超級電容常識

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上超級電容常識 超級電容基本知識壽命超級電容具有比電池更長的使用壽命，但是壽命也不是無限延長的。壽命終止失效模式為等效串聯(lián)內(nèi)阻的增加（ESR）升高和容量降低。超級電容實(shí)際的壽命失效取決于應(yīng)用要求，比如長期置于高溫下，高電壓和超電流將會導(dǎo)致ESR升高和容量降低。這些參數(shù)降低將會延長超級電容的壽命。 電壓超級電容具有推薦的額定工作電壓，電壓值是根據(jù)超級電容在最高的額定溫度下最長壽命來設(shè)定的。如果使用電壓超出額定電壓，將會導(dǎo)致壽命縮短，若過壓時(shí)間較長則內(nèi)部電解液將會分解為氣體，當(dāng)氣體的壓力逐漸增強(qiáng)時(shí)，超級電容內(nèi)部將會漏液或防爆閥破裂。極性超級電容采用對稱的

2、電極設(shè)計(jì)，正負(fù)極具有類似的結(jié)構(gòu)，當(dāng)電容首次裝配時(shí)，任一電極都可以被當(dāng)成正極或者負(fù)極，一旦超級電容被第一次充滿電時(shí)，超級電容將會形成極性化。所以我們在生產(chǎn)過程中將會100%的充放電將極性定型，同時(shí)在每一個(gè)電容的外殼上面都有一個(gè)負(fù)極標(biāo)志。提醒一點(diǎn)：雖然超級電容可以被放電使電壓降低到零電壓,但是電極還是保留非常少的電荷，此時(shí)變換極性是不可以的。超級電容按照一個(gè)方向被充電的時(shí)間越長，他們的極性就變得越強(qiáng)。若此時(shí)更改極性將會使電容的壽命縮短或損壞。環(huán)境溫度能量型超級電容的正常工作溫度是-25-70，功率型超級電容的正常工作溫度是-40-60，溫度及電壓對超級電容壽命有影響。一般來說，超級電容的環(huán)境溫度每

3、升高10，超級電容的壽命就會縮短一半。也就是說在可能的情況下盡可能在最低溫度下使用超級電容，那么就可以降低電容的衰減與ESR的升高。若低于正常室溫環(huán)境下，那么可以降低電壓以抵消高溫對電容的負(fù)面影響。相反在低溫下提高超級電容的工作電壓，可以有效的抵消超級電容在低溫下內(nèi)阻的升高。在高溫情況下，電容內(nèi)阻升高。在低溫下，電容的內(nèi)阻升高時(shí)暫時(shí)的，因?yàn)樵诘蜏叵码娊庖旱某硇陨?，降低了電離子的遠(yuǎn)動速度。放電特性超級電容放電時(shí)，是按照一條斜率曲線放電，當(dāng)確定應(yīng)用時(shí)超級電容的容量與內(nèi)阻要求時(shí)，最重要的就是要了解電阻及容量對放電特性的影響。在高脈沖電流應(yīng)用時(shí)，ESR是重要的因素。而在低電流應(yīng)用時(shí)，容量是最重要的因

4、素。計(jì)算公式如下：Vd=I(R+T/C)Vd是起始工作電壓與截止電壓之差，I是放電電流，R是超級電容的（ESR），T是放電時(shí)間，C是電容的容量。在脈沖應(yīng)用中，由于瞬間放電流很大，為減少電壓的降幅，選用低內(nèi)阻（ESR）的超級電容，而在低電流應(yīng)用中則需要選用高容量的超級電容。充電方法超級電容可用各種方法進(jìn)行充電，如：恒定電流、恒定功率、恒定電壓或與能量儲存器，或者電源并聯(lián)（如電池、DC變換器等）。如果超級電容與電池并聯(lián)，加一個(gè)低阻值串聯(lián)電阻將降低超級電容的充電電流，并提高電池的使用壽命。但是如果使用串聯(lián)電阻，必須要保證電容的電壓輸出端是直接與應(yīng)用器連接而不是通過電阻與應(yīng)用器連接，否則超級電容的低內(nèi)

5、阻特性將是無效的。在高脈沖電流放電時(shí)，許多電池系統(tǒng)壽命均會縮短。超級電容最大充電電流I計(jì)算公式如下：I=V/5RI是推薦的充電電流，V是充電電壓，R是超級電容的ESR。超級電容持續(xù)大電流或者高壓充電，超級電容將會過度發(fā)熱，過度發(fā)熱將會導(dǎo)致ESR增加，電解液分解氣化，縮短壽命、漏液、防爆閥爆裂。如果要使用高于額定值的電流或電壓充電請與生產(chǎn)廠商聯(lián)系。自放電與漏電流以不同方法進(jìn)行測量時(shí)自放電與漏電流在本質(zhì)上是相同的，針對超級電容的結(jié)構(gòu)，從正極到負(fù)極具備高的耐電流特性。也就是說保留電容電荷，需要少量的額外電流，這個(gè)電流就是漏電流。而當(dāng)移除充電電壓時(shí)，電容不在負(fù)荷時(shí)，額外的電流會促使超級電容放電，稱為自

