超级电容器的应用领域

一、运输业

1、混合动力汽车

用于公交车和卡车的混合电力、氢气和基于燃料电池的动力系统提高了燃油效率，降低了有害排放。该类型混合架构对于执行大量“

停走”驱动的大型车辆特别有吸引力，如市内运输公交车和货运卡车。传统的公交车和卡车的效率很低，产生高度有害的排放，因为它们硕大的引擎（通常是柴油机）持续不断地给车辆加速和减速--这是一种效率最低的产生动力的方式。

在串联混合系统中，较小的引擎与发电机紧密配合，在恒定、有效的速度和功率输出级上工作。当车辆动力暂时需要增加的时候，如加速期间或爬山时，要从车上由电池和超级电容组成的能量储存系统吸取电力。当车辆的动力需求较低时，该能量储存系统被充电。这样不仅仅能量效率增加了，而且车辆能够通过再生制动(regenerativebraking)在它减速时重新回收(加速时付出的)能量。

2、电动汽车

采用基于超级电容的方案开发了单轴并联式混合动力轿车，实现了发动机管理系统、全浮式ISG电机、电控双离合器、电控双驱动空调等多项核心技术的创新。研究了混合动力轿车系统的控制策略，优化匹配了发动机和电机的扭矩分配，实现了混合动力的节能和降低排放的优点。系统首先对纯发动机电控系统的标定匹配试验工作，排放达到了欧三标准。然后进行了混合动力系统的起动和怠速优化试验，实现了混合动力的起动控制参数的优化匹配，降低了起动污染物的排放，提高了燃油的经济性。

国外混合动力轿车使用超级电容技术已有先例。超级电容能在短时间内提供和吸收大的功率，而且能量回收效率高、充放电次数高、循环寿命长、工作温度区域宽；其使用的基础材料价格也很便宜，适合频繁加速和减速的城市交通工况。在国内，超级电容价格相对于电池要便宜的多，适合低成本方案。尽管超级电容比能量比较低，但是可以通过控制策略的研究，合理地进行能量分配，满足混合动力工况需求，并且随着其技术的日益成熟和车载示范运行的不断深入，超级电容将会快速进入汽车市场，使产量上升，价格下降。

采用性价比优良的超级电容储能装置，开发低成本、高可靠性的混合动力系统。经过大量的方案选型和设计，采用并联单轴混合动力方案，集成发动机、ISG电机、超级电容和双离合器等部件。它是将盘式一体化起动机/发电机直接安装在内燃机曲轴输出端,电机转子和发动机曲轴直接连接，定子固定在发动机机体上。电机取代了飞轮以及原有的起动机和发电机。

3、车辆低温启动

超级电容器与蓄电池并联应用可以提高机车的启动性能。将

16.2V-250F超级电容与12V45A的蓄电池并联启动1.9L柴油机的汽车，在-10℃时平稳起动，尽管在这种情况中，当不连接超级电容器，蓄电池也可以启动，但采用超级电容器与蓄电池并联时启动电动机的速度和性能都非常得好。由于电源的输出功率的提高，启动速度由仅用蓄电池的时候启动速度300/min，用超级电容器与蓄电池并联时就会增加到450/min；而提高汽车在冷天的起动性能（更高的起动转矩），超级电容器是非常有意义的，在-20℃时，由于蓄电池的性能大大下降，很可能不能正常启动或需多次启动才能成功，而超级电容器与蓄电池并联时则仅需一次点火。其优点非常明显。

4、轨道车辆能量回收

超级电容器应用于轨道车辆中。在轨道车辆制动的时候，回收制动能量，存储于超级电容器中，当车辆再加速时，超级电容器将这些能量释放出来。节省了30％的能量。同时，每辆车用2个系统，单个系统功率提升至300kw。这样可以使网络上可以运行更多更快的车辆。

