锂离子电池在电动汽车(EV)的发展中发挥了重要作用。电动汽车已成为一种可持续的交通工具，但距离电动汽车的最终愿景还很遥远。工程师和嵌入式系统专业人员正在通过超级电容器寻求更好的电源。有专家认为，超级电容器是能缓解现代电池缺点(如使用寿命和充电速度)的解决方案。事实果真如此吗？
与内燃机相比，传统电池存在的效率问题导致人们对电动汽车的有效性持怀疑态度，这也是电动汽车能否得到广泛应用所面对的一个主要问题。与大多数新技术相比，电动汽车用超级电容器更容易实现，因为混合动力汽车已经采用了超级电容器。因此，电动汽车将获得这些优势，从而在生态友好型交通中实现更大的一致性。
快速充电和循环时间
电动汽车电池的充电时间各不相同，具体取决于电量。然而，这仍然比不上汽油车几分钟就能加满来得方便。最近的研究证明了超级电容器能够防止直接浪涌负载，而这种负载会降低电池的性能。同时，它们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，而除了辅助制动之外，电子助力转向等外围电源应用也增强了这一点。
使用寿命长
有评论称，如果设计得当，超级电容器的使用寿命可能无限长，但也有其他建议称，其使用寿命估计为一百万次。使用智能负载预测系统可验证配置是否保持准确，电压是否保持稳定，功率水平是否保持在峰值性能，这为驾驶员节省了重复的电池和维护费用，它们的高能量存储密度也有助于实现这一点。
降低对环境的影响
众所周知，锂离子电池和其他电池在其价值链的最初阶段就对环境造成了巨大影响。尽管电动汽车的生命周期可以减轻它们的不利影响，但其在原材料开采和能源使用方面的生态破坏却十分显著。
电动汽车用超级电容器采用静电而非化学方式储存能量，提供了一种无毒的替代方法。此外，超级电容器的使用寿命延长，改善了其生命周期分析，使其在使用寿命结束时的浪费更少。
温度控制
过热是锂离子电池令人担忧的一个问题，而超级电容器通过更深入的温度管理克服了这种负面因素。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有关的性能问题的影响。
防止温度波动对于保护动力系统中的储能系统至关重要，这会影响其他关键效率指标。一些新型即插即用型超级电容器可以在-40摄氏度至65摄氏度之间稳定运行，甚至可以在更高的温度下工作，加之，超级电容器电阻低且不发生化学反应使电动汽车的冷却需求更低，成本也更低。
超级电容器并非最近才有的创新，工程师们几十年来一直在工业、能源甚至可穿戴技术领域使用超级电容器。如果超级电容器为电动汽车发展带来如此多的可能，那么为什么它们不是电动汽车制造的黄金标准呢？
现有的电动汽车问题
除了超级电容器独有的缺点外，与电动汽车相关的所有应用问题也适用于超级电容器。只有当人们对电气化的兴趣普遍高涨时，围绕新电动汽车技术的投资、开发和关注才会展开。如果政府和企业提高了公民和商业实体的兴趣，那么更多的超级电容器应用就会随之而来。
成本
制造超级电容器电动汽车的成本高于标准车型，虽然制造商会在这方面进行投资，但负担会转嫁给消费者，从而严重阻碍超级电容器的普及。
这促使研究人员着手研究在汽车整个生命周期内节省成本的机会。专家们研究了使用超级电容器来优化公共交通中加油和充电基础设施的成本，多能源管理解决方案就是答案，最终将运营成本降低了46.48%。
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想要用它们改造现有设计，可能需要重新配置或使用电压转换器。考虑到超级电容器对电动汽车架构的简化，这种改造可能会使车辆的结构变得比需要的更复杂。
能量密度和存储容量较低
由于化学的原因，锂离子电池单位重量可以储存更多能量。尽管再生制动和其他动力辅助功能可以延长续航里程，但低能量密度仍会导致续航里程缩短，并且由于超级电容器在短时间内释放能量，它们的存储能力也很有限。
因此，扩大存储量是研究的重点。有一个例子是依靠机器学习设计一种新型超级电容器材料，其存储能量是普通材料的四倍，因此多孔碳可能是增强电容的下一个大热门。
有多家公司正在尝试在电动汽车中使用超级电容器。随着这些公司逐渐扩张，它们可能会激发超级电容器在整个行业的普及。那么谁是其中最具影响力的企业？
瑞士初创公司Morand正利用其创新的混合超级电容器技术解决能源存储难题，该技术非常适合通勤电动汽车和电动自行车，可在两分钟内充电至98%，其规模化生产的价格将力争与锂离子电池的价格持平。
日本丸红株式会社和Skeleton Technologies的另一项合作希望能扩大超级电容器的营销范围，以覆盖更广泛的受众。此次合作解决了超级电容器推广的另一个障碍，即组件的获取。最终，他们的工作可以将这项技术提供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进行复杂的研究，但宝马、奥迪和丰田等汽车制造商已在某些车型中采用它们，这些制造商已经对制动再生改进和混合动力装置进行了调整，以了解哪些地方可以取得进步。一旦该行业的参与者与汽车制造商达成协议，到2028年，整个汽车超级电容器的市场价值可能达到2.394亿美元。
最近的这些研究成果将超级电容器推向电动汽车应用的新时代，其为电动汽车所展现出的更多可能，也许可以改变整个社会对电动汽车潜力的看法。正如锂离子不是电池发展的终点一样，超级电容器也不应止步于此，这些改进应该会激励工程师和汽车专家继续寻找更多改进电动汽车的方法，以实现可持续发展的未来。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：Can Ultracapacitors Power the Next Generation of EVs?，由Ricardo Xie编译。)
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