6、放電流。電容串聯(lián)單體超級電容的電壓一般為2.5V或2.7V，而在許多應(yīng)用領(lǐng)域要求高電壓，超級電容可以設(shè)置串聯(lián)的方法來提高工作電壓。確保單一的超級電容電壓不超過其最大的額定工作電壓是很重要的，否則會導(dǎo)致電解液分解產(chǎn)生氣體，ESR升高，壽命減短。在放電或者充電時(shí)，在穩(wěn)定狀態(tài)下因容量和漏電流的差異，都將會導(dǎo)致串聯(lián)的超級電容電壓不平衡現(xiàn)象。在充電時(shí)，串聯(lián)的超級電容將起到電壓分配作用，因此低容量單體超級電容將承受更大的電壓。例如: 2.5V1F的超級電容串聯(lián)，兩個(gè)容量分別為+20%與-20%，則電壓分配如下：V1=V供*（C1/(C1+C2)）V供 是供給給串聯(lián)兩端的充電電壓。假設(shè)V1是+20%容量偏差

7、的電容，若供應(yīng)充電電壓是5V,則：V1=5*(1.2/(1.2+0.8)=3V所以，為避免超出3V的超級電容浪涌電壓范圍，串聯(lián)超級電容的容量必須在同一個(gè)趨勢范圍內(nèi)。在選擇上可以用主動電壓平衡電路來降低因容量不平衡而產(chǎn)生的電壓不平衡。注意大多數(shù)的電壓平衡方法都是取決于具體的應(yīng)用。主動電壓平衡主動電壓平衡電路能使串聯(lián)的超級電容上的電壓與額定電壓驅(qū)同而不管有多少電壓不平衡產(chǎn)生。同時(shí)在確保精確的電壓平衡時(shí)，主動平衡電路在穩(wěn)定的狀態(tài)下只有非常低的電流，只有當(dāng)電壓超出平衡范圍時(shí)才會產(chǎn)生比較大的電流，這些特性使得主動電壓平衡電路是超級電容頻繁充放電及如電池等能量組件使用的最理想電路。被動電壓平衡被動電壓平衡

8、電路是忽略超級電容的低內(nèi)阻直接用高電阻來做平衡電路的一種方式，采用與電容并聯(lián)電阻進(jìn)行分壓，這就允許電流從高電壓的超級電容上流至低電壓的超級電容上實(shí)現(xiàn)電壓的平衡。最重要的是選擇平衡電阻值來提供超級電容更高電流的流動而不增加超級電容的漏電流。同時(shí)要注意：“漏電流在溫度升高的時(shí)候會上升的”。被動平衡電路使用在不頻繁對超級電容進(jìn)行充放電的應(yīng)用，同時(shí)要能夠承受平衡電阻的額外電流負(fù)載時(shí)推薦使用。使用平衡電阻時(shí)，建議使用平衡電阻的應(yīng)能提供最差超級電容漏電流50倍以上的額外電流，根據(jù)最高使用溫度選擇在3.3K-22K。盡管更大阻值的平衡電阻在大多數(shù)情況下也能工作，但其不可能在不匹配的超級電容串聯(lián)時(shí)起到保護(hù)作用

9、。逆向電壓防護(hù)當(dāng)串聯(lián)使用的超級電容被快速放電時(shí)，低容量超級電容的電壓將潛在地變?yōu)樨?fù)電壓。這是不允許的，同時(shí)會降低超級電容的使用壽命。一個(gè)簡單的防護(hù)逆向電壓的方法是在超級電容上的兩端增加一個(gè)二極管。使用適當(dāng)?shù)念~定的限流二極管替代標(biāo)準(zhǔn)的二極管，還可以保護(hù)超級電容出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。在選擇二極管時(shí)，“二極管必須能夠承受電源的峰值電流”。脈動電流超級電容雖然有比較低的內(nèi)阻，但是相對電解電容而言，其內(nèi)阻還是比較大的，若應(yīng)用在脈沖電流的環(huán)境中容易引起內(nèi)部發(fā)熱，從而導(dǎo)致電解液分解、ESR增加，從而引起超級電容壽命縮短。為了保證超級電容的使用壽命，在應(yīng)用在脈沖環(huán)境中時(shí)，最好要保證超級電容表面的溫度上升不超過3。比

10、能量：是指電容器在單位重量或單位體積下所給出的能量。（通常也叫：重量比能量、體積比能量、能量密度）單位：WH/KG、WH/L超級電容器的能量與本身的容量與電壓有關(guān)。其計(jì)算方式： E=CV²/2 (單位焦耳J)換算為Wh,則1Wh=3600j.而比能量則為能量與重量或者體積的比。循環(huán)壽命：是指超級電容器經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一次循環(huán)或者叫一個(gè)周期。（超級電容器的循環(huán)壽命大于次）超級電容優(yōu)點(diǎn)· 充電速度快，充電10秒10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上；· 循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)150萬次，沒有“記憶效應(yīng)”；· 大電流放電能力

