電池壽命逐漸成為系統(tǒng)性能和可靠性的最關鍵因素之一，而超級電容的引入將在兩個重要應用領域幫助延長電池壽命。首先，它們能夠戲劇性地降低卡車、轎車、輪船和電動發(fā)電機等車輛中的電池更換成本。其次，它們能夠將智能手機和平板電腦等移動設備的運行時間延長400%。

超級電容具有無限次的再充電能力和很高的能量密度，可以在寬溫度范圍內甚至電池發(fā)生故障的情況下為汽車、重型運輸車輛、船舶和牽引機車供應有保證的發(fā)動機啟動功能。

在移動電子系統(tǒng)中，超級電容能夠在多種不同的應用使用場合控制峰值電流。由于能夠更好地控制放電，電池能夠更長時間地保持它們的峰值電能，并延長設備的運行時間。

研究這兩大應用領域的市場需求展示了新增超級電容的好處，但是方式完全不同。

發(fā)動機啟動

交通運輸領域中最關鍵的因素是發(fā)動機的啟動可靠性。鉛酸電池每啟動一次發(fā)動機，距終了壽命就更近一步。點火系統(tǒng)使用超級電容組可以使電池擺脫通常會減少壽命的惡劣發(fā)動機啟動放電。典型的鉛酸電池可以在特定應用中通過使用超級電容延長70%的有用壽命。另外，用超級電容啟動發(fā)動機可以在更冷的溫度下實現(xiàn)更高的可靠性。

在貨車運輸行業(yè)，超級電容的使用在多個方面有助于改善日常操作。一般來說，18個車輪的拖掛車和公交車會配置3至4個電池。當其中一個電池失效時，車輛就要求相對昂貴的搭線啟動，一次啟動的價格高達600美元。

另外，電池更換成本約為每個200美元，正因為此，市場研究人員發(fā)現(xiàn)貨車和公共汽車中的電池偷竊是一個很大的問題。另外，當溫度低于零下10華氏度時，鉛酸電池的啟動可靠性會急劇下降。而超級電容可以將這個范圍擴展到零下40華氏度，從而在寒冷氣候條件流行的地區(qū)進一步提高發(fā)動機啟動的可靠性。

CooperBussmann公司開展的市場調查表明，通常在沒有電網(wǎng)的建筑場所使用的電動發(fā)電機中，60%至80%的發(fā)動機故障是由于電池問題引起的。報告還指出，電池偷竊在這里也是一個嚴重的問題。

機車必須能夠在所有條件下可靠地工作，以便滿足非常嚴格的火車調度要求。寒冷天氣是機車最廣泛的工作條件之一，超級電容可以在零下40華氏度幫助發(fā)動機啟動，而鉛酸電池在零下10華氏度就不能可靠工作了。

船舶的發(fā)動機啟動很關鍵，因為它們工作在無法搭線啟動的條件下，而且像風暴或大潮等環(huán)境條件要求很高的可靠性。另外，船舶上用于電子設備(探魚器和導航)的其它電氣系統(tǒng)在發(fā)動機不運行時將給鉛酸電池帶來不小的負載。

在轎車應用中，排放標準將推動汽車制造商安裝啟停系統(tǒng)。據(jù)預測，到2017年將有40%至70%的新車配備啟停系統(tǒng)。要求汽車發(fā)動機在空閑周期之后自動停機要更多的重啟次數(shù)，這將給鉛酸電池帶來更大的壓力，并縮短它們的壽命。今天，大多數(shù)汽車制造商安裝第二塊電池來保證啟停系統(tǒng)的可靠性。

超級電容安裝方法

超級電容可以在所有上述情況下供應諸多好處，它們可以采用以下三種安裝方式之一：

●直接并聯(lián)

●超級電容啟動機

●智能啟動

直接并聯(lián)方法是將超級電容組安裝在電池和發(fā)動機電氣系統(tǒng)之間。它供應最簡單和最低價的方式讓超級電容和現(xiàn)有電池一起工作。這種方法的原理圖如下：

利用上面的直接并聯(lián)方法，超級電容可以延長電池壽命，并分擔系統(tǒng)的大電流負載。但它仍然受內部負載漏電的影響，因此在發(fā)動機關閉后假如大燈還亮著的汽車可能仍然會無法啟動。

