超级电容能替代新能源车动力电池，或给动力电池充电吗？

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新能源，是半年来最火的一个话题。在我大A中，但凡跟新能源或新能源车沾上点边，业绩再差的股票都被炒上了天。绩优点的，市值那是完全秒杀美帝那些科技巨头，完全无视多数股票在股灾式上涨牛市中的悲惨。

在各种炒作噱头中，除了充电几分钟能续航上千公里这种挑战人类常识的雷人雷语外，各种有意无意的新能源技术误导，也屡屡被翻炒。

这里简单说说超级电容能否替代新能源车动力电池，以及是否能用它来给电动汽车快充，解决电网负荷根本无法支持各种超级快充负荷的问题。

一、超级电容的体积/电容量/耐压值

现在已经正常商用的超级电容，电容量很大，但耐压比较低。 例如最常见的2.7V/3000F超级电容，圆柱形，直径61mm，高138mm，电容量却高达3000F(法拉F，很大的电容单位，1法拉等于1百万微法μF)，额定电压却只有2.7V。

超级电容，接头都非常粗大，意味着可以输出很大的电流

需要更高耐压，与锂电池一样，多只串联。相同规格串联的话，串联后总耐压等于个数乘以单个耐压值，但总电容量却减少为单个电容量除以用个数，例如16V500F，其实是用6只2.7V3000F串联而成。需要更大容量，再把多个串联组并联，这与动力电池组是由很多小电池组成的情况完全一样。

16V500F超级电容组

二、超级电容储能量

超级电容的电容量惊人，储能量W=0.5CUU=0.5*3000*2.7*2.7=10935J(焦耳J)，换算为千瓦时，也就是常见用电量的“度”为：10935J/3600/1000=0.0030375kWh，也就是只能储存0.0030375度电。

是否很失望？毕竟城市家庭每个月随便就用掉几百度电。

而且这还是完全放电到0V时的储能量。

实际上，电压下降不到0V可能就不能继续给电器正常使用供电了，所以实际的可用储能量更加少，因为储能量与电压的平方成正比例。例如500V电容组电压下降到100V（每只0.54V）就不能继续使用了，这样它有效储能量为(0.5*3000*2.7*2.7-0.5*3000*0.54*0.54)/3600/1000=0.002916kWh，也就是0.002916度电，利用率还是很高，储电量只减少了一丁点，原因是它与电压并不是线性关系。

三、超级电容突出优点与缺点

1.它储电原理不是电池那种化学转换。超级电容工作本质是个物理原理，所以充放电次数可以达到50万次以上！使用寿命很长。

2.放电电流可以非常大。即使短路，绝大多数能量也释放在负载，基本不会造成电容本身的损坏（也会发热，不过后果与电池完全不同）。例如2.7V3000F超级电容，最大电流可以达到惊人的1900A，稳定电流也有100A多（见后面的参数表）。但别忘记上面说过它的储电量非常小，所以大电流放电的话，放电时间非常短，瞬间就没电了。

3.它的功率密度很高，可达102～104 kW/kg，相当于锂电池（2KW/Kg）的50倍以上，爆发力惊人，就是上面说的放电电流可以很大；但能量密度很低，单位体积能量密度只有锂电池的95分之1，放置非常占空间。所以同储电量的超级电容体积比锂电池大了太多，这注定它没可能作为需要长时间高负荷使用的电动汽车的动力电池使用了。

4.它的超低温性能非常好，能够在-40℃～+65℃之间正常工作。低温性能差可是目前商用锂电池的致命缺点：冬天续航里程下降太多。

5.它比较环保，基本无需维护，报废后不会像锂电池那样严重污染环境。

6.它的充电电流可以很大，充满电时间很短。这么说吧，如果对它充电的充电器够强悍，很大的超级电容组都可以在几十秒内充满，不用担心爆炸和充坏。

7.它不会过放电或过充电损坏，只要不超过它的额定电压，充到天荒地老也绝没事，不需要什么恒流恒压（不过实际上充电设备必须限流限压，不然开始充电的时候电流极大，与短路类似，会损坏充电设备，而不是损坏电容）；只要它还有电尽管用，不用设置过电流或低电压保护，有需要的话尽管放电到0V，也不会损坏或有记忆效应。

8.它自放电比较快，没办法长时间储电，很大容量的超级电容充满电，空置几十小时不用，电就自放完了，储电耐久性远不如锂电池。

各种超级电容

四、同储电量的超级电容与锂电池的体积对比

虽然说超级电容和锂电池按重量计的能量密度kWh/kg或Wh/kg很重要，它们分别为6Wh/kg和300Wh/kg，后者是前者的50倍；但按体积计的能量密度同样重要，毕竟要多少空间放置它同样重要。

2.7V3000F超级电容实际占空间0.061＊0.061＊0.138=0.000米³，理论储能量为0.0030375kWh；21700锂电池占空间0.021＊0.021＊0.07=0.00003087米³，理论储能量为0.01728kWh(4.8Ah*3.6V/1000)，单位体积储能量后者是前者的(0.01728/0.00003087)/(0.0030375/0.000)=94.63倍！

