超級電容器簡介

　　超級電容器是指介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，其容量可達幾百至上千法。與傳統電容器相比，它具有較大的容量、比能量或能力密度，較寬的工作溫度范圍和極長的使用壽命；而與蓄電池相比，它又具有較高的比功率，且對環境無污染。

　　超級電容器的原理

　　“雙電層原理”是超級電容器的核心，這是由該裝置的雙電層結構決定的。超級電容器是利用雙電層原理的電容器。當外加電壓作用于普通電容器的兩個極板時，裝置存儲電荷的原理是一樣的，即正電極與正電荷對應、負電極與負電荷對應。而超級電容器除了這些功能外，若其受到電場作用則會在電解液、電極之間產生相反的電荷，此時正電荷、負電荷分別處于不同的接觸面，這種條件下的負荷分布則屬于“雙電層”，原理如圖1.因電容器結構組合上的改進，超級電容器的電容儲存量極大。

　　此外，如果超級電容器兩極板間電勢小于電解液的標準電位時，超級電容器則是正常的工作狀態，相反則不正常。根據超級電容器原理，其在運用過程中并沒有出現化學反應，僅僅是在物理性質上的變化，因而超級電容器的穩定性更加可靠。

　　超級電容器的特點

　　與蓄電池和傳統物理電容器相比，超級電容器的特點主要體現在：

　　（1）功率密度高。可達102～104 W/kg，遠高于蓄電池的功率密度水平。

　　（2）循環壽命長。在幾秒鐘的高速深度充放電循環50萬次至100萬次后，超級電容器的特性變化很小，容量和內阻僅降低10%～20%。

　　（3）工作溫限寬。由于在低溫狀態下超級電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大，因此其容量變化遠小于蓄電池。商業化超級電容器的工作溫度范圍可達-40℃～+80℃。

　　（4）免維護。超級電容器充放電效率高，對過充電和過放電有一定的承受能力，可穩定地反復充放電，在理論上是不需要進行維護的。

　　（5）綠色環保。超級電容器在生產過程中不使用重金屬和其他有害的化學物質，且自身壽命較長，因而是一種新型的綠色環保電源。

　　超級電容器的主要參數

　　1）壽命：超級電容器的內阻增加，則容量降低j在規定的參數范圍內，它的有效使用時間是可以延長的，一般跟它的特點第4條所規定的有關。影響壽命的是活性干涸、內阻加大，存儲電能能力下降至63.2%稱為壽命終結。

　　2）電壓：超級電容器有一個推薦電壓和一個最佳工作電壓 如果使用電壓高于推薦電壓，將縮短電容器的壽命，但是電容器能連續長期工作在過高壓狀態下，電容器內部的活性炭將分解形成氣體，有利存儲電能，但不能超過推薦電壓的1.3倍，否則將會因電壓超高而損壞超級電容器。

　　3）溫度：超級電容器的正常操作溫度是-40~70℃。溫度與電壓是影響超級電容器壽命的重要因素。溫度每升高5℃，電容器的壽命將下降10%。在低溫下，提高電容器的工作電壓，電容器的內阻不會上升，可提高電容器的使用效率。

　　4）放電：在脈沖充電技術里，電容內阻是重要因素；在小電流放電中，容量又是重要因素。

　　5）充電：電容充電有多種方式，如恒流充電、恒壓充電、脈沖充電等。在充電過程中，在電容回路串接一只電阻，將降低充電電流，提高電池的使用壽命。

　　超級電容器的主要功能

　　與普通電容器相比，超級電容器在結構上進行了改進調整，且在原理上得到了優化。但在使用期間超級電容器與常規電容器的功能相近。新型電容裝置的功能集中表現在：旁路、去耦、儲能等方面，這些對于電路運行或存儲電荷都有著明顯的調控作用。具體功能如下：

　　（1）旁路：超級電容器中的旁路電容可以定期儲存電能，但其它元器件在運行中需要能量時，則能及時釋放出電荷維持使用。旁路電容器的最大功能表現于穩壓器電荷輸出的均衡，避免了電荷傳輸混亂而引起電路故障，裝置充電、放電的靈活性較強，如圖2.