5、航空航天

航空航天

为开启门提供爆发动力，16x56UCs

使用寿命25年，140000飞行小时

已经通过空中客车公司资质证明，于2004年测试

已交付多于100kPC100产品

设计变成BCAP0140产品

每个A380上紧急启动16个门，2个长期使用的登机门，14个应急门。Airbus空中客车公司已证明的解决方案。

在地面上，正常操作和紧急操作时，门必须被打开

在飞行时，门必须被关上并锁紧

滑道必须在紧急情况被需要的时候膨胀

工作峰值负载60A

待机时间8小时，（要求低自放电）

总能量11000W

可预测的充电级别，充电状态持续监视

门控制器冗余电源

限制质量和体积

应用超级电容器的优势

质量小

高循环寿命

高可靠性

免维护

6、电动叉车

物料搬运用氢燃料电池动力包

结构：燃料电池与超级电容器结合

燃料电池：14kW额定功率

超级电容器包：

48V额定电压，300F

40kW峰值功率

混合动力叉车设计

电动叉车：超级电容器与燃料电池或电池并联

柴油发动机：用超级电容器混合驱动传动机构

传送和接收峰值功率，最佳化主能量源尺寸

能量回收

节省燃料

更长工作时间

7、起重机

起重机

一种利用超级电容的轮胎式龙门集装箱起重机，它的主要工作机构有起升机构、小车机构和大车机构。起升机构在起升时耗电，由柴油发电机组供给，下降时其势能转换成电能反馈给轮胎式龙门集装箱起重机，小车机构和大车机构在驱动和运行时耗电，在制动时反馈电能给轮胎式龙门集装箱起重机。

其特征在于，由柴油发电机组发出的三相交流电源经过交流变频器的整流装置，转换成直流电源DC，DC电源通过交流变频器中的变频装置，将DC电源

转换成频率和电压可控的交流电源AC，用于驱动起升、大车或者小车机构；将超级电容并联在DC电源总线上，利用DC总线监测电压变化范围，在电压上升时充电，在电压下降时放电，随着超级电容不断放电，其端电压下降，DC总线电压跟着下降，当检测到此电压低于柴油发电机组的电源整流电压时，柴油发电机组开始参与供电，在制动时反馈电能给超级电容，超级电容不断得到反馈的能量的充电，又不断地释放电能；当轮胎式龙门集装箱起重机的工作机构处于再生反馈状态时，机构将能量反馈到DC总线上，DC总线电压在电压变化范围内逐步上升，使超级电容不断吸收电能；当DC电压由工作机构电机再生反馈电能引起上升时，超级电容进入充电状态，随着超级电容不断充电，其端电压上升，DC总线电压跟着上升，所有机构的反馈能量都被超级电容吸收。利用大容量超级电容器，可以短周期大电流充电和放电，在起动时能迅速大电流放电，下降时能迅速大电流充电，将能量吸收，起到节能环保的作用。

二、工业

1、手电筒

在需要使用手电筒的紧急情况下，却发现手电筒越来越暗淡无光，是十分令人沮丧的，因为电池的寿命已至。即使是现代的LED手电筒，也需要数小时充满电，而且电池的循环寿命很短。

电池的所有这一切都可能成为历史。一种使用超级电容器而不是电池做为储能元件的手电筒，充电只需90s，循环寿命可达50万次。如果您每天使用一个充放电循环，可使用约135年。

这种战术手电筒是为专业用户开发的，主要是如警察和军队。

2、直流屏储能系统

直流屏储能系统

直流屏作为供电电源，在变电站、发电厂、大中型厂矿企业等供电系统中占有很重要的地位，主要用于向控制、保护、通信设备、自动装置操作机械和调节机械的传动机构供电，同时还可以作为独立的事故照明电源，所以其性能及可靠性直接影响到整个供电系统的正常安全运行。

由蓄电池组成的直流屏，可以存储很大的电能从而实现停电时长时间的直流供给，在一些重要变电站(如110kv及以上级别的变电站)应用广泛。然而有些不重要的末端站及用户站，实际上并不需要停电后长时间的直流供给，只是在分、合闸操作时需要直流电能。考虑到要保证事故分闸的可靠性使用了蓄电池式直流屏，必然带来很高的运营成本，设备需要经常的维护保养且使用寿命很短。另外故障率也因其电池的多节串联而增加，任何一节电池有问题，都将影响整个蓄电池组的正常工作，且废弃蓄电池对环境带来很大危害。由于上述设备存在的问题，人们迫切希望有较好的办法来解决，超级电容器的出现及其具备的优良性能为解决这一问题带来了希望。

