超级电容器能为下一代电动汽车提供动力吗？

专家认为，超级电容器是缓解现代电池缺点（例如使用寿命和充电速度）的解决方案。这种说法真的正确吗？

锂离子电池在电动汽车（EV）的建设中发挥了重要作用。它们已成为一种便捷的可持续交通方式，但距离电动汽车的最终愿景还相去甚远。工程师和嵌入式系统专业人士正在通过超级电容器寻求更佳的电源。专家认为，超级电容器是缓解现代电池（例如使用寿命和充电速度）负面影响的解决方案。这种说法是否属实？

超级电容器给电动汽车带来哪些优势？

传统电池的诸多问题一直是其广泛应用面临的主要问题，因为这些问题导致人们对电动汽车的效率与内燃机相比有所质疑。超级电容器在电动汽车中的应用将比大多数新技术更容易实现，因为它们已经在混合动力汽车中得到应用。因此，电动汽车将受益于这些优势，从而在环保出行方面实现更高的一致性。

快速充电和循环长度

电动汽车电池的充电时间各不相同，具体取决于电池电量。然而，它仍然不如几分钟就能给燃油汽车加满油那么方便。最近的研究证明了它们能够防止直接浪涌负载，避免电池性能下降。同时，它们还可以在再生制动期间储存回收的能量，从而提高充电速度和续航里程。除了辅助制动之外，诸如电子助力转向之类的外围动力应用也增强了这种能力。

长生命周期

评论表明，如果设计得当，超级电容器的使用寿命可能无限长，但其他一些建议估计其使用寿命约为一百万次。使用智能负载预测系统可以验证配置是否准确，电压是否稳定，功率水平是否持续处于峰值性能。它为驾驶员节省了反复的电池费用和维护成本。其高储能密度也有助于实现这一点。

降低对环境的影响

锂离子电池和其他电池在其价值链的初始阶段就以巨大的环境影响而闻名。尽管电动汽车的生命周期可以减轻这些负面影响，但其在原材料提取和能源使用方面造成的生态破坏仍然显著。

电动汽车用超级电容器采用静电储能而非化学储能，提供了一种无毒的替代方案。此外，其更长的使用寿命提高了其生命周期评估，使其在使用寿命结束时的浪费更少。

温度控制

锂离子电池存在过热问题，以至于不同程度的可疑和准确的易燃性问题损害了其声誉。超级电容器凭借更深入的温度管理技术，克服了这一负面报道。即使在极端条件下，超级电容器也能保护电动汽车组件免受与温度波动相关的性能问题的影响。

防止波动对于维护动力总成系统内的储能系统至关重要，这会影响其他关键的效率指标。一些新型即插即用超级电容器可以在-40摄氏度至65摄氏度之间工作，甚至可能在更高的温度下工作。超级电容器的低电阻和无化学反应特性使其成本更低，并降低了电动汽车的冷却需求。

超级电容器实施的挑战

超级电容器并非近期的创新。几十年来，工程师们一直在工业、能源甚至可穿戴技术领域运用它们。如果超级电容器为电动汽车发展带来如此大的潜力，为什么它们没有成为电动汽车制造的黄金标准呢？

现有的电动汽车问题

除了超级电容器自身固有的缺陷外，电动汽车普及过程中遇到的所有问题也同样适用于超级电容器。只有当人们对电气化的兴趣普遍高涨时，围绕电动汽车新技术的投资、开发和热议才会展开。如果政府和企业能够提升公民和商业实体对超级电容器的兴趣，那么超级电容器的应用将会更加广泛。

成本

超级电容器电动汽车的制造成本高于标准电动汽车。虽然制造商会在这方面进行投资，但这种负担最终会转嫁给消费者，从而严重阻碍其普及。

这促使研究人员探索汽车整个生命周期内的成本节约机会。专家们研究了如何利用超级电容器来优化公共交通加油和充电基础设施的成本。多能源管理解决方案最终成功实现了46.48%的运营成本降低。

电压限制

与传统电动汽车相比，超级电容器的工作电压较低。如果汽车制造商和工程师希望改造现有设计，可能需要重新配置或使用电压转换器。考虑到超级电容器旨在简化电动汽车架构，这可能会使车辆的结构变得比实际需要的更加复杂。

较低的能量密度和存储容量

由于其化学基础，锂离子电池单位重量可以储存更多能量。即使再生制动和其他动力辅助功能可以延长其续航里程，但较低的能量密度仍然会导致续航里程缩短。同样，由于超级电容器的放电速度较短，其储存量也有限。

因此，扩大存储容量是研究的重点。一个例子是，他们利用机器学习设计了一种新型超级电容器材料，其存储能量是普通电容器的四倍。多孔碳可能是增强电容的下一个热门方向。

影响电动汽车的实际应用

有多家公司正在尝试在电动汽车中使用超级电容器。随着这些公司成为思想领袖，它们可能会推动超级电容器在整个行业的普及。其中最具影响力的人物有哪些？

瑞士初创公司 Morand 凭借其创新的混合超级电容器技术，解决了能源存储难题，该技术非常适合通勤电动汽车和电动自行车。该技术可在两分钟内充电至 98%，其规模化生产将力争在价格上与锂离子电池竞争对手持平。

与丸红株式会社和 Skeleton Technologies 的另一项合作旨在扩大超级电容器的市场推广，使其覆盖更广泛的受众。此次合作解决了超级电容器推广的另一个障碍，即零部件的获取。最终，他们的工作可以将这项技术推广给欧洲和亚洲的汽车制造商。

虽然这些超级电容器开发商仍在继续进行复杂的研究，但宝马、奥迪和丰田等汽车制造商已将其应用于部分车型。他们已经对制动再生改进和混合动力装置进行了改进，以探索潜在的改进空间。一旦业内参与者与汽车制造商达成协议，到2028年，该市场规模可能达到2.394亿美元。

超越电动汽车超级电容器

最新研究成果将推动超级电容器在电动汽车应用领域迈入新纪元。它有望通过进一步展现超级电容器的全部运行潜力，改变社会对电动汽车潜力的固有认知。正如锂离子电池的发展并非止步于此，超级电容器也同样如此。这些改进将激励工程师和汽车专家继续探索改进电动汽车的方法，以打造可持续发展的未来。

文章来源于EDN电子技术设计，作者EDN

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