11、超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率90%；· 功率密度高，可達(dá)300W/KG5000W/KG，相當(dāng)于電池的510倍；· 產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源；· 充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長期使用免維護(hù)；· 超低溫特性好，溫度范圍寬-40+70；· 檢測方便，剩余電量可直接讀出；· 容量范圍通常0.1F-3000F 。· 在很小的體積下達(dá)到法拉級的電容量；· 無須特別的充電電路和控制放電電路· 和電池相比過充、過放都不

12、對其壽命構(gòu)成負(fù)面影響；· 從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色能源；· 超級電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢固等問題；超級電容的應(yīng)用選擇 超級電容有兩個(gè)主要的應(yīng)用：1.高功率脈沖應(yīng)用，其特征是利用較小的內(nèi)阻ESR，能瞬時(shí)流向負(fù)載大的電流。2.瞬時(shí)功率保持，其特征是利用超級電容較大的容量C，能持續(xù)向負(fù)載提供功率，持續(xù)時(shí)間在幾毫秒至幾分鐘。 下面提供兩種計(jì)算公式和應(yīng)用實(shí)例： C(F):超級電容的標(biāo)稱容量 R()：超級電容的標(biāo)稱內(nèi)阻 ESR()：1Kz下等效串聯(lián)電阻 Vwork(V):在電路中的正常工作電壓 V

13、min(V):器件要求的最低工作電壓 t (s):在電路中要保持的時(shí)間或者脈沖持續(xù)時(shí)間 Vdrop(V):在放電或大電流脈沖結(jié)束后的總的電壓降。其值： Vdrop= Vwork VminI（A）:負(fù)載電流 瞬時(shí)功率保持應(yīng)用： 超級電容的近似公式,應(yīng)依據(jù)保持所需的能量=超級電容減少的能量 保持所需的能量=1/2I（Vwork+ Vmin）t超級電容減少的能量=1/2C(Vwork²-Vmin²)其容量（忽略由ESR引起的壓降）C=It(Vwork+ Vmin)/ (Vwork²-Vmin²)。&#

14、160;經(jīng)公式轉(zhuǎn)換為：C=I*t/ Vdrop舉例： 一個(gè)產(chǎn)品中工作電壓為5V，最低安全工作電壓為3V的直流電機(jī)構(gòu)成，直流電機(jī)要求0.5A保持2秒才能使產(chǎn)品可以安全工作，那么依據(jù)以上公式其容量C至少為0.5F.由于5V的電壓已經(jīng)超過單個(gè)電容的標(biāo)準(zhǔn)電壓2.5V，因此可以將2只電容串聯(lián)。如果我們選擇兩只2.5V1F的單體串聯(lián)則容量為0.5F,由于考慮電容有-20%的容量偏差，這種選擇就不能提供足夠的能量?？梢钥紤]1.5F的就是-20%，其最小值1.2F/2=0.6F。這樣就能提供足夠的安全余量。 脈沖功率應(yīng)用： 假定產(chǎn)品脈沖期間超級電容是唯一的能量提供者，其總的壓降由

15、兩部分組成：由超級電容器內(nèi)阻引起的瞬時(shí)電壓降和脈沖結(jié)束時(shí)的壓降。關(guān)系如下： Vdrop=I(R+t/C)上式表面電容器必須有較低的R和較高的C，總的壓降Vdrop才會比較小。 對于多數(shù)脈沖功率的應(yīng)用中，R值比C值更重要，以2.5V1.5F為例。它的內(nèi)阻R可以使用直流ESR估計(jì)。標(biāo)稱是0.075(DC ESR=AC ESR*1.5).額定容量是1.5F.對于一個(gè)0.001s的脈沖，t/C小雨0.001，即便是0.01S的脈沖。t/C也小于R值，顯然R決定了以上公式Vdrop的輸出。 例如： 在筆記本電腦PCMCIA卡上使用的GSM/GRPS無線調(diào)制解調(diào)器的產(chǎn)品對R值要求比較高。 綠索電子超級電容應(yīng)用注意事項(xiàng) （1）超級電容器具有固定的極性 （2）超級電容器應(yīng)在標(biāo)稱電壓下使用 （3）超級電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中 （4）環(huán)境溫度影響超級電容器的壽命 （5）在放電的瞬間存在電壓降V=IR（6）不可存放于相對濕度大于85%或含有有毒氣體的場所 （7）應(yīng)儲存在溫度-3050、相對濕度小于60%的環(huán)境中 （8）超級電容器用于雙面電路板上時(shí)，要注意連接處不可經(jīng)過電容器可觸及的地方 （9）安裝后，不可強(qiáng)行扭動或傾斜電容器 （10）在焊接過程中要