　　圖2 旁路電容原理

　　（2）去耦：去耦主要是針對電路內產生的“耦合”現象而言，耦合是由于電路中電流、電阻失去均衡而引起的一種“噪聲”，不利于電路內部載荷的均衡布置。

　　超級電容器使用之后，能有效地消除耦合現象，讓電路中的各項指標參數維持在標準狀態。

　　（3）儲能：無論是普通的電容器或者超級電容器，儲存電荷或電能都是極為關鍵的性能。超級電容器的電荷儲存容量更大，能滿足更多電子元件的使用需求。

　　超級電容器把存儲的能量利用變換器引線傳送至電源的輸出端之后，經過優化處理能進一步強化電容的存儲性能。

　　超級電容器容量怎么算

　　（1） 恒電流，即超級電容工況中的電流和持續時間一定的情況下：

　　C=It/（ Vwork -Vmin）

　　例如：工作起始電壓 Vwork＝5V；工作截止電壓 Vmin＝4.2V；工作時間 t=10s；工作電源 I＝100mA=0.1A所需電容容量為：

　　C =0.1*10/（5 -4.2）=1.25F

　　此種情況選擇容量為5.5V1.5F的產品即可。

　　（2） 恒功率，即功率輸出值一定的情況下

　　C*ΔU2/2=PT

　　例如，200KW功率下持續放電10秒，工作電壓范圍為450V-750V，所需電容容量：

　　C=2*20kw*10/（7502-4502）=11F

　　故電壓在750V以上11F容量的電容器（儲能系統）能夠滿足此需求。

　　如計算后的電容容量不在單體范圍內，可將多個超級電容器串并聯組成模組，以滿足客戶具體所需。

　　多電容器并聯計算公式：C=C1 C2 C3 … Cn

　　多電容器串聯計算公式：1/C=1/C1 1/C2 … 1/Cn

　　超級電容器的應用

　　目前，超級電容器憑借強大的儲存容量及存儲性能，在許多大中小型設備中得到了普遍運用，且涉及到的行業較為廣泛。具體運用在：真空開關、儀器儀表、數碼相機等微小電流供電的后備電源；太陽能產品以及小型充電產品的充電電池。

　　由于超級電容器的功能優勢顯著，在使用時可適當添加輔助元件以優化電容器結構，從而進一步增強了超級電容器的結構性能。

　　超級電容器使用的優缺點

　　超級電容器在使用過程中并非每一個方面都是優越的，這就要求在運用超級電容器時能熟練掌握該裝置的優缺點。受到制造技術的限制，我國在使用超級電容器時還存在安裝、調試等方面的不足。不少設備因盲目使用超級電容器造成電路故障，影響了整個設備性能的發揮。作為電容器的新產品，

　　超級電容器呈現出來的優點要顯著大于缺點。

　　（1）優點

　　超級電容器是普通電容裝置的升級，在對早期的電容器實施了多個方面的改良。主要優點在：

　　①電容量：早期使用的常規電容器，電容存儲量較小，僅能滿足小負荷的電路需求；而超級電容器的電容量級別可達到法拉級，能適合更復雜的電路運行需要。

　　②電路：超級電容器對電路結構的要求較低，不需要設置特殊的充電電路、控制放電電路，且電容器的使用時間不會受到過充、過放的影響。

　　③焊接：普通電容器無法進行焊接，在安裝超級電容器時可根據需要進行焊接處理，防止了電池接觸不良等現象的發生，提高了電容器元件的使用性能。

　　（2）缺點

　　通過對超級電容器的性能測試，筆者發現這種新型電容器也存在缺點。如：

　　①泄漏：超級電容器安裝位置不合理，容易引起電解質泄漏等問題，破壞了電容器的結構性能。

　　②電路：超級電容器僅限于直流電路的使用，這是由于與鋁電解電容器相比，超級電容器的內阻更大，不適合交流電路的運行要求。

　　③價格：由于超級電容器是新一代高科技產品，其剛剛推向市場時價格相對較高，增加了設備運行的成本投入。