什么是超级电容,它们在电动汽车上的用途是什么?

什么是超级电容,它们在电动汽车上的用途是什么?

今年早些时候,特斯拉宣布将收购超级电容器公司麦克斯韦(Maxwell),交易价值约为2.35亿美元。麦克斯韦已经有50多年的历史,并不是一家小企业,收购时,麦克斯韦雇佣了约380名员工,年收入约1亿美元,尽管遭受了一些巨额亏损。与最近发生的一些其他交易相比,2亿美元以上的估值似乎相当低,那么特斯拉的利益相关者为什么会选择这笔交易呢?

首先,以防人们疑惑;让我们来谈谈超级电容器到底是什么。

电容器是一种基于静电而不是电化学原理(就像在电池中使用的那样)的能量存储设备,这意味着它比电池更坚固,可以处理更多的功率,因为没有需要担心的电化学反应。然而,这里有一个问题,虽然它们的功率很大,但它们的能量密度很差,而且随着时间的推移它们会失去电荷。因此,它们不适用于许多应用场合。超级电容器本质上是一种具有更高功率容量潜力的双层电容器,因此,有更多的应用机会。

麦克斯韦的超级电容已经应用于轨道交通,以及纯电动汽车和FCEV巴士。在这些情况下,超级电容器被用于支持更保守的老式电池系统,无法提供应用所需的电力。然而,这个市场可能会逐渐消失,因为目前改进的电池不再需要那些具有更高功率和能量等级以及更长的周期寿命的超级电容。

此外,麦克斯韦的产品还用于汽车启停系统,其中超级电容用于支持电池,为重复的启停操作提供更多的启动功率。在美国,这包括重型卡车,通常也有12V的电气系统,而不是在欧洲发现的24V。这是一个很好的市场,但随着48V混合动力车和强劲/全混合动力车的取代,可能会急剧下降。

那么,既然麦克斯韦的大多数应用程序都是在衰退的市场上推出的,那么特斯拉究竟为什么对购买如此感兴趣呢?

一个潜在的原因是麦克斯韦开发的干电池电极技术。这是一种制造工艺技术,有可能为锂电池带来显著的能量密度和成本降低效益。该过程从电极涂层过程中消除了挥发性溶剂,而是利用一层厚厚的碳和聚合物粘合剂薄膜在机械滚动过程中涂层电池电极。这使得电池电极上的涂层结构得到了改善,并对性能和能量密度有了相当不错的好处。这种电池仍然需要液态电解质,因此不会是“固态”的。然而,所取得的成果,结合已知的性能、生产准备、耐久性和液态电解质系统的灵活性,都看起来非常有价值。

第二个可能的原因是麦克斯韦超级帽的潜力。超级电容器的历史应用之一是提供高功率密度的能量存储。这通常是支持高能量低功率的电池系统。目前的电池从功率和能量的角度都有所改进,但普遍接受的观点是,随着能量密度的进一步提高,功率密度会下降。特别是随着固态电池技术的出现。随着这些材料被稀释以增加电池内部的活性表面积,大电流通过电池组就变得困难了。在这些电池系统中,部署超级电容来支持高能量密度的电池可能会有一些真正的优势,因为它本身不能提供应用所需的能量。

还有一个应用程序让我想到麦克斯韦的技能可能对特斯拉有用。通常,电力电子设备,如牵引逆变器、DCDC变换器和电池充电器都需要直流连接电容器。这些可能是这些电力设备中最昂贵的部件。传统上,直流环节电容器是大型薄膜电容器;它们很重,成本很高,而且可能是电源设备设计中的一个弱点。

可以想象,提高直流链路电容的性能可能是一些感兴趣的东西。特别是当一家公司正在设计自己的电力电子设备时,就像特斯拉一样。麦克斯韦凭借其丰富的电容知识,无疑将有助于特斯拉为其汽车设计和优化直流链电容。虽然这很可能不是特斯拉收购Maxwell的主要原因,但对他们来说,这是一个令人愉快的奖励。

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关于作者

瑞安·莫恩

瑞安·莫恩

AVID Technology Group Ltd.董事总滚球体育app最新版经理。滚球体育app最新版AVID总部位于英格兰东北部,是重型高性能汽车电气化动力系统设计和制造的领导者。