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摘要：铅酸（矿用）电瓶车是以铅酸蓄电池作为动力源的牵引车，现在地铁行业的主要水平运输设备，但随着工程的需求及都绿色环保的要求，铅酸电瓶已经很难满足使用要求。于是出现了超级电容，目前正处于快速成长期。它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
关键词：铅酸电池；超级电容；（矿用）电瓶车
概述
蓄电池是较为传统的储能电池，按正极材料可分以下几类：铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、镍锌电池、锂电池。技术发展到今天，以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池代表了当前最先进、能够大功率应用的动力蓄电池。在汽车、轨道车辆等方面应用较为广泛。铅酸电瓶车是以铅酸蓄电池作为动力源的牵引车，现在地铁行业的主要水平运输设备之一。
铅酸电瓶车
超级电容又叫双电层电容器，是20 世纪七八十年代发展起来的一种新型储能装置，结构上同普通电解电容非常相似，属于双电层电容器。但由于采用活性炭多孔电极和电解质组成了双电层结构，加上极小的电极间隙，可以获得超大的容量，可达80000F。目前正处于快速成长期。它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
普通铅酸电池与超级电容工程应用分析
使用特性分析
1）电池性能特性分析
铅酸蓄电池内的阳极（PbO2）及阴极（Pb）浸到电解液（稀硫酸）中，两极间会产生2V的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，由化学能转变为电能。
1.需要1到2名充电工充电及日常维护。
2.单次充电时间长，电能耗损大。
3.需要搭建充电房及冷却池。
4.极板、连接线因硫酸容易腐蚀，容易造成电池短路，发生意外。
5.更换电池需要耗时30分钟/次，影响掘进工艺连续性。
6.充电过程需要使用硫酸溶液，对环境会造成污染。
7.寿命短，约700个循环。
8.怕过充，过放电，严重时会产生失电，而突然“死亡”。
2）超级电容特性分析
超级电容不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的。
1.充放电线路简单，无需专人维护，安全系数高，长期使用免维护；
2.充电速度快，充电10~15分钟可达到其额定容量的95％以上。
3.不需搭建充电房及冷却池。
4.续航能力差，设计续航能力6km/周期，单次放电周期短，约3-6环须充电一次。
5.不需更换电池，不影响掘进工艺连续性。
6.充电过程不需要使用硫酸溶液及蒸馏水，对环境会造成污染。
7.循环寿命长，约1~50万次。
8.超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，不怕过充，不过放电，没有“记忆效应”。
9.超低温特性好，温度范围宽 -40℃~+70℃。
成本构成分析以工期12个月的工程作成本分析：
1）铅酸电池的成本
2）超级电容的成本
工程应用的优缺分析
铅酸电池工程应用的优缺
1）优点在于：
购置成本低。
使用稳定。
续航能力强。
2）缺点在于：
1.大电流充放电特性不理想。
2.对过充过放耐受性差，需要精细的管理保护系统。
3.受温度影响大，高温下性能恶化并直接影响锂电池的容量。
4.具有存在爆炸的风险，如是高温、大电流等。需要多重保护机制。
超级电容工程应用的优缺
1）超级电容的优点：
1.高效：省去维护的麻烦，使盾构施工更连续。
2.环保：减少硫酸使用。
3.经济：减少铅酸电池的再购置成本，减少使用成本。
2）超级电容的缺点：
1.一次购置成本高。
2.新技术，使用风险大。
3.续航能力短。
4.启动时压降大，容易“死火”，造成误操作。
5.技术服务受供应厂家制约，可能会导致停工。
未来技术发展的方向
电池和超级电容各有优缺点，应用中各有利弊。
目前，大功率动力电池上，锂电池较受业内欢迎，也是目前锂电池研发的热点，并在公交车、有轨电车等低功率需求领域进入应用阶段，未来锂电池将主要从正负极材料、电解液、隔膜、内部结构上进行改进，增强其大功率应用和安全性。超级电容的低能量密度限制了其在车辆上的应用，未来将朝着高能量密度进行改进，主要是从材料入手，提高隔膜的制造水平和电极表面积，使得能够达到铅酸蓄电池的能量。
从技术发展上看，超级电容和电池的结合体能够集两者的优点于一身，将是新技术发展的方向。该结合体从内部结构上将超级电容和蓄电池2 种不同的电极组成杂化超级电容器，亦称为超级电池。
超级电池实现了两种储能方式的性能互补，具有低成本、高能量密度、高能量存储、循环使用寿命长、环境适应能力强。超级电池的开发应用成功将会带来革命性的突破。
超级电容车是以电容作为动力源的牵引车。国内地铁行业的仅三例在试验运行，根据运行记录，该车运行稳定，充电快速，无需额外维护等特点。
综上所述，尽管超级电容还存在很多问题，却是未来发展的趋势。
论文作者:朱广文
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/17
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