混合動力系統(tǒng)一般由兩部分組成，每一部分都以互補的方式為系統(tǒng)提供動力。理想情況下，每個部分都應(yīng)該能夠在額定工作條件下工作。

在超級電容器應(yīng)用的混合供電系統(tǒng)中，使用超級電容器的原因是其功率密度高，循環(huán)壽命長。作為輔助電源，可以很好地滿足實際應(yīng)用中的高功率需求，或者平滑功率波動的需求。系統(tǒng)的主要電源可以是主電網(wǎng)、電池、內(nèi)燃機或燃料電池等。超級電容殼的這些應(yīng)用都有一個共同點，就是利用市電來滿足電池的能量需求。系統(tǒng)和超級電容器用于滿足電源要求。

以超級電容器作為輔助能源的混合動力系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用。

在超級電容器的低功率應(yīng)用中，例如在相機或攝像機中，超級電容器與電池一起使用，以減少對電池的許多不利影響并延長其壽命。

對于幾十千瓦的應(yīng)用，超級電容可以替代電梯中的制動電阻。在這類超級電容器的應(yīng)用中，超級電容器需要具有一定的儲能和電力輸出能力，以減少電梯在升降過程中對電網(wǎng)的不利影響，這種影響可視為間歇性電力要求。

汽車、牽引機車等領(lǐng)域也是超級電容的適用領(lǐng)域。對于汽車，超級電容器非常適合“啟停”駕駛模式，或者作為超級電容器的更高級應(yīng)用，可降低內(nèi)燃機的功率輸出限制。

對于牽引機車，正在同時開發(fā)超級電容器的幾種可能應(yīng)用。超級電容器的第一個應(yīng)用是有軌電車和無軌電車。超級電容器的應(yīng)用可以緩解機車電力需求對電網(wǎng)配電曲線的影響，也可以盡可能多地恢復(fù)制動。活力。目前正在試驗的一些應(yīng)用方案：將一組超級電容通過接觸網(wǎng)端接口接入機車供電系統(tǒng)（控制接觸網(wǎng)電壓，回收車輛制動能量），或直接將超級電容安裝在機車供電系統(tǒng)上。機車（降低接觸網(wǎng)要求并回收制動能量）。超級電容的第二個應(yīng)用是柴電混合動力短途列車，

下圖是對機車的研究。Stadler Rail AG 制造的柴電火車。該列車專為以陡峭著稱的梅拉諾-馬萊斯線（位于意大利北部）而設(shè)計，海拔高度為1000-1700米。如下圖所示，列車最初由兩臺柴油發(fā)電機提供動力，每臺功率為380kW（共計760kW）。需要注意的是，在此配置中，柴油機必須滿足列車的任何功率波動。因此，發(fā)動機的運行狀態(tài)被迫頻繁變化，使得其效率和排放的控制變得特別困難。另外，無法實現(xiàn)制動能量回收，使柴油發(fā)電機提供的能量無法得到充分利用。

該研究在列車上安裝了一組超級電容器，如上圖所示，可以滿足列車部分或全部波動的電力需求。的確，安裝超級電容的目的是為了控制柴油發(fā)電機以“啟停”模式工作。在啟動階段，柴油發(fā)電機保持在額定運行狀態(tài)，從而提供最佳效率并減少排放。不僅如此，超級電容儲能的使用保證了制動能量的回收，提高了系統(tǒng)的整體效率。

上圖顯示了為滿足上述要求所需的超級電容器的預(yù)估儲能，并給出了儲能對柴油發(fā)電機組裝機容量的直接影響。

圖中的參考點是無儲能（零儲能）的情況，對應(yīng)于最初預(yù)測的柴油機功率（640kW）。曲線的極值點說明了這樣一種情況：如果重量和體積允許列車安裝一組儲能為550MJ的超級電容器，那么它只需要配備一臺45kW的柴油機就可以正常運行。遺憾的是，這幾乎是不可能的，因為真正的火車無法容納如此大的超級電容器。

超級電容器的一個有趣的應(yīng)用是，如果超級電容器組的容量配置為45MJ，則相應(yīng)的柴油發(fā)電機功率將減半，因此可以使用上圖列車中原系統(tǒng)中的一臺柴油發(fā)電機來發(fā)電電。該單元被一組超級電容器取代。這組超級電容器由4900個電芯組成，每個電芯的參數(shù)為3000F/2.7V/0.29mΩ。超級電容器組總重量為2.7t，體積為2.3m3。

通過計算和模擬，這樣做的好處是柴油消耗減少44%，超級電容儲能系統(tǒng)相關(guān)的投資成本可在10年內(nèi)收回。另請注意，上述計算是在汽油價格超過每桶 100 美元之前進行的。

超級電容器的最后一個應(yīng)用說明了與超級電容器充電相關(guān)的應(yīng)用。由于超級電容的使用，縮短了車輛的續(xù)航里程，車輛在固定行駛路線上，每次停靠沿線分布的站點都需要對車載超級電容進行充電。由于電站與車載超級電容儲能之間的能量交換過程必須非常快，因此所需的功率必然是巨大的（100~1000kW）。在這短短的時間內(nèi)（幾十秒），充電站內(nèi)的超級電容就可以提供能量。車站內(nèi)的超級電容可以在兩輛相繼停放的車輛之間的間隙進行充電，充電時間可以放寬到幾分鐘，

上述超級電容的應(yīng)用也說明了超級電容在儲能領(lǐng)域的一個主要作用，即能量緩沖器，限制負載對主電源的功率需求。

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本文由日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-04-18 10:52:23 整理發(fā)布。
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