我们可以使用超级电容器为电动汽车提供动力吗？

超级电容器(也称为超级电容器)是相对较新的无源设备基础技术创新，第一批产品于 1970 年代上市，并在 1990 年代初得到广泛使用。在他们开发之前，“传统智慧”和教科书认为即使是一法拉电容器对于实际设计也是不切实际的，因为它只有一张桌子那么大。然而今天，超级电容是工程师材料清单 (BOM) 套件中的标准组件。

与可充电电池相比，这些电容器既有优点也有缺点。它们通常每单位体积或单位质量可以存储比标准电解电容器多 10 到 100 倍的能量，但它们的能量密度只有电池的 1/10 左右(因此对于给定的能量，物理上更大);可以比电池更快地充电和放电;并且比可充电电池耐受更多的充电/放电循环。在许多设计中，它们可以替换或补充电池，以实现短期或长期备份和操作。

那么在电动汽车 (EV) 和混合动力电动汽车 (HEV) 中使用它们，而不是电池组呢?到目前为止，据我所知，市售的电动汽车和混合动力汽车都没有使用它们。我不是电池专家，但我怀疑这是多种因素的组合：尺寸、成本、也许是电源管理问题、串联和并联组合使用它们的困难、故障模式问题以及其他因素。我确信 EV/HEV 供应商的技术专家已经考虑过它们，并认为它们没有意义，至少目前是这样。

但这并没有阻止人们猜测，而这种猜测可以让这一切听起来很容易。我最近看到美国宇航局技术简报对一个想法进行了荣誉提及——我强调了“想法”这个词——在 3000 英里(约 4800 公里)范围内的电动汽车中使用一组类型的超级电容器进行能量存储，请看这里。

哇，这令人印象深刻……直到您意识到这个想法完全是推测性的。详细的竞赛条目在讨论具有介电常数(物质的介电常数与自由空间的介电常数)为 3 亿。

我并不是说这样的设计是不可能的。我们知道，当谈到技术进步时，你应该“永远不要说永远”。尽管如此，与 EV 中如此密集的电源组相关的问题超出了存储组件本身。作者提出了一个由 12,000 个 MLCC 组成的阵列，每个 5.5 F，总共 66,000 F。

这是一个惊人的高能量密度和容量，它带来了安全和实际系统设计的主要问题。您如何可靠地连接所有这些 MLCC?当一个或多个 MLCC 失效开路或内部短路时会发生什么?您如何处理进出如此密集封装的大电流和高电压?

与任何使用过高能电池组的工程师交谈，从笔记本电脑中使用的相对较小的电池组到电动汽车中的较大电池组，您会听到现实情况是电池/超级电容器本身只是设计和制造的一部分挑战。还有许多其他问题，例如内部互连;外部连接;充放电管理;电流、电压和热监控;和全面的安全监控和保护。虽然说这些都是可以轻松克服的问题很容易解决(我工作过的一个项目经理随便宣称这些外围功能只是“细节”)，但实际上这些都是非常困难的问题，尤其是在高-量，制造导向的产品。

我们经常听到有关电池(或超级电容器)的下一件大事的报道，承诺的密度是当今最佳电池的五倍甚至十倍。然而，在过去几十年中，大多数击球手的进步都是通过适度的、渐进的改进相互叠加，而不是一个重大的突破。《华尔街日报》(所有地方)的一篇平衡而有洞察力的文章“科技世界因电池进展缓慢而烦恼”指出，将新的电池增强产品推向大众市场大约需要十年的时间和精力，许多有希望的由于制造、材料和功能问题，即使基础技术是可靠的，实验室的进步也无法进入市场。

一系列 MLCC 会成为电动汽车的下一件大事吗?我承认：我不知道。我确实知道，当有人说这很容易，但从未实际构建和测试过实际单元时，持怀疑态度是个好主意。

您对高能量/高密度电池和超级电容器有何经验?您是否曾参与过在概念上看起来如此简单的项目，直到您不得不将它们带入中等/大批量制造环境?