我国在铁路机车制造业基础上，通过技术引进、消化吸收、自主创新，在新型供电制式与车载储能技术等关键领域取得突破，形成了目前的新型储能式轨道车辆。选择具有长寿命、宽温度、高倍率等特性的车载储能系统，不仅响应节能环保的号召，还可以降低系统成本。

目前，储能技术在电力系统、电动汽车等领域已经开展了许多深入的研究。为了匹配功率和能量的综合需求，选用功率型和能量型的储能元件混合使用可以实现它们的特性互补。储能系统可以很好地平抑电力系统中的负荷波动，对其配置优化主要是基于整组能量与成本之间的权衡，不需要涉及如车载储能系统中的质量边界和体积边界，且对于储能元件特性也没有严格要求。

针对电动汽车中的混合储能系统，目前的方法都是基于工况预测、拓扑比较、能量调度等角度进行最优化设计。如采用动态规划对公交车车载混合储能系统进行拓扑分析和优化配置，同时考虑能量管理策略以及全寿命周期成本。相比于电动汽车，轨道车辆对储能系统的功率等级和电压等级的要求明显更高，且在此高功率工况下，储能元件的充放电效率明显降低，循环寿命急剧缩短，从而直接影响车辆的性能和运行。

近年来，国内外也逐步开展了关于轨道车辆车载储能系统容量配置的研究。如采用雨流法建立储能元件的循环寿命模型，推导包含初始成本和运行成本的多目标函数，并利用遗传算法对此配置模型进行寻优求解，最终得到轻轨车辆车载储能系统的优化配置。

显然，电动汽车和储能式轨道车辆存在着一个共性的问题，即如何寻找一个最优配置以实现车载储能系统的高能效和低成本。现有的优化模型都是基于在满足车辆运行能耗需求的条件下追求成本最小的配置方案，这对于实际应用具有一定的指导意义。

然而，由于储能式轨道车辆运行的规律性、高功率和高能量，使得地面充电站的功率和容量也必须能够匹配车载储能系统的充电需求。而且，地面能量补给是保证储能式轨道车辆系统正常运营的关键，是整个储能系统能量转换的重要组成。因此，为了实现整个轨道网络的经济运行就需要联合考虑车载储能系统的容量配置和地面充电站的功率匹配，这也是轨道交通车载储能优化配置有别于电动汽车的最大特点。

目前，国内外还没有针对轨道车辆车地一体化容量配置问题的研究。为了实现储能式有轨电车系统的经济运行，北京交通大学电气工程学院的研究人员韦绍远、姜久春等，提出了轨道车辆车地一体化配置模型，分析并推导了包含车载储能系统全寿命周期和地面能量补给的综合成本函数；结合储能系统的安全工作区间和总质量等约束条件，采用基于自然选择的混合粒子群优化算法对综合成本函数进行寻优，求解得到了可以实现有轨电车系统经济运行的优化配置方案。有关研究成果发表于2019年《电工技术学报》第2期，论文题目为“储能式有轨电车车地一体化配置模型”。

基于现有运行的纯超级电容储能“站站充”模式，他们从经济性的角度分析了以超级电容和锂电池混合的车载储能系统，以及超级电容系统“站站充”和锂电池“首末充”的能量补给模式。出于降低地面充电站容量的设计目标，该配置方案采用的模糊控制不仅要合理地分配储能系统的功率以实现储能元件的特性互补，更要通过增配的锂电池系统来调节超级电容系统的放电深度，以减小其对充电站的高功率需求。最后，通过对有轨电车实际运行工况进行算例分析，进一步验证了所提优化配置模型的有效性和经济性。

据了解，车载储能系统回站的SOC主要取决于储能系统容量和车辆能耗，对于规律运行的轨道车辆，车载储能系统的容量配置将直接决定能量补给的功率和时间。因此，需要在储能系统成本和充电站成本中进行权衡才能实现系统的经济运行。与纯超级电容方案相比，混合储能方案在日均综合成本上降低了15.6%，对充电站容量的需求降低了68%。