超级电容器与电池相比,具有许多电池无法比拟的优点。

(1)具有非常高的功率密度。

(2)充电速度快。

(3)使用寿命长。

(4)低温性能优越。

(5)超级电容器使用的材料安全、无毒、环保，并且免维护。而蓄电池需要经常维护，废弃的蓄电池对环境带来很大危害。

目前，高压开关柜的操作机构大多采用CD2、CD10、CD17等型号，其合闸电流一般在100～200A，超级电容器完全可以在短时间内提供这样大的电流。经过对直流屏的简单改造，完全可以替代蓄电池对电磁操作机构供电。

放电过渡过程结束时刻超级电容器两端电压与蓄电池两端电压非常接近，电流值与理论分析非常接近。因该合闸线圈通电0.2S后，电磁机构合闸的动作完成，其辅助开关K切断合闸线圈回路，在0.2秒内，超级电容器的端压和电流稍有下降，但其平均值与蓄电池基本相同，因此，在合闸过程中，超级电容器能提供与蓄电池同样大的功率和能量。由于超级电容器此时处在浮充状态，其充电时的能量的恢复要比蓄电池快得多，能够及时满足下次分、合闸要求，这是超级电容器优于蓄电池的一个很好的性能。从以上的分析可以看出，用超级电容器可以很方便的替代直流屏蓄电池进行分、合闸操作，在电气线路整改方面，如果充电机容量足够大，可调电位器功率满足要求，电气线路不必做整改，而如果上述条件不能满足要求，只需对其充电线路中加合适的限流电阻即可用电容器替代直流屏中的蓄电池。

3、应急照明灯储能系统

为了确保应急照明灯具有节电、高亮度、长寿命和不间断性，采用由直流电源供电的半导体照明灯LED。采用LED灯后，节约了大量的电能，维修费用，同时也确保了照明质量。采用超级电容器作为储能元件，确保了应急照明灯的超长寿命和免维护、可靠性强灯特性。

图1介绍了一款采用超级电容器的应急照明灯，使用了2只2.3V-120F 的超级电容器。超级电容器在一次充满电后可维持LED灯工作1小时，而平时由外部电源为超级电容器充电。只有当出现紧急情况时，才由超级电容器工作。

4、UPS

UPS起作用往往是在掉电或电网电压瞬时塌波的最初几秒到几分钟内

起决定作用，需要蓄电池在这段时间提供电能，蓄电池自身的缺点（需定期维护、寿命短）使UPS在运行时需要时刻检测蓄电池的状态。在数据保护的备份系统中，需UPS提供的时间相对很短，而蓄电池的大部分能量没有被应用，如果选择低容量的蓄电池则不具备强大的放电能力。从短时期作用角度考虑，超级电容的优势尤为明显，其输出电流几乎没有延迟地上升到高达数百安培甚至上千安培，而且可以快速地充电，超级电容在很短的时间内就可以实现能量存储，所以在下次电源故障时又可以起作用，尽管超级电容器的储能明显低于蓄电池，仅能维持很短

的时间，但是当储能释放时间在1min左右时有无可比拟的优势——具有500000次循环和十年不需要护理，使UPS真正实现免维护。

不间断电源在工厂的许多重要的地方（如半导体制造业）是不可缺少的，超级电容器在为短时间模式的系统失误的设计中是一个非常理想的器件。即使是很短时间的电源故障——市电的小或大的起伏都会导致联机系统的严重混乱或造成自动装配线路的严重损坏，在医院里如果失误发生在手术室，这样的电源失误可能危及到一个人的生命，超级电容器使能量存储设备（如蓄电池或充电电池）和大容量的电解电容之间得以充备，它的容值中等，使得电源密度介于这两个存储设备之间。这意味着当在很短的时间需要很高功率的UPS的应用的时候超级电容器很适合，它的优势在于较短的时间内（几秒到1min）它具有短时释放极高功率的能力。

通过在输入输出之间加上一个滤波电路，并把电池连接到电路中，网络交互式UPS可以有效地防止欠电压，但是持续时间较长的过电压仍然会影响到负载，

在线式UPS是最安全最理想的解决方案，它使负载完全从电网中解脱出来，在线式UPS系统的灵敏对于高度关键负载（如计算机）和负载敏感的制造系统是非常重要的。

专业UPS系统（如主机制造）要求非常严格，即使非常短暂的中断也会导致整个系统崩溃。实际上对于UNIX系统与工作站可以找到相似的规律，在传送数据到硬盘之前UNIX最先将所有数据存储到它的存储器中，这个重要的数据即使在很短的中断也会丢失。实际上，UNIX系统不像PC那样简单地再启动，这个过程需要很长的时间。

