随着电动汽车、空间电源、通讯设备后备电源、新能源发电(风能、太阳能等)、新型电磁武器的发展，对于能量存储技术的关注越来越多。对能量存储的追求包括经济性、多种能源的利用，无污染和高效率等。超级电容器(Supercapacitor，SC)也称电化学电容器，是介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能元件。与传统的电容器和二次电池相比，超级电容器的比功率是电池的 10 倍以上，储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、循环寿命长、使用温限范围宽、无污染等特点，适用于大功率脉冲电源、电动汽车驱动电源、电网负荷质量调节等领域，是一种非常有前途的新型绿色能源。车载储能设备是电动汽车的动力源，也是制约其发展的关键因素之一。数万法拉级牵引型超级电容器无论是作为电动汽车主能源还是辅助能源都具有良好的应用前景。为了更好地指导选用和管理，需要深入了解其特性，尤其是实际工作条件下的外特性。
一般来说，建立研究对象的模型是常用的方法，但目前在理论上尚不能完全解释超级电容器的储能机理，因此难以导出准确的特性解析表达式，而且大容量电容器工作电压一般在额定电压 Vrated~1/2Vrated 之间，并且为了获得更大的能量密度而牺牲了部分功率密度特性，从而充放电电流有限，利用传统的建模方法难以准确地获得模型参数。寻找一种方便而快捷的方法，掌握其外特性并建立基于物理特性的描述模型是牵引型超级电容器应用研究的关键问题之一。超级电容器受到自身特性的限制，每个单元的端电压比较低，难以同时满足设备电压和电流的双重需要，多个单元的串并联或者与蓄电池组成混合电池是解决该问题的主要手段。相关技术的研究是车载能源领域的热点问题。在多个单元串联使用中，由于各个单元的容量、温度特性等参数的不一致，将出现小容量单元过充过放而其余单元容量不能完全加以利用的情况。充放电动态均衡技术可以充分利用串联超级电容器组储能，同时保证单元的安全运行，在超级电容器的串联使用中具有非常重要的保护和优化作用，其中良好的控制方法和均衡结构是需要深入研究的要点。此外，超级电容器作为新型储能设备，以功率密度高和循环寿命长的特点，在电动汽车车载能源的研究中具有独特的地位，对超级电容器的应用研究具有前瞻性和开创性，可以为今后电动汽车的发展奠定良好的基础。
1、牵引型超级电容器在电动汽车中的应用
目前，推广电动车尤其是纯电动车的主要障碍是一次充电的续驶里程和初始价格，而电动车的能源系统是引起这些问题的主要原因，可以说，能源系统是电动汽车实现市场化的关键。一般来讲，电动汽车对能源系统的要求如下：高的比能量和能量密度；高的比功率和功率密度；快充和深放电能力；寿命长；自放电率小；充电效率高；安全性好且成本低廉；免维修；对环境无危害，可回收性好。
目前几种主要的电动汽车用储能电池类型为蓄电池、燃料电池、超级电容器等，蓄电池又包括铅酸电池、镍基电池、金属空气电池、纳β电池和常温锂电池等，其中VRLA、Ni-MH电池已经得到很大发展，Li离子电池作为中期发展目标也具有很大潜力。部分电池性能指标如表1所示。可见，没有任何一种电池可以单独满足电动汽车的需要。
2、电动汽车车载辅助能源
近年来的使用情况统计结果表明，尽管铅酸蓄电池和镍基电池仍在发展，但是锂离子电池、燃料电池和超级电容器等储能设备的研究越来越受到关注。总的看来，它们任何一个都不能同时满足电动车运行过程中对高比能量和高比功率的双重要求。为了促进电动车的进一步发展，一方面需要加大力度开发新型能源，或者对现有能源进行技术创新，争取有重大突破。另一方面，在现阶段，混合能源具有很大的发展空间。所谓混合能源，即采用两种或者更多种能源混合，以满足电动车运行过程中对峰值功率和能量的要求，同时又不过分增加电动车能源的体积和功率密度。一般来说，考虑到控制和成本因素，大多采用两种能源，一种具有比较大的比能量，称为主能源，另一种具有比较大的比功率，称为从能源或者辅助能源，二者构成了主从式有限能量系统。该系统使得电动车对电池的比能量和比功率要求分离开来。主能源的设计可以集中于对比能量和循环寿命要求的考虑，辅助能源的负载平衡作用使得电池的放电电流得到减少从而可使电池的可利用能量、使用寿命得到显著提高。由于辅助能源的载荷均衡和能量回收作用，车辆的续驶里程得到极大地提高。
超级电容器的高比功率特性非常适合于在电动汽车中作为传统电池、发动机或燃料电池的辅助能源。主从式有限能量源的研究涉及到如下主要问题：主从能源的结构、主从能源混合比与能量流的控制等，这些问题关系到主从能源的经济性，进而影响电动汽车的成本和动力性能。
3、电动汽车车载主能源
超级电容器作为一种储能设备同样可以作为电动汽车的主能源，满足专用车辆需要，尤其是城市公交车辆。随着社会发展，我国城市人口也越来越多，城市交通状况越来越紧张。目前，城市的交通运输主要依靠各种客车来解决，而城市中高层建筑林立，多层立交公路将成为城市的主要交通道路。内燃机汽车在上坡时的废气排放将大量增加，而在下坡时能量不能回收，全部消耗转换为热量散发到大气中，这对城市大气造成更加严重的污染。另外，内燃机汽车在上坡时会发出强烈的噪音，无轨电车的架空线路十分复杂且会妨碍交通。而电动客车没有这些缺点，并能在下坡时回收能量，它将逐步取代其它客车，成为城市的主要交通工具。而且，我国发展城市公交电动客车具有很多有利条件。城市公交车辆的特点在于起停频繁，大多数公交车在起点和终点往返运行，超级电容器可以在车辆起动时提供大的瞬时功率，同时刹车和减速时回收能量，提高能量利用率。超级电容器的充电站可以在起点和终点各设一个，因为一般公交车都会休息 10~15 分钟，这足以完成超级电容器的充电提供下一次运行使用，或者在每一站都设计充电站，利用到站乘客上下车的时间完成充电。目前，超级电容器电动客车在莫斯科、上海、烟台已经投入运行，虽然一次投入成本高于传统客车，但超级电容器循环寿命长，长期来看，综合成本仍具有较强的竞争力，是电动公交车发展的一个新方向，具有良好的发展前途。
