前沿拓展：

新能源，是半年來最火的一個(gè)話題。在我大A中，但凡跟新能源或新能源車沾上點(diǎn)邊，業(yè)績再差的股票都被炒上了天。績優(yōu)點(diǎn)的，市值那是完全秒殺美帝那些科技巨頭，完全無視多數(shù)股票在股災(zāi)式上漲牛市中的悲慘。

在各種炒作噱頭中，除了充電幾分鐘能續(xù)航上千公里這種挑戰(zhàn)人類常識(shí)的雷人雷語外，各種有意無意的新能源技術(shù)誤導(dǎo)，也屢屢被翻炒。

這里簡單說說超級(jí)電容能否替代新能源車動(dòng)力電池，以及是否能用它來給電動(dòng)汽車快充，解決電網(wǎng)負(fù)荷根本無法支持各種超級(jí)快充負(fù)荷的問題。

一、超級(jí)電容的體積/電容量/耐壓值

現(xiàn)在已經(jīng)正常商用的超級(jí)電容，電容量很大，但耐壓比較低。 例如最常見的2.7V/3000F超級(jí)電容，圓柱形，直徑61mm，高138mm，電容量卻高達(dá)3000F(法拉F，很大的電容單位，1法拉等于1百萬微法μF)，額定電壓卻只有2.7V。

超級(jí)電容，接頭都非常粗大，意味著可以輸出很大的電流

需要更高耐壓，與鋰電池一樣，多只串聯(lián)。相同規(guī)格串聯(lián)的話，串聯(lián)后總耐壓等于個(gè)數(shù)乘以單個(gè)耐壓值，但總電容量卻減少為單個(gè)電容量除以用個(gè)數(shù)，例如16V500F，其實(shí)是用6只2.7V3000F串聯(lián)而成。需要更大容量，再把多個(gè)串聯(lián)組并聯(lián)，這與動(dòng)力電池組是由很多小電池組成的情況完全一樣。

16V500F超級(jí)電容組

二、超級(jí)電容儲(chǔ)能量

超級(jí)電容的電容量驚人，儲(chǔ)能量W=0.5CUU=0.5*3000*2.7*2.7=10935J(焦耳J)，換算為千瓦時(shí)，也就是常見用電量的“度”為：10935J/3600/1000=0.0030375kWh，也就是只能儲(chǔ)存0.0030375度電。

是否很失望？畢竟城市家庭每個(gè)月隨便就用掉幾百度電。

而且這還是完全放電到0V時(shí)的儲(chǔ)能量。

實(shí)際上，電壓下降不到0V可能就不能繼續(xù)給電器正常使用供電了，所以實(shí)際的可用儲(chǔ)能量更加少，因?yàn)閮?chǔ)能量與電壓的平方成正比例。例如500V電容組電壓下降到100V（每只0.54V）就不能繼續(xù)使用了，這樣它有效儲(chǔ)能量為(0.5*3000*2.7*2.7-0.5*3000*0.54*0.54)/3600/1000=0.002916kWh，也就是0.002916度電，利用率還是很高，儲(chǔ)電量只減少了一丁點(diǎn)，原因是它與電壓并不是線性關(guān)系。

三、超級(jí)電容突出優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

1.它儲(chǔ)電原理不是電池那種化學(xué)轉(zhuǎn)換。超級(jí)電容工作本質(zhì)是個(gè)物理原理，所以充放電次數(shù)可以達(dá)到50萬次以上！使用壽命很長。

2.放電電流可以非常大。即使短路，絕大多數(shù)能量也釋放在負(fù)載，基本不會(huì)造成電容本身的損壞（也會(huì)發(fā)熱，不過后果與電池完全不同）。例如2.7V3000F超級(jí)電容，最大電流可以達(dá)到驚人的1900A，穩(wěn)定電流也有100A多（見后面的參數(shù)表）。但別忘記上面說過它的儲(chǔ)電量非常小，所以大電流放電的話，放電時(shí)間非常短，瞬間就沒電了。

3.它的功率密度很高，可達(dá)102～104 kW/kg，相當(dāng)于鋰電池（2KW/Kg）的50倍以上，爆發(fā)力驚人，就是上面說的放電電流可以很大；但能量密度很低，單位體積能量密度只有鋰電池的95分之1，放置非常占空間。所以同儲(chǔ)電量的超級(jí)電容體積比鋰電池大了太多，這注定它沒可能作為需要長時(shí)間高負(fù)荷使用的電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池使用了。

4.它的超低溫性能非常好，能夠在-40℃～+65℃之間正常工作。低溫性能差可是目前商用鋰電池的致命缺點(diǎn)：冬天續(xù)航里程下降太多。

5.它比較環(huán)保，基本無需維護(hù)，報(bào)廢后不會(huì)像鋰電池那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。

6.它的充電電流可以很大，充滿電時(shí)間很短。這么說吧，如果對(duì)它充電的充電器夠強(qiáng)悍，很大的超級(jí)電容組都可以在幾十秒內(nèi)充滿，不用擔(dān)心爆炸和充壞。