因此，特殊关键时刻是第一个5s，最关键的损坏或消耗80％,出现在生产制造过程中，从数据丢失到损坏或毁坏都发生在电源故障的前5s。比较普通能量存储设备（如蓄电池、电池组或电容），可以看出它们不是以相同速度释放存储在它们内部的能量，它们有不同的功率和能量密度。

超级电容器具有低浮充电电流，简单充电，高峰值电流。

因为浮充电流只有几毫安，非常低，所以，在UPS应用中超级电容器是非常理想的。上述特点使它们非常适用于在线UPS系统。

在最简单的情况下，超级电容器通过2.5V直流恒压电池充电，并不要求充电电压平稳光滑。通常不需要充电电流的限制。在电源出现故障的时候，超级电容器输出电流在指定时间内几乎没有延迟地上升到400A，由于内阻非常低，它们可以快速地充电，超级电容在很短的时间内就可以实现能量存储，所以在下次电源故障时又可以起作用。

以后更重要的是保护临界负载，因为不能总是保证电源网络的稳定性，因此对于短路、瞬间击穿或是由开关状态时的大的负载引起的故障，功能强大、

相应快速的UPS单元可以阻止这种情况下的主要的损坏。超级电容器在很多系统中扮演着极为重要的角色，它能确保工作寿命、不需要维护而且可靠性最高。根据这些特性得出结论.今天的UPS系统经常以电容和蓄电池的结合为基础建立。

5、电信

铅蓄电池为电信和数据通信提供能量存储，这些备用电源通常只需提供几分钟到几小时的电源。此外，它们还“桥接”发电机、燃料电池或其他长期备用电池作为短期储能装置．铅蓄电池是合用的，因为它成本低。但是，它们在典型的工作条件下的可靠性常常受到关注。在许多系统中．蓄电池主要在秒数量级的短期中断时起作用．能量脉冲重复地瞬时中断将使蓄电池降低可靠性和缩短寿命己发现有两种技术能解决这些问题。一种是飞轮储能基(Flywheel—based)系统使用大的旋转飞轮存储机械能，当需要时再转变成所需的电能。另一种是超级电容器(也称电化学双层电容器)储能方法。由于性能、尺寸、需要的维护和成本的不同．它们各适用于不同的场合。

超级电容器的发展潜力具有更广的应用范围。从数码相机、燃料电池到卡车、火车．采用超级电容器的产品项目不断增加，电信工业采用超级电容器是一种新颖的应用，结合超级电容器电子电路开发的电能超高速缓冲存储器(Powercache)储能模式，创造一种模仿48V电池工作的装置，它只提供几秒钟的备用电源。同时，它还桥接长期电源。这种以超级电容器技术为基础的电信产品

具有十分卓越的优点——不须维修地工作10年，能快速再充电和抗干扰能力强。但是，它的成本是48V电池的2～3倍，然而，该装置的寿命又是蓄电池的3～4倍。这样．这种新产品的附加成本仍是可以接受

6、远程抄表

远传水表系统包括：无线远传水表（超级电容器供电）、楼宇主机（交流供电）、集中器（交流供电）及管理中心的智能抄表控制系统软件。

单抄方式：无线远传水表的数据由无线方式自动上传给楼宇主机，楼宇主机通过无线方式把数据传给集中器，集中器通过手机的GPRS/GSM网络把数据传给管理中心的计算机，由此实现在管理中心自动抄录所有的水表数据。

单抄+远程控制方式：除上述单抄方式的功能外，无线远传水表内部带有阀门，管理中心可对无线远传水表下达开/关阀命令，实现对水表的远程控制。

单抄+IC卡控制方式：此方式除具备单抄方式的功能外，无线远传水表还带有非接触IC卡电路和阀门，可实现IC卡预付费功能。管理部门可通过IC 卡对水表进行收费管理。

7、电梯

应急电源

1）用于到达下一层

2）用于打开门

3）用于呼叫和照明系统分布式电源

1）重型门

2）修理时期动力供给3）动力平衡

4）减少电梯系统电缆

8、智能三表

超级电容封装在水表中，同时外接干电池供电。平时干电池提供水表电路所需能量和对超级电容充电，在需要开启水阀时，先检测超级电容是否存储足够能量，如果没有存储足够能量，将不开启水阀，当检测它存储足够能量时，由外接干电池提供能量将水阀开启；在需要关断水阀时，如果外接电池不能提供能量将水阀关断，那么超级电容将在此刻提供能量来关断水阀。如同一个储水箱，平时将水存储起来，在停水时提供必要的水。

