Tụ điện tích trữ điện năng khơng phải bằng phản ứng hóa học như ắc quy mà bằng các tương tác vật lý giữa các điện cực và điện tích. Bởi vậy, tụ điện có khả năng phóng và nạp điện rất nhanh so với ắc quy. Siêu tụ, bản chất là tụ điện, vẫn giữ được đặc tính này, do đó siêu tụ có mật độ cơng suất rất lớn. Bên cạnh đó, điện dung lớn tới hàng nghìn Fara cho phép siêu tụ tích trữ một lượng điện năng lớn, điều này cho phép siêu tụ có thể hoạt động như một nguồn chứa năng lượng trong khi các tụ điện thơng thường chỉ có vai trị là phần tử phóng - nạp trong q trình trao đổi năng lượng.
Tuy nhiên, các siêu tụ có điện dung hàng nghìn Fara trên thị trường hiện nay chỉ có mức điện áp khoảng vài volt, lý do là các lớp cách điện trong siêu tụ không chịu được điện áp cao. Khi muốn sử dụng với điện áp cao, chẳng hạn như vài trăm volt như trong ô tô điện, thì siêu tụ phải được mắc nối tiếp thành các module. Ta biết rằng khi mắc nối tiếp, điện dung của siêu tụ nhỏ đi. Với công nghệ tại thời điểm hiện tại, siêu tụ điện chưa đủ khả năng cung cấp nguồn cho ô tô điện chạy trên một quãng đường dài như ắc quy
hay fuel tế bào. Nó chỉ được dùng như một nguồn phụ, đặc biệt hữu dụng trong quá trình hãm tái sinh năng lượng do có khả năng nạp rất nhanh.
Hình 1.16. Sản phẩm siêu tụ điện của Maxwell Technology và module tụ lớn nhất trên thị trường.
Mặc dù còn tồn tại những vấn đề về mật độ năng lượng và giá thành cao, siêu tụ điện vẫn là loại nguồn hứa hẹn nhất cho ô tô điện.
So sánh các đặc điểm chính của ba loại ắc quy gồm ắc quy chì axit, NiMH và Li- Ion.
Lead Acid Nickel metal hydride
(NiMH) Li-Ion
Năng lượng
riêng 20-30 Wh/kg ~65 Wh/kg 180Wh/kg Mật độ năng
lượng 54-95 Wh/l ~150 Wh/l 153 Wh/l
Công suất riêng ~250 W/kg 200 W/kg 300 W/kg
Điện áp danh
định/ tế bào 2V 1.2V 3.5V
Amphour nhiệt độ)
Điện trở trong ~0.022 ohm per tế
bào @ 1Ah/tế bào
~0.06 ohm per tế bào
@ 1Ah/tế bào Rất thấp
Nhiệt độ hoạt
động
Môi trường (poor extreme cold)
Môi trường (~25deg C)
Môi trường (~25deg C)
Tự xả
~2% mỗi ngày ~5% mỗi ngày Rất thấp (~10%
mỗi tháng)
Số chu kỳ sống ~800 ~1000 >1200
Thời gian nạp 8h (90% / 1 giờ) 1 giờ với nạp nhanh 2-3h
Bảng 1.1. So sánh thuộc tính của các loại ắc quy.
Thương mại hóa từ sau những năm 1980, ắc quy Li-Ion đã có nhiều ưu thế, với mật độ năng lượng và điện áp danh định trên một đơn vị cao nhất, điện trở trong rất thấp và tỷ lệ tự xả nhỏ. Với chu kì sống cao nhất ở ắc quy Li-Ion, hơn 1200 lần trước khi đạt đến 80% điện dung, trong khi ở ắc quy chì axit và ắc quy NiMH chỉ có 800 và 1000 lần.
1.6. ĐĂC ĐIỂM CỦA ẮC QUY.
1.6.1. Mật độ công suất( SPbatt).
Mật độ công suất của hệ thống ắc quy là thông số cho phép xác định độ lớn của công suất có thể đạt được trên một đơn vị khối lượng. Đơn vị [W/kg], thông số này cũng cho phép ước lượng mức công suất cho phép của hệ thống ắc quy.
SPbatt = (1.1)
Do trên xe điện, trọng lương của ắc quy chiếm phần lớn khối lương của xe nên mật độ công suất của ắc quy xe điện sẽ đại diện cho khả năng tăng tốc của xe.
1.6.2. Mật độnăng lượng (SEbatt).
Tổng năng lượng trên một đơn vị khối lượng được gọi là mật độ năng lượng của ắc quy. Mặc dù thông số này chỉ dùng như một sự ước lượng xấp xỉ của năng lượng phân bố trong ắc quy nhưng nó thường dùng để phân loại các công nghệ ắc quy. Đơn vị (Wh/ kg),
SEbatt = = [Wh/ kg] (1.2)