现代有轨电车混合动力技术及超级电容应用特性

与电池相比，超级电容具有以下优点：

①输出功率密度高。超级电容器的内阻很小，并且在电池液界面和电极材料本体内均能够实现电荷的快速储存和释放，因而它的输出功率密度高达数kW/kg，是一般动力电池的数十倍。

②超级电容在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。

图3-4 超级电容器放电曲线

③超级电容具有与电池不同的充放电特性，超级电容器的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。超级电容的放电曲线如图3-4所示。在相同的放电电流情况下，电压随放电时间呈线性下降的趋势。这种特性使超级电容器的剩余能量预测以及充放电控制相对于电池的非线性特性曲线简单了许多。

④在容量定义方面，超级电容器也不同于电池。超级电容器的额定容量单位为法拉（F）。定义为规定的恒定电流（如1000F以上的超级电容器规定的充电电流为100A，200F以下的为3A）充电到额定电压后保持2～3min，在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值。

⑤超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，在一些输出功率取决于能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。

⑥极长的充放电循环寿命。超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反，如果电池反复传输高功率脉冲其寿命会大打折扣。超级电容器在充放电过程中没有发生电化学反应，其循环寿命可达100万次，这是最高只有数千次充放电循环寿命的动力电池无法比拟的。(www.xing528.com)

⑦充电时间非常短，无须特别的充电电路和控制放电电路。超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。从目前已经做出的超级电容器充电试验结果来看，全充电时间只要10～12min；而动力电池在这么短的时间内是无法完成充电过程的。

⑧储存寿命极长。超级电容器储存过程中，虽然也有微小的漏电电流存在，但这种发生在电容器内部的离子或质子迁移运动是在电场的作用下产生的，并没有出现化学或电化学反应，没有产生新的物质；而且所用的电极材料在相应的电解液中也是稳定的，故理论上超级电容器的储存寿命几乎可以认为是无限的。

与其他各类电池相比，超级电容的弱点主要在于：

①比能量低是目前超级电容器的显著缺陷，在一定程度上限制了采用超级电容为电源车辆的续驶里程。

②如果使用不当会造成电解质泄漏等故障。

在选择超级电容时，一般主要根据功率要求、放电时间及系统电压变化选择超级电容，超级电容器容量的大小由最高工作电压、工作截止电压、平均放电电流和放电时间等基本参数决定，可根据超级电容的数学模型进行估算。

超级电容器的输出电压降由两部分组成：一部分是超级电容器释放能量；另一部分是由超级电容器内阻引起。在非常快的脉冲放电中，内阻部分占主要，相反在长时间放电中，容性部分占主要。