2.7V3000F超级电容技术参数，功率密度数据与单位都是错的

五、超级电容是否能用于电动小汽车

它是否能替代电动汽车动力电池，解决续航里程；或给汽车的动力电池快速充电，解决快充时市政电网无法承受快充时负荷峰值的大难题？

答案是：都不行！

例如要获得电动汽车使用的500V电压，需要多达185只2.7V的超级电容串联，串联后总电容量却只有C=3000/185=16.2F。

电动车要达到1000公里续航，按已经很理想的150kWh电量计算，需要5万只电容串并联一起才行（150/0.0030375）。每只电容大小为直径61mm，高度138mm，把5万只超级电容捆绑在一起，外形大小至少为50000＊0.061＊0.061＊0.138＝25.67米³，相当于一个边长近3米的立方体！实际上会更大。

电容的基本原理，注定了它的单位体积储能量没法与电池比。

这个超级电容每只市价大概18元，组成150度电的超级电容组的话，5万只超级电容成本就要90万元！

即使支撑小汽车续航100公里，采用超级电容组供电，电容组体积也有0.3立方米，电容就要9万银子，死心了吧？

现在问一下，体积、成本、重量等几座不可能解决的大山压着，还有人敢打主意用超级电容来给电动小汽车充电，或用来峰谷储电不？

六、超级电容为何能替代动力电池用于超级电容有轨电车？

超级电容自放电比锂电池快得多，只适宜很快充满且马上使用。例如深圳龙华那个示范性轨道超级电容电车，能搭载300多人，每经停一个车站上下乘客时，同步插入充电坞马上快速充电，30秒以内（实际测试为15秒）就能充满电，然后行驶1分钟左右到达下一个车站再次充满电，每次行驶时间都很短，才能发挥超级电容的突出优点。

其实计算电动汽车电池组容量，只需要获得每百公里或每公里需要多少度电即可，不用理会它究竟是300V还是500V的动力电池组，那是厂家的事。因为多少度电就是电压、电流与时间的乘积，就代表了需要多少个特定容量的小电池，不管这些电池怎么串联或并联，都不会影响容量计算结果。

例如一部超级电容有轨电车，每站距离最长1公里，每1公里需要3度电的话（预计要3度电很高了，电动小汽车每1公里只需要0.15度电左右），电容组只需要区区3度电容量。这样只需要2.7V3000F超级电容1000多个而已！体积只有1000＊0.061＊0.061＊0.138＝0.51米³，比想象中小巧得多了吧？

轨道超级电容电车

不过，如果是3度电的锂电池组，还真驱动不了长电车以可以接受的70公里时速走1公里。因为锂电池功率密度不够（只有2KW/Kg，3度电要173只21700锂电池，每只电池73克，合计输出功率才25.26kW），无法达到那么大的输出功率，只能以很低的速度，以更长的时间走完1公里。超级电容组却可以，就是因为它巨大的功率密度（50倍，超过1250kW），能够以很大的电流，也就是很大的功率放电，以可以接受的70公里时速走完1公里。

当然，考虑到超级电容充电和放电时，也照样会发热，实际配置时，会使用更多一些超级电容，留有一定的余量。如下图国外的超级电容电车使用的超级电容组情况，也印证了驱动那么大那么重的电车，超级电容组只需要区区1300个超级电容，合计2.3度电的储电量，却能输出1000kW的功率，而同样2.3度电的锂电池组却绝无可能输出那么大的功率（与上面的计算结果基本一致）。

国外超级电容电车数据

但3度电的锂电池和3度电的超级电容组，两者做的功却是基本一样的，也就是放电时消耗的电量(度数)基本一样，经历的时间不同而已，这就是功率与储电量的区别的最生动说明。

另外，一条这样的超级电容有轨电车线路，没几部车同时在运行，同时充电的话，加上电车设计有刹车能量回收装置，超级电容吸收储存回收能量能力远比锂电池强悍，电网完全能够支持快充峰值负荷。

但如果线路多了，车辆多了，充电峰值负荷太大的话，电网还是无法支持，电网年发电量充足也没用。这两者是不同的需求，加上车站设置条件严苛，与公交站完全不同，也注定超级电容电车无法全面推广，只能局部示范使用。

深圳超级电容电车

综上所述，数量巨大且要续航远得多的电动小汽车，不能指望用超级电容来替代电池组，或用超级电容来解决电网无法支持很多电动汽车同时进行快充的负荷峰值问题。它们与频繁停车充电的有轨超级电容电车情况完全不一样，两者储电量需求差别太大了。

七、网上的知识，有时候错得离谱

本人写本文时，网上查询了很多资料，前后花了几天时间，发现网上很多资料错误百出，不知道误导了多少人。

例如电工之家这篇关于2.7V3000F超级电容技术参数的文章，通篇文章计算错得这样离谱，实在有些雷人。

其中最后的结论，这样一个小小超级电容，理论上电量居然能够支撑特斯拉电动车以300kW功率1000A电流工作8.1秒钟，能走225米！实在反智。实际上，真以300kW功率放电的话，理论上它只能放电T=0.0030375/300*3600=0.036秒。

该文章还说实际上它不能支持1000A放电，去看看一些厂家产品技术参数表，它最大放电电流高达1900A，以1000A放电理论上并没有问题。电压瞬间就下来的原因，不是电流超过超级电容的极限参数，而是电放完了。

网络永远争论不休，除了个人思维和知识掌握差异外，大量的错误信息充斥，也是很重要的原因，毕竟国人有疑问多数去百度，无法谷歌，百度出来的错误信息太多。

错误百出的网上著名文章

再次补充说明，充电8分钟续航1000公里的电动汽车，几十年都无法商用，扯上超级电容也没用。

姐妹篇1：汽车充电8分钟行驶1000公里有多难，为何说这话是骗子无疑？

2：怎样用快没电的蓄电池，快速启动汽车？超级电容的魔力应用