混合动力系统一般由两部分组成，每一部分都以互补的方式为系统提供动力。理想情况下，每个部分都应该能够在额定工作条件下工作。

在超级电容器应用的混合供电系统中，使用超级电容器的原因是其功率密度高，循环寿命长。作为辅助电源，可以很好地满足实际应用中的高功率需求，或者平滑功率波动的需求。系统的主要电源可以是主电网、电池、内燃机或燃料电池等。超级电容壳的这些应用都有一个共同点，就是利用市电来满足电池的能量需求。系统和超级电容器用于满足电源要求。

以超级电容器作为辅助能源的混合动力系统有着广泛的应用。

在超级电容器的低功率应用中，例如在相机或摄像机中，超级电容器与电池一起使用，以减少对电池的许多不利影响并延长其寿命。

对于几十千瓦的应用，超级电容可以替代电梯中的制动电阻。在这类超级电容器的应用中，超级电容器需要具有一定的储能和电力输出能力，以减少电梯在升降过程中对电网的不利影响，这种影响可视为间歇性电力要求。

汽车、牵引机车等领域也是超级电容的适用领域。对于汽车，超级电容器非常适合“启停”驾驶模式，或者作为超级电容器的更高级应用，可降低内燃机的功率输出限制。

对于牵引机车，正在同时开发超级电容器的几种可能应用。超级电容器的第一个应用是有轨电车和无轨电车。超级电容器的应用可以缓解机车电力需求对电网配电曲线的影响，也可以尽可能多地恢复制动。活力。目前正在试验的一些应用方案：将一组超级电容通过接触网端接口接入机车供电系统（控制接触网电压，回收车辆制动能量），或直接将超级电容安装在机车供电系统上。机车（降低接触网要求并回收制动能量）。超级电容的第二个应用是柴电混合动力短途列车，

下图是对机车的研究。Stadler Rail AG 制造的柴电火车。该列车专为以陡峭着称的梅拉诺-马莱斯线（位于意大利北部）而设计，海拔高度为1000-1700米。如下图所示，列车最初由两台柴油发电机提供动力，每台功率为380kW（共计760kW）。需要注意的是，在此配置中，柴油机必须满足列车的任何功率波动。因此，发动机的运行状态被迫频繁变化，使得其效率和排放的控制变得特别困难。另外，无法实现制动能量回收，使柴油发电机提供的能量无法得到充分利用。

该研究在列车上安装了一组超级电容器，如上图所示，可以满足列车部分或全部波动的电力需求。的确，安装超级电容的目的是为了控制柴油发电机以“启停”模式工作。在启动阶段，柴油发电机保持在额定运行状态，从而提供最佳效率并减少排放。不仅如此，超级电容储能的使用保证了制动能量的回收，提高了系统的整体效率。

上图显示了为满足上述要求所需的超级电容器的预估储能，并给出了储能对柴油发电机组装机容量的直接影响。

图中的参考点是无储能（零储能）的情况，对应于最初预测的柴油机功率（640kW）。曲线的极值点说明了这样一种情况：如果重量和体积允许列车安装一组储能为550MJ的超级电容器，那么它只需要配备一台45kW的柴油机就可以正常运行。遗憾的是，这几乎是不可能的，因为真正的火车无法容纳如此大的超级电容器。

超级电容器的一个有趣的应用是，如果超级电容器组的容量配置为45MJ，则相应的柴油发电机功率将减半，因此可以使用上图列车中原系统中的一台柴油发电机来发电电。该单元被一组超级电容器取代。这组超级电容器由4900个电芯组成，每个电芯的参数为3000F/2.7V/0.29mΩ。超级电容器组总重量为2.7t，体积为2.3m3。

通过计算和模拟，这样做的好处是柴油消耗减少44%，超级电容储能系统相关的投资成本可在10年内收回。另请注意，上述计算是在汽油价格超过每桶 100 美元之前进行的。

超级电容器的最后一个应用说明了与超级电容器充电相关的应用。由于超级电容的使用，缩短了车辆的续航里程，车辆在固定行驶路线上，每次停靠沿线分布的站点都需要对车载超级电容进行充电。由于电站与车载超级电容储能之间的能量交换过程必须非常快，因此所需的功率必然是巨大的（100~1000kW）。在这短短的时间内（几十秒），充电站内的超级电容就可以提供能量。车站内的超级电容可以在两辆相继停放的车辆之间的间隙进行充电，充电时间可以放宽到几分钟，

上述超级电容的应用也说明了超级电容在储能领域的一个主要作用，即能量缓冲器，限制负载对主电源的功率需求。

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本文由日本NEC锂电池中国营销中心于2023-04-18 10:52:23 整理发布。
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