这种方案明显优于以前的设计，优点如下：

1、将电池从水表中分离出来，从而可以不考虑电池寿命对水表的影响，延长了水表的使用时间。

2、另一方面，超级电容的大电流放电特性保障了水阀关断的可靠性，在外接干电池电量不足时，仍能利用存储在超级电容上的能量将水阀关断。

3、以前一味追求的漏电流指标，主要是为了保障电池的使用寿命，改用超级电容后，漏电流指标变得不重要。如果电池电量不足，用户可以随时更换。这样，不仅使电路设计简化，减少产品的出厂检验工序，还使产品的成本降低。

9、税控收款机

税控收款机是一种具有法律严肃性和不可破坏性的带有计税功能的收款机。它内部装有自动记录但不能更改和抹掉的计税存储器，记录着每日的营业数据和应纳税额，是向纳税机关纳税的凭据。

纳税户销售商品在税控收款机中的记录与相关的时间等信息可在机内保留5～10年，不可修改、不可清除。有关数据由税务部门用专用IC卡读出，以便稽查。每台税控收款机经税务部门发行处理后具有唯一性。

此税控收款机都具有断电保护功能，即当出现突然断电时，仍能将数据存储，并能进行短时间IC读写卡的操作过程，这时需要有后备电源作保护。后备电源有两种解决方案：超级电容器和电池。超级电容器与电池相比具有放电电流大，循环寿命长、绿色环保等特点。使用超级电容器增强了税控收款机的可靠性，免除了电池需要每隔2-3年维护更换一次的工作。在断电时，由超级电容器为控制电路提供能量，CPU可在短时间执行数据存储过程，读写完成后，电容器再提供瞬间脉冲电流（几A），将IC卡弹出。

10、电动玩具

在电子玩具中，常要求瞬时大电流，而电池无法提供，将超级电容器与电池组合可以解决问题，超级电容器也可以作为电源对电子玩具供电，可以降低使用成本、减轻质量。

最典型的就是可以飞的玩具级电动飞机，电动玩具飞机之所以不能飞起来的主要原因是就现在的材料水平而言，玩具飞机如果不计电源和电动机的质量将是极其轻的，电动机也可以做得很轻，最重的便是电池。如果让飞机飞起来，电池能提供的功率与电动机牵引飞机飞起来的功率相差很多。专业航模的飞机可以不计成本，并且采用高倍率放电的充电电池，个头也相对很大，远远超出玩具的概念，如果采用质量远低于电池甚至远低于电动机的超级电容器就可以很好地解决电源质量与电源功率的矛盾。一只4.7F超级电容器不到10克，而两节6

号电池将重达近50克，三节镍氢电池则更重300克。

11、电动工具

一种自动的切管工具用于替代一种已经有十年历史的旧式手持切管设备。考虑实际应用，这种工具是一种类电池的解决方案，能提供瞬间高功率及长寿命。并且要求快速充电，一次充电能满足100次的切割工作。为了便携，这种设备还要求不带电线外供电。同时比市场上不带电线供电的工具的表现更优越。

超级电容器与电池混联进行切割时间小于5秒的测试。最初只用碱性电池测试，切割时间为10S，远长于5S。使用超级电容器与电池并联能提供3—5S 切割时间，切割次数为100次。这是一种明显的变化当允许超级电容器来承担高的电流。目前虽然NIMH电池的性能已改善，切割时间已增加30%预计电池寿命会由于减少峰值电流加倍。结果表明，附加了超级电容器后能使产品满足应用的需求性能。

12、便携式除颤器

便携电源超级电容器可以作为便携式除颤器的放电电容。大致要求电压范围为4000V至5000V，由电容所提供的大脉冲能量约为200-360J，单方向通过电极的全部电流加到病人身上。这样的除颤器的储能电容器的体积很大，不可能用于便携式应用。发达国家的一些公共场合开始采用便携式除颤器，这样可以尽早地挽救生命。其中的储能电容器以采用超级电容器为最佳方案，如400J储能仅需25F即可，即使按100F计算，其体积也仅仅为Φ25*45。由于超级电容器的电压很低，可以用功率变换器将电压提高到需要水平。