节能应用中的超级电容

越来越多的能源专家都在担心全球“石油峰值”制备短缺，这个术语意味着在这个点石油总量经济上可行的提取和精炼开始衰落。石油峰值并不意味着石油用完了，而是意味着廉价燃料时代的结束。

作者：Maxwell Technologies重型运输关键客户经理Sven Baechtiger

自从2008年7月石油价格飙升至每桶147.27美元以来，已经下降了大约30%。这表明危机结束了吗？美国人均石油消费为每年25桶。此外，随着越来越多的公民期待享有这个能源短缺世界的结果，中国和印度这些人口众多地方将消耗更多石油。

Maxwell Technologies认为，行业需要在能耗和能源管理方面改变其思路。在浪费能源时没有关注制动电阻器制动电阻器、未经改造的柴油引擎，以及不可回收的动能，现在问题已经相当紧迫。

运输中的储能效率

今天，混合电动公共汽车和汽车是一个熟悉的概念，而且经常可以在全球的许多城市看见。采用储能装置有助于有效的启动-停止操作，以及利用恢复制动能源制动能量，使耗油量和二氧化碳排放显著减少。这些完全一样的原理也适用于公共运输中较重的车辆，如火车、有轨电车和地铁，所有这些都可以从混合传动系方法的采用中受益。因此，一次能源需求和维护成本可以显著减少。

显而易见的储能装置可能是一个充电电池。不过，这种技术显示在货物和运输应用中存在某些严重的局限性。电池的重量很重，体积很大，由于减少了循环能力，充电速度缓慢和维护成本很高。此外，电池技术还会受到低温条件下性能下降的影响。

今天，重型运输应用工程师正在考虑替代储能技术——超级电容。超级电容或者双层电容器，可实现高充电接受能力、高效率、高循环稳定性和极佳的低温性能。

因此，超级电容是频繁制动事件期间存储重型运输车辆动能的完美的元件。相比电池的化学反应，超级电容的储能是基于极端短的时间常数的静电反应。对于一个超级电容来说，一旦通电，储能便会开始。在汽车的加速阶段，以前存储的能源可以重新注入应用，进而避免大量吸收网络的一次能源。由于超级电容的内阻极低，可以将损耗降至较小，能源转移效率将得以充分发挥。此外，超级电容可以循环100万次以上，而不会出现实质性的性能下降。

图1. 超级电容超过电池的宽温度范围和低内阻

此外，超级电容非常环保，因为它们不包含重金属，因此可以很容易反复使用。较后和也许较重要的是，超级电容可以提供电池10倍以上的功率，这意味着其功能应用特性可以实现更高的车辆加速性能，这是这类应用的一个非常重要的目的。

重型运输应用的超级电容

重型运输车辆，如火车、有轨电车和地铁，对储能装置有特殊的需求。这类装置必须非常持久耐用和可靠，具有长工作寿命和低维护需求。此外，这些装置必须可以在恶劣条件下高效运行，包括处理高峰值电流、高占空比和频繁的深放电。

图2. Maxwell的BOOSTCAP^® HTM125模块

Maxwell Technologies已利用其BOOSTCAP^® HTM125模块解决了这些问题。该模块基于运输应用中的超级电容制动能源复原和扭矩辅助系统。新型模块在125V条件下工作，能在单位体积内存储更多能量，实现单位体积和重量的更大功率，且比任何其他商用超级电容解决方案工作时间更长。

HTM125模块基于Maxwell的MC动力电池，额定值为3000法拉，都有非常低的内阻，可实现极佳的充电和放电效率。多达12个模块可以串联在一起，每个系统可达1500V。储能系统的关键因素是热管理。使用Maxwell的集成了有效制冷系统的超级电容模块，有助于实现高达150A的较高连续电流，以及750A的峰值（在10%占空比条件下的一秒为750A），而不会影响可靠性。

图3. Bombardier的Mitrac Energy Saver火车使用了储能超级电容技术

超级电容产品已经过许多年轻轨应用的全面测试和认证。例如，自从2003年开始，Bombardier的LRV（轻轨车辆）原型已用于德国的乘客运营，而且创下了每年大约300,000负载循环节能高达30%的记录。现在这一成功已使Bombardier利用超级电容技术实现了运行在海德尔堡城市储能Mitrac Energy Saver火车。

用于重型设备的超级电容

在升降、起重和挖掘设备市场，储能需求的典型特征包括涉及高占空比要求的深放电循环。成本也是选择一种储能方案的重要因素。在重型设备中，耐用性、可靠性和生产效率因素超过了单元成本。设备的初始成本非常高，这意味着不断增加的初期投资成本可以更快地从更高性能、可靠和耐用的系统得到回报。

Maxwell的重型设备解决方案是较灵活的储能解决方案，可以为起重机、跨运车、RTG、堆垛机、铲车，公用载重汽车和其他运土和采矿设备供电。在该公司的超级电容产品的帮助下，港口起重机制造商为港务局提供了创新解决方案，通过制动能量回收和柴油引擎的小型化，节省了高达30%的柴油消耗。目前全球变暖和气体排放水平已成为越来越关注的问题，二氧化碳排放方面的实质性减少还有助于发挥港务局在这方面是作用。

图4. Still的混合动力铲车配备了Maxwell的超级电容模块

研究表明，在起重应用中新一代铲车配备了Maxwell的超级电容产品，可以把设备电池系统的自主性和寿命提高25%以上，进而降低停工和维护成本。

有效的时间和环保的储能和管理有了长足的发展，Maxwell的超级电容解决方案已被证明可以满足这一要求。这些解决方案是今天公共交通和重工业应用的创新、有效的混合系统中一个十分重要组成部分，有助于提高功效，减少耗油量和全球二氧化碳排放。

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