7.它不會(huì)過放電或過充電損壞，只要不超過它的額定電壓，充到天荒地老也絕沒事，不需要什么恒流恒壓（不過實(shí)際上充電設(shè)備必須限流限壓，不然開始充電的時(shí)候電流極大，與短路類似，會(huì)損壞充電設(shè)備，而不是損壞電容）；只要它還有電盡管用，不用設(shè)置過電流或低電壓保護(hù)，有需要的話盡管放電到0V，也不會(huì)損壞或有記憶效應(yīng)。

8.它自放電比較快，沒辦法長時(shí)間儲(chǔ)電，很大容量的超級(jí)電容充滿電，空置幾十小時(shí)不用，電就自放完了，儲(chǔ)電耐久性遠(yuǎn)不如鋰電池。

各種超級(jí)電容

四、同儲(chǔ)電量的超級(jí)電容與鋰電池的體積對(duì)比

雖然說超級(jí)電容和鋰電池按重量計(jì)的能量密度kWh/kg或Wh/kg很重要，它們分別為6Wh/kg和300Wh/kg，后者是前者的50倍；但按體積計(jì)的能量密度同樣重要，畢竟要多少空間放置它同樣重要。

2.7V3000F超級(jí)電容實(shí)際占空間0.061＊0.061＊0.138=0.000513498米3，理論儲(chǔ)能量為0.0030375kWh；21700鋰電池占空間0.021＊0.021＊0.07=0.00003087米3，理論儲(chǔ)能量為0.01728kWh(4.8Ah*3.6V/1000)，單位體積儲(chǔ)能量后者是前者的(0.01728/0.00003087)/(0.0030375/0.000513498)=94.63倍！

2.7V3000F超級(jí)電容技術(shù)參數(shù)，功率密度數(shù)據(jù)與單位都是錯(cuò)的

五、超級(jí)電容是否能用于電動(dòng)小汽車

它是否能替代電動(dòng)汽車動(dòng)力電池，解決續(xù)航里程；或給汽車的動(dòng)力電池快速充電，解決快充時(shí)市政電網(wǎng)無法承受快充時(shí)負(fù)荷峰值的大難題？

答案是：都不行！

例如要獲得電動(dòng)汽車使用的500V電壓，需要多達(dá)185只2.7V的超級(jí)電容串聯(lián)，串聯(lián)后總電容量卻只有C=3000/185=16.2F。

電動(dòng)車要達(dá)到1000公里續(xù)航，按已經(jīng)很理想的150kWh電量計(jì)算，需要5萬只電容串并聯(lián)一起才行（150/0.0030375）。每只電容大小為直徑61mm，高度138mm，把5萬只超級(jí)電容捆綁在一起，外形大小至少為50000＊0.061＊0.061＊0.138＝25.67米3，相當(dāng)于一個(gè)邊長近3米的立方體！實(shí)際上會(huì)更大。

電容的基本原理，注定了它的單位體積儲(chǔ)能量沒法與電池比。

這個(gè)超級(jí)電容每只市價(jià)大概18元，組成150度電的超級(jí)電容組的話，5萬只超級(jí)電容成本就要90萬元！

即使支撐小汽車?yán)m(xù)航100公里，采用超級(jí)電容組供電，電容組體積也有0.3立方米，電容就要9萬銀子，死心了吧？

現(xiàn)在問一下，體積、成本、重量等幾座不可能解決的大山壓著，還有人敢打主意用超級(jí)電容來給電動(dòng)小汽車充電，或用來峰谷儲(chǔ)電不？

六、超級(jí)電容為何能替代動(dòng)力電池用于超級(jí)電容有軌電車？

超級(jí)電容自放電比鋰電池快得多，只適宜很快充滿且馬上使用。例如深圳龍華那個(gè)示范性軌道超級(jí)電容電車，能搭載300多人，每經(jīng)停一個(gè)車站上下乘客時(shí)，同步插入充電塢馬上快速充電，30秒以內(nèi)（實(shí)際測試為15秒）就能充滿電，然后行駛1分鐘左右到達(dá)下一個(gè)車站再次充滿電，每次行駛時(shí)間都很短，才能發(fā)揮超級(jí)電容的突出優(yōu)點(diǎn)。

其實(shí)計(jì)算電動(dòng)汽車電池組容量，只需要獲得每百公里或每公里需要多少度電即可，不用理會(huì)它究竟是300V還是500V的動(dòng)力電池組，那是廠家的事。因?yàn)槎嗌俣入娋褪请妷骸㈦娏髋c時(shí)間的乘積，就代表了需要多少個(gè)特定容量的小電池，不管這些電池怎么串聯(lián)或并聯(lián)，都不會(huì)影響容量計(jì)算結(jié)果。

例如一部超級(jí)電容有軌電車，每站距離最長1公里，每1公里需要3度電的話（預(yù)計(jì)要3度電很高了，電動(dòng)小汽車每1公里只需要0.15度電左右），電容組只需要區(qū)區(qū)3度電容量。這樣只需要2.7V3000F超級(jí)電容1000多個(gè)而已！體積只有1000＊0.061＊0.061＊0.138＝0.51米3，比想象中小巧得多了吧？