在典型工作條件下的電池壽命大概為3至4年。系統(tǒng)中新增超級電容可以顯著延長這個電池壽命，做到很少更換，而且能夠極大地提高發(fā)動機啟動的可靠性。

超級電容啟動機方法設計用于保證發(fā)動機的啟動，這種方法不容易受內部負載漏電的影響。超級電容直接連接啟動機，鉛酸電池只給車內其它電氣系統(tǒng)供電，如收音機、照明和空調。圖2中的原理圖展示了超級電容啟動機的典型配置。

下面兩張照片展示了用于重型車輛的超級電容設計。超級電容器上共有3個接線端子，其中一個正極端子只連接啟動機，另外一個正極端子連接電池用于充電。這種接線方式可以確保最長的電池壽命，因為鉛酸電池不用再承受發(fā)動機啟動要求的1000安培典型放電電流。

智能啟動方法能夠靈活的用電池或超級電容或同時用兩者啟動發(fā)動機。因為啟動機從超級電容接收電量，因此能夠在更低的溫度下工作。用超級電容啟動的溫度可以低至零下40華氏度。智能啟動設計針對啟動和系統(tǒng)功能進行了優(yōu)化?？刂破鳑Q定從超級電容那里抽取多少能量，它能供應三種安裝方法中最長的電池壽命。啟動同樣不受內部負載的影響。

超級電容與電池的比較

圖4列出了超級電容規(guī)格和電池規(guī)格的比較表。這張表中的電池覆蓋了多種技術，從最低性能的鉛酸電池到更高性能的鋰離子電池。

超級電容可以顯著延長各種車輛的電池壽命，而且它們能夠在更寬的溫度范圍內工作。車輛電子系統(tǒng)可以針對可靠性、成本和靈活性進行優(yōu)化，進而滿足應用領域最迫切的需求，不管它是有18個輪子的拖掛車還是船舶、客車或電動發(fā)電機。

這些系統(tǒng)的設計師應該選擇超級電容來供應長的壽命和高的可靠性。超級電容設計中要考慮的一個關鍵參數(shù)是ESR性能。關于交通運輸需求來說，更低的ESR和長時間的性能意味著更高的可靠性和長期看更低的成本。另外，要仔細考慮重量、成本和溫度性能。

Cooper-Bussmann公司為發(fā)動機啟動應用供應種類廣泛的超級電容解決方法，從XB系列和XV系列電池到XVM模塊。它們設計覆蓋交通運輸領域中的各種應用，可以根據(jù)電氣系統(tǒng)要求和電池類型進行選擇。

超級電容可以延長移動設備的運行時間

在移動設備中，電池更換問題不像交通運輸中那樣突出，因為用戶一般每隔兩年左右就會更換他們的設備。重要的是電池在兩次充電之間能夠工作的時長。

在不用超級電容的情況下，蜂窩電話和平板電腦電池一般就像一個不斷縮小的蓄水池。當這些池子快速泄漏時，它們存儲的能量就會越來越少。隨著時間的推移，這將縮短設備的運行時間。

在移動設備中聯(lián)合運用超級電容和鋰離子電池可以更好地控制峰值電流。這種方法中的峰值電流泄漏會受到更好的控制，電池容量因而能在更長時間內得以維持。

在移動應用中一般也有三種超級電容使用配置：

●并聯(lián)(與汽車相同)

●分開使用

●智能使用

與電池并線使用的并行裝置具有低成本和簡單的特性。通過將超級電容與電池分開來，設備將具有更長的電池壽命，具體取決于應用類型。每種配置供應：

●一次充電有更長的設備運行時間

●更小/更薄的設備

●更低成本的能量存儲

●更長的電池壽命

●降低重復充電/放電的大電流

測試移動設備上的典型使用案例——消耗60瓦40秒40瓦10秒循環(huán)——展示了結合使用超級電容和電池的優(yōu)勢。電池的能量消耗時間為0.4小時，但當加入超級電容后，系統(tǒng)運行時間提高到了2.12小時，通過將電池放電限制為1C等級，運行時間新增了4倍。

總之，超級電容能夠以引人注目的方式改善移動設備中的電池性能

●在鋰離子電池旁新增超級電容在多種功率配置情況下都具有很高的效能

●占空比和峰值到基準功率配置關于新增超級電容的價值至關重要

●超級電容供應了一種顯著延長運行時間的高成本效益和高體積效益方式

●超級電容是一種長壽命大功率而且能夠重復大電流充電/放電的設備