作者：碩士工程師Ringo Lehmann、教授博士工程師 Lutz Zacharias、 教授博士工程師 Mirko Bodach、碩士工程師Sven Slawinski、 茨維考應用技術大學電子技術系全體成員；Rutronik電子元器件有限公司戰略營銷和傳播總監、碩士工程師Andreas Mangler
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茨維考應用技術大學電子技術系和研究合作方RUTRONIK合作開發了全新的混合能源存儲系統（HESS）。通過電池和雙層式電容器（UltraCaps）的結合，改善了電能存儲設備的峰值電流特性，并極大延長了電池使用壽命，同時基于數字式控制，可實現接近于任意形式的適應性匹配。由此可在各類應用中，尤其是高負荷的電動工具驅動裝置，實現更高的可靠性，且研發成本低。
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通常情況下高質量的技術型工具，例如當今已有數百萬次應用的電池驅動電動工具，所應用的能源存儲設備經常被稱為“技術性唯一致命要害”。因此，通常可達到的電池使用壽命遠不及此類設備的額定使用年限。
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通過此次實施的研發項目，合作方茨維考應用技術大學和RUTRONIK證實了現今市場上常見的電池系統可在實踐中和超級電容結合使用。因為通過此項結合可實現最佳的工作分配：在電池為連續運行提供穩定能量的同時，超級電容將接收短時間內出現的峰值電流和電壓。電池放電電流將限于其額定電流，因此電池在任何情況下均不會離開其最優運行范圍。通過采用這種“保護運行”方式，其使用壽命最高可延長1倍。此外，電池內部溫度上升較小或沒有升溫現象，從而可再次提高使用壽命。
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此項研究的成果主要得益于一個新型的、可對單個能源存儲元件進行智能連接的電路拓撲結構。而該電路現在也可通過在此次研究項目中研發的數字化電源管理系統進行最優化的控制。由此可不受充電狀態影響，對電池超級電容組合隨時進行充電，并在數秒內完成，且不會對電池造成損壞。此外通過此系統還可在整個使用期限內實現全負荷使用。已充電的電池超級電容組合即使在閑置數月后，也能立即投入使用，因為超級電容的自放電極小。電量已空的超級電容可在數秒之內再次充滿電量。此外，其結構十分堅固，即便在零攝氏度以下的溫度使用，也不會出現性能損失。這意味著系統可靠性將明顯提高。因此，此類混合能源存儲系統還可用于具有高安全性要求的應用，例如除顫器等醫療器械。此裝置對于必須具有保證使用期限的租賃和租用設備也完全適用。其中包括從電池驅動的電動螺絲刀到圓鋸的所有類型的電動工具、通道搬運車輛、電動自行車和其他電池驅動車輛。
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超級電容：堅固、使用壽命長
超級電容的能量儲存在雙層電解質，即赫爾姆霍爾茨層中進行。此類電容器極大的容量一方面是基于赫爾姆霍爾茨層厚度薄的特性，其厚度僅為數微米（1微米=10-10 米），另一方面是由于采用了表面面積極大的電極材料。這里原則上建議以下三種合適的材料：
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-金屬氧化物 (RuO2)
-活性炭
-具有傳導性的聚合物
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圖1 超級電容原理構造示意圖[9]
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