軌道超級(jí)電容電車

不過，如果是3度電的鋰電池組，還真驅(qū)動(dòng)不了長電車以可以接受的70公里時(shí)速走1公里。因?yàn)殇囯姵毓β拭芏炔粔颍ㄖ挥?span style="color: #555555; --tt-darkmode-color: #555555;">2KW/Kg，3度電要173只21700鋰電池，每只電池73克，合計(jì)輸出功率才25.26kW），無法達(dá)到那么大的輸出功率，只能以很低的速度，以更長的時(shí)間走完1公里。超級(jí)電容組卻可以，就是因?yàn)樗薮蟮墓β拭芏龋?span style="color: #F04142; --tt-darkmode-color: #F04142;">50倍，超過1250kW），能夠以很大的電流，也就是很大的功率放電，以可以接受的70公里時(shí)速走完1公里。

當(dāng)然，考慮到超級(jí)電容充電和放電時(shí)，也照樣會(huì)發(fā)熱，實(shí)際配置時(shí)，會(huì)使用更多一些超級(jí)電容，留有一定的余量。如下圖國外的超級(jí)電容電車使用的超級(jí)電容組情況，也印證了驅(qū)動(dòng)那么大那么重的電車，超級(jí)電容組只需要區(qū)區(qū)1300個(gè)超級(jí)電容，合計(jì)2.3度電的儲(chǔ)電量，卻能輸出1000kW的功率，而同樣2.3度電的鋰電池組卻絕無可能輸出那么大的功率（與上面的計(jì)算結(jié)果基本一致）。

國外超級(jí)電容電車數(shù)據(jù)

但3度電的鋰電池和3度電的超級(jí)電容組，兩者做的功卻是基本一樣的，也就是放電時(shí)消耗的電量(度數(shù))基本一樣，經(jīng)歷的時(shí)間不同而已，這就是功率與儲(chǔ)電量的區(qū)別的最生動(dòng)說明。

另外，一條這樣的超級(jí)電容有軌電車線路，沒幾部車同時(shí)在運(yùn)行，同時(shí)充電的話，加上電車設(shè)計(jì)有剎車能量回收裝置，超級(jí)電容吸收儲(chǔ)存回收能量能力遠(yuǎn)比鋰電池強(qiáng)悍，電網(wǎng)完全能夠支持快充峰值負(fù)荷。

但如果線路多了，車輛多了，充電峰值負(fù)荷太大的話，電網(wǎng)還是無法支持，電網(wǎng)年發(fā)電量充足也沒用。這兩者是不同的需求，加上車站設(shè)置條件嚴(yán)苛，與公交站完全不同，也注定超級(jí)電容電車無法全面推廣，只能局部示范使用。

深圳超級(jí)電容電車

綜上所述，數(shù)量巨大且要續(xù)航遠(yuǎn)得多的電動(dòng)小汽車，不能指望用超級(jí)電容來替代電池組，或用超級(jí)電容來解決電網(wǎng)無法支持很多電動(dòng)汽車同時(shí)進(jìn)行快充的負(fù)荷峰值問題。它們與頻繁停車充電的有軌超級(jí)電容電車情況完全不一樣，兩者儲(chǔ)電量需求差別太大了。

七、網(wǎng)上的知識(shí)，有時(shí)候錯(cuò)得離譜

本人寫本文時(shí)，網(wǎng)上查詢了很多資料，前后花了幾天時(shí)間，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上很多資料錯(cuò)誤百出，不知道誤導(dǎo)了多少人。

例如電工之家這篇關(guān)于2.7V3000F超級(jí)電容技術(shù)參數(shù)的文章，通篇文章計(jì)算錯(cuò)得這樣離譜，實(shí)在有些雷人。

其中最后的結(jié)論，這樣一個(gè)小小超級(jí)電容，理論上電量居然能夠支撐特斯拉電動(dòng)車以300kW功率1000A電流工作8.1秒鐘，能走225米！實(shí)在反智。實(shí)際上，真以300kW功率放電的話，理論上它只能放電T=0.0030375/300*3600=0.036秒。

該文章還說實(shí)際上它不能支持1000A放電，去看看一些廠家產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)表，它最大放電電流高達(dá)1900A，以1000A放電理論上并沒有問題。電壓瞬間就下來的原因，不是電流超過超級(jí)電容的極限參數(shù)，而是電放完了。

網(wǎng)絡(luò)永遠(yuǎn)爭論不休，除了個(gè)人思維和知識(shí)掌握差異外，大量的錯(cuò)誤信息充斥，也是很重要的原因，畢竟國人有疑問多數(shù)去百度，無法谷歌，百度出來的錯(cuò)誤信息太多。

錯(cuò)誤百出的網(wǎng)上著名文章

再次補(bǔ)充說明，充電8分鐘續(xù)航1000公里的電動(dòng)汽車，幾十年都無法商用，扯上超級(jí)電容也沒用。

姐妹篇1：汽車充電8分鐘行駛1000公里有多難，為何說這話是騙子無疑？

2：怎樣用快沒電的蓄電池，快速啟動(dòng)汽車？超級(jí)電容的魔力應(yīng)用

拓展知識(shí)：