn)。據(jù)該車的研發(fā)者介紹，城市公交使用超級電容純電動客車，其經(jīng)濟(jì)、社會效益顯著。比如一臺12米長的公交客車，按每天行駛240公里、一年運(yùn)行330天計(jì)算，可節(jié)油22萬元，扣除電費(fèi)5萬元，可節(jié)約燃料費(fèi)用17萬元左右；同時減少尾氣排放19.2噸。如果在全國公交線路上推廣這種超級電容純電動車，一年可節(jié)省1200億元燃油，可減少尾氣排放1000萬噸。
超級電容器的招商招標(biāo)工作更是此起彼伏。朝陽市遼遠(yuǎn)新能源科技有限公司的超級電容器電動車生產(chǎn)項(xiàng)目招商，涉及征地51畝，投資1.2億元，總建設(shè)面積為31209平方米的標(biāo)準(zhǔn)化廠房、辦公樓、生產(chǎn)車間及研發(fā)中心；建設(shè)年產(chǎn)10萬臺超級電容器電動車生產(chǎn)線3條。已完成前期立項(xiàng)、環(huán)評、規(guī)劃、土地等手續(xù)，雖然前期定位為電動自行車，但長遠(yuǎn)不排除向汽車擴(kuò)張。北汽福田汽車股份有限公司電電混合（超級電容-鋰電池）電動公交研發(fā)設(shè)備招標(biāo)招標(biāo)文件發(fā)售于2013年12月23日結(jié)束。
在高歌猛進(jìn)中，也應(yīng)看到超級電容器的先天缺陷，基于目前的技術(shù)水平，超級電容器的能量密度低，行駛里程短。現(xiàn)實(shí)案例中，所運(yùn)行的路線全部為短線，全程在10公里以內(nèi)。即便是短途，這類超級電容大巴
出發(fā)前先要把電充滿，運(yùn)行過程中每行駛?cè)膫€站就需要停下來快速充電，補(bǔ)充能量。為配合超級電容大巴的運(yùn)行，沿途需要安裝充電設(shè)施，司機(jī)停車充電時必須準(zhǔn)確把握大巴的停靠地點(diǎn)，以便順利對接充電設(shè)施。
即使是2013年新推出的可運(yùn)營超級電容大巴，一次充電行駛里程也僅10～15公里日本研發(fā)了一種鋰離子超級電容器，與傳統(tǒng)超級電容器相比，其能量密度已經(jīng)提高了4～5倍，不過也只達(dá)到30～40Wh/kg，遠(yuǎn)低于鋰電池的能量密度。超級電容器目前的狀況一時還無法替代鋰電池，更別說獨(dú)自撐起電動車的主能源的這片天了，發(fā)展還任重而道遠(yuǎn)。
3、結(jié)束語
鑒于超級電容器的重要性，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都給予了高度重視，并成為各國重點(diǎn)的戰(zhàn)略研究和開發(fā)項(xiàng)目。
雖然超級電容汽車受制于成本和能量密度低的原因，產(chǎn)業(yè)化仍處起步階段，但在特殊領(lǐng)域的突破甚至普及還是完全可期的。
超級電容公交憑借節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢將重新為市場所認(rèn)知，使用滲透率有望進(jìn)一步提高。超級電容的用途很廣泛，在客車上的使用僅僅只是一部分。比如超級電容適合機(jī)場的擺渡車和公交車使用，對于解決園區(qū)最后一公里也很適用，包括應(yīng)用于物流、城鄉(xiāng)接合部的交通等。隨著石墨烯等新材料新技術(shù)的應(yīng)用，不排除超級電容器技術(shù)迎來革命性的突破，從而帶動電動汽車的爆發(fā)式增長。
