国之重器出版工程 新能源汽车关键技术研究丛书 面向电动车辆的超级电容系统应用技术
作者： 张雷，王震坡 著
出版时间：2020年版
内容简介
车载电源系统是电动车辆的关键部件之一，直接影响车辆的动力性、等效燃油经济性和制造成本。然而，单一车载电源包括应用广泛的锂离子动力电池，无法同时满足电动车辆高能量密度和高功率密度的要求。超级电容器具有功率密度高、内阻小、工作温度范围宽以及循环寿命极长等优点，与燃料电池、动力电池等高能量密度、低功率密度电源具有极强的互补性。以锂离子动力电池与超级电容构成的复合电源系统，能够充分利用两种储能系统的优点。本书是一本专著，系统阐述了面向电动车辆的超级电容系统关键应用技术，全书共分8章，主要内容包括电动车辆储能系统的要求、超级电容器发展现状及特点、超级电容系统关键管理技术、系统建模方法、系统状态估计方法、复合电源系统设计与能量管理技术等内容，使读者对电动车辆用超级电容系统关键应用技术等有一个比较清晰的认识。
目录
第1章 新能源汽车发展概述001
1.1 新能源成为汽车工业发展的趋势之一002
1.1.1 能源危机002
1.1.2 环境污染003
1.1.3 新能源汽车的优势005
1.2 电动汽车分类008
1.3 新能源汽车发展现状与趋势013
1.3.1 国内外发展概况014
1.3.2 纯电动汽车发展现状015
1.3.3 混合动力电动汽车发展现状018
1.3.4 插电式混合动力电动汽车发展现状020
1.3.5 燃料电池电动汽车发展现状022
1.4 新能源汽车常用电源系统024
第2章 超级电容器技术概述027
2.1 概述028
2.2 超级电容器的优势029
2.3 主要应用领域030
2.3.1 交通运输业031
2.3.2 工业领域034
2.3.3 可再生能源038
2.3.4 军事领域039
2.4 超级电容器技术特性040
2.4.1 技术特性040
2.4.2 优缺点042
2.5 超级电容器的分类044
2.5.1 双电层电容器044
2.5.2 赝电容器045
2.6 工艺流程046
2.7 使用注意事项046
2.8 超级电容器电动车应用中面临的问题047
第3章 超级电容器与电池049
3.1 电能的存储机理050
3.1.1 能量的存储形式050
3.1.2 电容器和电池的储能模式051
3.1.3 法拉第与非法拉第过程051
3.2 超级电容器与电池的运行机理052
3.2.1 超级电容器的运行机理052
3.2.2 超级电容器的基本结构053
3.2.3 电池的基本工作原理054
3.2.4 电池的基本构成055
3.3 超级电容器与电池的类型056
3.3.1 可区分的体系056
3.3.2 超级电容器与电池的设计与等效电路模型059
3.4 电荷存储密度的区别062
3.4.1 每个原子或分子的电荷密度062
3.4.2 可获得的能量密度比较062
3.5 充放电特性比较063
3.5.1 超级电容器充放电特性063
3.5.2 电池充放电特性067
3.5.3 超级电容器与电池的充电曲线比较072
3.5.4 基于循环伏安法的超级电容器和电池单元充放电行为比较074
3.5.5 非理想极化电容器电极的充电过程076
3.6 性能和技术应用比较077
3.6.1 性能比较077
3.6.2 技术应用比较078
3.7 电化学电容器与电池性能的总体比较079
第4章 超级电容系统关键技术概述083
4.1 超级电容器电极材料及制造工艺084
4.1.1 用于电化学电容器的碳材料084
4.1.2 碳材料的表面性质和官能度088
4.1.3 碳材料的双层电容093
4.1.4 用于电容器碳材料的热处理和化学处理095
4.2 用于电化学电容器的金属氧化物099
4.2.1 氧化钌的制备100
4.2.2 RuO2的状态和化学构造103
4.2.3 RuO2的充放电机理106
4.3 导电聚合物的研究情况107
4.4 超级电容电解液及其稳定性108
4.4.1 水性电解液108
4.4.2 有机电解液109
4.4.3 凝胶电解液111
4.4.4 固体电解液111
第5章 超级电容系统建模方法113
5.1 超级电容系统建模的国内外发展现状114
5.2 超级电容系统建模的难点117
5.3 超级电容器双电层模型118
5.3.1 Helmholtz双电层模型118
5.3.2 Gouy ? Chapman双电层模型119
5.3.3 Stern ? Grahame双电层模型120
5.4 超级电容等效电路模型对比研究120
5.4.1 模型结构121
5.4.2 模型参数估计123
5.4.3 模型对比124
5.5 超级电容器的扩展模型128
第6章 超级电容系统状态估计方法131
6.1 超级电容系统状态估计的意义132
6.2 超级电容SOC估计国内外发展现状133
6.3 超级电容系统状态估计的难点134
6.4 超级电容系统状态估计方法134
6.4.1 基于卡尔曼滤波器的在线模型参数估计方法134
6.4.2 基于H∞状态观测器的超级电容SOC估计器142
6.4.3 基于分数阶模型的超级电容系统建模与状态估计147
6.5 超级电容系统的老化特征与寿命测试155
6.5.1 超级电容系统的老化特征155
6.5.2 超级电容系统的老化影响因素156
6.5.3 超级电容器的寿命测试方法157
6.6 超级电容器的寿命预测159
6.6.1 基于推断法和阿伦尼乌斯方程的寿命预测模型159
6.6.2 基于试验测试的电容器老化寿命研究163
6.7 现有超级电容器寿命老化研究的不足与探讨170
第7章 电动车辆用复合电源系统设计与能量管理技术173
7.1 电动车辆用复合电源发展背景174
7.2 电动车辆用复合电源国内外发展现状175
7.3 复合电源系统构型与建模177
7.3.1 复合电源系统构型177
7.3.2 动力电池组模型179
7.3.3 超级电容组模型180
7.4 基于多目标优化的复合电源优化设计182
7.5 超级电容组管理技术186
7.6 复合电源能量管理策略现状及存在问题187
7.7 基于小波变换的复合电源能量管理策略188
参考文献191
