新能源,是半年来最火的一个话题。在我大A中,但凡跟新能源或新能源车沾上点边,业绩再差的股票都被炒上了天。绩优点的,市值那是完全秒*美帝那些科技巨头,完全无视多数股票在股灾式上涨牛市中的悲惨。
在各种炒作噱头中,除了充电几分钟能续航上千公里这种挑战人类常识的雷人雷语外,各种有意无意的新能源技术误导,也屡屡被翻炒。
这里简单说说超级电容能否替代新能源车动力电池,以及是否能用它来给电动汽车快充,解决电网负荷根本无法支持各种超级快充负荷的问题。
一、超级电容的体积/电容量/耐压值
现在已经正常商用的超级电容,电容量很大,但耐压比较低。 例如最常见的2.7V/3000F超级电容,圆柱形,直径61mm,高138mm,电容量却高达3000F(法拉F,很大的电容单位,1法拉等于1百万微法μF),额定电压却只有2.7V。
超级电容,接头都非常粗大,意味着可以输出很大的电流
需要更高耐压,与锂电池一样,多只串联。相同规格串联的话,串联后总耐压等于个数乘以单个耐压值,但总电容量却减少为单个电容量除以用个数,例如16V500F,其实是用6只2.7V3000F串联而成。需要更大容量,再把多个串联组并联,这与动力电池组是由很多小电池组成的情况完全一样。
16V500F超级电容组
二、超级电容储能量
超级电容的电容量惊人,储能量W=0.5CUU=0.5*3000*2.7*2.7=10935J(焦耳J),换算为千瓦时,也就是常见用电量的“度”为:10935J/3600/1000=0.0030375kWh,也就是只能储存0.0030375度电。
是否很失望?毕竟城市家庭每个月随便就用掉几百度电。
而且这还是完全放电到0V时的储能量。
实际上,电压下降不到0V可能就不能继续给电器正常使用供电了,所以实际的可用储能量更加少,因为储能量与电压的平方成正比例。例如500V电容组电压下降到100V(每只0.54V)就不能继续使用了,这样它有效储能量为(0.5*3000*2.7*2.7-0.5*3000*0.54*0.54)/3600/1000=0.002916kWh,也就是0.002916度电,利用率还是很高,储电量只减少了一丁点,原因是它与电压并不是线性关系。
三、超级电容突出优点与缺点
1.它储电原理不是电池那种化学转换。超级电容工作本质是个物理原理,所以充放电次数可以达到50万次以上!使用寿命很长。
2.放电电流可以非常大。即使短路,绝大多数能量也释放在负载,基本不会造成电容本身的损坏(也会发热,不过后果与电池完全不同)。例如2.7V3000F超级电容,最大电流可以达到惊人的1900A,稳定电流也有100A多(见后面的参数表)。但别忘记上面说过它的储电量非常小,所以大电流放电的话,放电时间非常短,瞬间就没电了。
3.它的功率密度很高,可达102~104 kW/kg,相当于锂电池(2KW/Kg)的50倍以上,爆发力惊人,就是上面说的放电电流可以很大;但能量密度很低,单位体积能量密度只有锂电池的95分之1,放置非常占空间。所以同储电量的超级电容体积比锂电池大了太多,这注定它没可能作为需要长时间高负荷使用的电动汽车的动力电池使用了。
4.它的超低温性能非常好,能够在-40℃~ 65℃之间正常工作。低温性能差可是目前商用锂电池的致命缺点:冬天续航里程下降太多。
5.它比较环保,基本无需维护,报废后不会像锂电池那样严重污染环境。
6.它的充电电流可以很大,充满电时间很短。这么说吧,如果对它充电的充电器够强悍,很大的超级电容组都可以在几十秒内充满,不用担心爆炸和充坏。
7.它不会过放电或过充电损坏,只要不超过它的额定电压,充到天荒地老也绝没事,不需要什么恒流恒压(不过实际上充电设备必须限流限压,不然开始充电的时候电流极大,与短路类似,会损坏充电设备,而不是损坏电容);只要它还有电尽管用,不用设置过电流或低电压保护,有需要的话尽管放电到0V,也不会损坏或有记忆效应。
8.它自放电比较快,没办法长时间储电,很大容量的超级电容充满电,空置几十小时不用,电就自放完了,储电耐久性远不如锂电池。
各种超级电容
四、同储电量的超级电容与锂电池的体积对比
虽然说超级电容和锂电池按重量计的能量密度kWh/kg或Wh/kg很重要,它们分别为6Wh/kg和300Wh/kg,后者是前者的50倍;但按体积计的能量密度同样重要,毕竟要多少空间放置它同样重要。
2.7V3000F超级电容实际占空间0.061*0.061*0.138=0.000513498米³,理论储能量为0.0030375kWh;21700锂电池占空间0.021*0.021*0.07=0.00003087米³,理论储能量为0.01728kWh(4.8Ah*3.6V/1000),单位体积储能量后者是前者的(0.01728/0.00003087)/(0.0030375/0.000513498)=94.63倍!