混合超级电容器提供储能替代方案

双电层电容器（EDLC）——通常被称为“超级电容器”，有时被称为”超级电容器“——是一种令人惊叹的无源储能元件。由于其多法拉的高电容和小尺寸，它提供了高密度的体积和重量储能。在一些遥感、物联网和能源收集应用中，超级电容器是可充电电池的替代品；在其他情况下，它们与电池一起使用，以克服那些基于电化学的储能部件的一些弱点。这并不是说一个天生就比另一个好；相反，超级跑车和可充电电池（无论化学成分如何）各有其相对的优势和劣势。应用程序的优先级决定了哪一个最有意义，或者在某种串联排列中需要两者。

除了只选择一个甚至两个作为两个分立部件之外，还有另一种有趣的选择：混合超级电容器。这种储能设备不仅仅是可充电电池和超级跑车的明显共同包装。相反，它使用了一种独特的结构，其中单个组件同时是超级跑车和锂离子电池，如图1所示（更多细节请参阅参考文献）。

图1：这张混合超级电容器结构的顶层视图显示，它不是一个超级电容器和一个共享单个双端子封装的电池。（图片来源：太阳佑电)

这些混合超级电容器的供应商包括泰约·尤登（该公司称其为锂离子超级电容器，这在技术上是正确的）、伊顿（Eaton）和麦克斯韦技术有限公司（Maxwell Technologies，Inc.）（现为特斯拉的一部分）。

有许多张贴的表格提供了标准超级跑车和锂离子可充电电池之间的比较（表1）。请记住，正如您所期望的那样，每个资源和供应商都有不同的视角，而且技术本身正在以快速的速度发展。

表1：这比较了超级电容器与锂离子可充电电池的顶级特性；根据信息源和定时，每个条目可以具有不同的条目集。（图片来源：股份有限公司，通过电池大学)

尽管这些混合动力超级跑车有着明显的优点，但总的来说，我对混合动力设备和结构一直有着复杂的感受。一方面，两种技术或材料的结合往往使我们能够在克服某些弱点的同时，保留每种技术的最佳方面。这不仅适用于电子产品：想想钢筋混凝土，或者用作最新一代飞机机身和附件蒙皮的碳纤维增强聚合物（CFRP）。

同时，这些组合有时也有新的缺点。例如，与单一用途、优化的装置相比，多功能测试设备可能具有降低的规格或一些灵活性限制。众所周知的“瑞士军刀”是一个非电动的例子：它的每一个单独的工具都可能“足够好”，但肯定不如专用工具好；尽管如此，整体刀片/附件组合和包装在尺寸、重量和成本方面都带来了好处。

对于混合动力超级跑车来说，还有一个管理问题。锂离子可充电电池在充电和放电速率、库仑计数和温度（举几个因素）的监督方面有其特殊的需求，超级电池也有自己的可比列表。那么，如何管理混合动力超级跑车呢？战术是否会发生冲突，或者它们是否足够相似，以至于一种方法可以适用于两终端混合动力车？

我想到了隧道二极管：尽管它具有吸引人的性能特征，但作为一种没有不同输入输出接地连接的双端设备，它很难实际使用，因此受到了不受欢迎；PIN二极管也是如此（只需看看它的一些应用电路示意图）。也许像最近推出的Maxim MAX38889这样的IC，一种针对超级电容备份应用优化的2.5V至5.5V、3A可逆降压/升压调节器，对两者都足够好？（图2）

图2:MAX38889专门针对超级电容器管理；电路中也可能存在电池。（图片来源：美信集成产品)

对于给定的问题，决定是否使用混合解决方案通常需要权衡难以评估的权衡。除了每个组成部分克服了另一个组成部分的一个或多个短路的明显优势外，还有许多情况下引入了新的弱点。

使用超级跑车混合动力车有意义吗？答案很简单：这取决于情况。在某些情况下，应用程序中的新缺点是不可接受的，而在另一些情况下，新的好处大于缺点。从数量上讲，模型不仅必须求解方程“1+1<、=或>2？”，还必须评估解决方案造成的任何差距。

你对混合动力-组合或合并-解决方案（而不仅仅是混合动力超级跑车）有什么经验？整体收益是否比任何额外的下跌都更重要？您如何判断混合方法的优势与劣势之间的平衡？

工具书类
伊顿，“混合超级电容器解释”

伊顿，“HS混合型超级电容器白皮书”

炮台大学，”BU-209：超级电容器是如何工作的？”

Taiyo Yuden，“锂离子电容器：EDLC的终极替代品”

Taiyo Yuden，“电力存储设备：锂离子电容器；双电层电容器”

技术简报，”超级电容器实现混合动力，提高性能和效率”

>>这篇文章最初发表在我们的姐妹网站上，EE时间.