中心論題：
- 新的混合動力電源所面臨的問題。
- 采用電池提供電力儲存的標準混合動力設計存在的缺陷。
- ISE新開發(fā)超級電容解決方案。
- 再生制動能量用于加速或滿足附屬電器系統(tǒng)的基本能量需求。
- 用超級電容補足電池的性能或完全替代電池。
- 超級電容能有效地捕獲一種剎車的能量用于滿足下一次加速對能量的需求。
天然資源的枯竭、空氣污染、交通堵塞和礦物燃料價格的上漲等等問題，迫使社會和個人尋求替代運輸工具。這當中就有用于公交車和卡車的混合電力、氫氣和基于燃料電池的動力系統(tǒng)，例如ISE(San Diego, CA)從1996年以來所生產(chǎn)的那些。
這些動力系統(tǒng)在整個汽車工業(yè)之所以受到歡迎，是因為它們提高了燃油效率，降低了有害排放。ISE公司專長于生產(chǎn)串聯(lián)混合電力動力系統(tǒng)，其中的引擎完全與動力傳動系統(tǒng)脫離，且僅僅被用于產(chǎn)生電力。
該類型混合架構(gòu)對于執(zhí)行大量“停走”驅(qū)動的大型車輛特別有吸引力，如市內(nèi)運輸公交車和貨運卡車。傳統(tǒng)的公交車和卡車的效率很低，產(chǎn)生高度有害的排放，因為它們碩大的引擎(通常是柴油機)持續(xù)不斷地給車輛加速和減速--這是一種效率最低的產(chǎn)生動力的方式。
在ISE的串聯(lián)混合系統(tǒng)中，較小的引擎與發(fā)電機緊密配合，在恒定、有效的速度和功率輸出級上工作。當車輛動力暫時需要增加的時候，如加速期間或爬山時，要從車上由電池和超級電容組成的能量儲存系統(tǒng)吸取電力。當車輛的動力需求較低時，該能量儲存系統(tǒng)被充電。這樣不僅僅能量效率增加了，而且車輛能夠通過再生制動(regenerative braking)在它減速時重新回收(加速時付出的)能量。
面臨的問題
ISE的混合電動車(HEV)技術(shù)的目標是利用燃料驅(qū)動引擎、電力電機驅(qū)動和能量儲存組件的最佳特性。他們的混合架構(gòu)設計采用了擔當主動力源的內(nèi)燃機，以及一個擔當二次動力源的、具有電力儲存系統(tǒng)的電機。設計工程師能夠?qū)?nèi)燃機的規(guī)格設計為滿足巡航動力的要求，因為二次動力源要滿足加速對峰值動力需求。此外，再生制動能量被二次動力系統(tǒng)所捕獲。該能量被用于進一步的加速或滿足附屬電器系統(tǒng)的基本能量需求。
存在的缺點
僅僅采用電池提供電力儲存的標準混合動力設計存在缺陷。這些不足之處很多，它們給汽車設計工程師帶來了許多設計挑戰(zhàn)。首先，電池要在低溫正常工作存在困難;其次，電池需要非常復雜精密的電荷均衡管理技術(shù);第三，電池在極端條件下的壽命大為縮短，從而導致貫穿車輛生命期內(nèi)高昂的換電池成本。
由于要購買和安裝新電池，舊電池就不得不拆除并處置掉。除非制造商已有電池回收設施，否則電池的處置可能成為問題。所有這些問題都增加了基于電池的系統(tǒng)的成本，更不用說車輛停工期造成的損失。
或許最重要的是：電池捕獲和再生能量、或短持續(xù)時間事件(諸如加速和剎車)期間提供突發(fā)大功率的能力有限。這種高功率局限性降低了混合電力動力系統(tǒng)設計的效率。因為大多數(shù)城市公交車都工作在不變的制動-加速模式，捕獲和再生剎車能量的能力就成為了ISE設計的中心。
在實現(xiàn)高效率公交車和卡車系統(tǒng)設計目標的征程中，電池限制因素是ISE工程師面臨的嚴峻挑戰(zhàn)，他們要在克服傳統(tǒng)的低效率問題的同時，提供滿足人們期望的牢靠、全天侯、走走停停的運輸能力。為了給市場帶來真實的可選替代方案，ISE需要設計一種電力和儲存系統(tǒng)，以克服混合電力電池及傳統(tǒng)卡車和公交車的局限性。
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解決方案
為了尋求解決方案，ISE要求Maxwell Technologies幫助開發(fā)超級電容解決方案。緊湊、高性能、長壽命的超級電容器實現(xiàn)了許多電池的功能，但是可靠性更高、儲存功能更先進、整體性能更佳。超級電容補足了電池的性能或完全替代電池。
與電池動力相比，Maxwell的超級電容(BOOSTCA P)提供的好處包括：
* 低溫性能：容許在零下40度工作;而電池在零度以下未經(jīng)加熱就不能可靠工作。
* 安全性：對于公交運輸車，超級電容是一種安全的解決方案，作為一個包，一夜之間就可以放電完畢。
* 壽命長：超級電容本質(zhì)上壽命與它們所裝入的設備一樣長，低維護需求節(jié)省了成本。
* 效率高：效率高達85-95%，而電池在類似應用中只有70%甚至更低(ISE測量的結(jié)果)。
* 環(huán)保：超級電容環(huán)保，因為它們除了重金屬70%可以再生利用。
* 輸出功率大：電源輸出是電池的10倍，在車輛加速時這是一個特別重要的屬性。
* 架構(gòu)好：超級電容能夠有效地捕獲一種剎車的能量，并將其儲存以滿足下一次加速對能量的需求。
下表是ISE開發(fā)的專用、加熱電池解決方案(Z EBRA)及其專有的Thunderpack II(上圖)超級電容解決方案的比較。
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兩種方案的最佳之處
從該表格可以清楚地看到，電池具有高能量的能力，而超級電容具有高功率的能力。在優(yōu)化的混合儲存系統(tǒng)中，兩技術(shù)的結(jié)合最大限度地發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢。
ISE公司新業(yè)務經(jīng)理Tom Bartley說：“由于其優(yōu)異的功率特性，超級電容就是ISE動力系統(tǒng)設計的實質(zhì)。超級電容提高了性能、可靠性和車載能量儲存裝置的耐久力，公交車配備它之后，對加速環(huán)保運輸工具的社會影響和生存發(fā)展有著重要的作用。”
本文小結(jié)
自從2003年實現(xiàn)成功測試以來，ISE已經(jīng)將Maxwell的超級電容整合到汽油、柴油和燃料電池混合動力車之中。特別需要說明的是，自從開發(fā) Thundercap II超級電容系統(tǒng)，ISE已經(jīng)將其動力系統(tǒng)引入到汽-電混合動力車、柴-電混合動力車、氫-電混合動力車和燃料電池混合動力車的設計之中。清潔運行、安靜、低維護要求的車輛已經(jīng)走上了一些美國的城市，包括Long Beach和Sacramento CA。ISE已經(jīng)與西門子及Flyer公司結(jié)成伙伴關(guān)系，共同生產(chǎn)這些混合動力車。
Bartley補充說，去年已經(jīng)有102輛混合動力車投入使用，今年還要增加60輛，預計2007年將交付使用100到200臺。目前，在ISE的混合動力和燃料電池公交車上，有3萬多超級電容器在工作，提供超過7500萬法拉的電力驅(qū)動和再生剎車功率。早在2006年初，Bartley就估計超級電容供電的公交車隊已經(jīng)提供了超過200萬英里的清潔、可靠的服務，為我們的星球提供了清潔的運輸服務。
