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
UCMS（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/DC一般为电流型升压 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 、EPSOS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 10～15％，而且舒适性提高，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 “CNG＋C ”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“CNG＋C”串联式混合动力大客车如图4所示，续驶里程比常规CNG大客车提高了2.4倍。超级电容总重 200kg，CNG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 Ω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 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
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、并联监控电路的设计 1 ．设计参数
以六个单体容量 100F 、耐压 2.5V 、内阻 20m Ω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 Ω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 2~3W ，仍为其选用热阻为 10 ～ 15 ℃ ：／ W 的散热器。
根据图 3 ， Trl 的 IR ≈ 25mA ，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。
【2024年整理】超级电容作为唯一动力源的电动汽车驱动
