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一文看懂什么是超級(jí)電容以及如何選擇合適的超級(jí)電容器

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量：2190次  |  2020年03月19日  

在儲(chǔ)能產(chǎn)品百花齊放的今天，具有超大功率、超大電流、超寬工作范圍、超高安全性、超長(zhǎng)壽命等儲(chǔ)能特點(diǎn)的超級(jí)電容（法拉級(jí)電容）單獨(dú)使用，以及與其他儲(chǔ)能產(chǎn)品的復(fù)合使用成為主流。關(guān)于使用者而言，選擇適合的超級(jí)電容至關(guān)重要。


1.超級(jí)電容的特性


讓我們從功率特性、儲(chǔ)能特性、環(huán)境特性和安全特性等方面了解下。


超級(jí)電容首先是個(gè)電容，電容做到法拉級(jí)是前所未有的事情?！俺?jí)”二字，即與一般的電容相比，其具有超大電能量存儲(chǔ)能力，而同時(shí)它還保留了超強(qiáng)的功率特性。這為某些應(yīng)用——快充快放、快充慢放（長(zhǎng)放電時(shí)間）、慢充快放供應(yīng)了機(jī)會(huì)。


此外，超級(jí)電容還具備其他一些獨(dú)特的儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)：


——環(huán)境：超級(jí)電容器的工作溫度為-40℃~70℃，基本滿足大部分環(huán)境要求；


——安全：針刺、擠壓、振動(dòng)、沖擊、燃燒等都不會(huì)爆炸；


——壽命：充放電可達(dá)1百萬(wàn)以上循環(huán)，一般應(yīng)用10年以上不成問(wèn)題。


2.什么情景會(huì)應(yīng)用到超級(jí)電容器？


假如你要一個(gè)器件，具有大功率特性，還需一定能量驅(qū)動(dòng)用電器，長(zhǎng)期免維護(hù)，在寬的溫度范圍內(nèi)使用，特別是零下三四十度對(duì)安全性要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合，是時(shí)候選擇一款合適的超級(jí)電容。


——瞬間大功率，如無(wú)人機(jī)彈射裝置；


——短時(shí)間電流供給，如特種手電筒；


——頻繁加速（下行）減速（上行）的工況，如制動(dòng)能量回收裝置；


——極端嚴(yán)寒天氣或電池失效狀態(tài)下的柴油車輛發(fā)動(dòng)；


——風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光熱發(fā)電、核能等發(fā)電端的備用電源；


——各類長(zhǎng)壽命、高可靠、免維護(hù)、高功率密度備用電源；


3.選擇超級(jí)電容器前應(yīng)該了解的信息


那么什么樣的超級(jí)電容器能夠滿足你的需求？超級(jí)電容有什么至關(guān)重要的參數(shù)呢？以集星科技的超級(jí)電容產(chǎn)品體系來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。其重要參數(shù)有電壓(V)、容量(F)和額定電流（A）。


超級(jí)電容具體應(yīng)用中的功率要求、放電時(shí)間及系統(tǒng)電壓變化對(duì)器件選擇起決定用途。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，兩類參數(shù)是必須明確:1)工作電壓范圍；2）功率輸出值或者持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間的電流輸出。


4.如何計(jì)算所需超級(jí)電容器容量


（1）恒電流，即超級(jí)電容工況中的電流和持續(xù)時(shí)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(shí)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(chǎn)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(xù)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(chǔ)能系統(tǒng))能夠滿足此需求。


如計(jì)算后的電容容量不在單體范圍內(nèi)，可將多個(gè)超級(jí)電容器串并聯(lián)組成模組，以滿足客戶具體所需。


多電容器并聯(lián)計(jì)算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn


多電容器串聯(lián)計(jì)算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn


5.其他產(chǎn)品選擇的建議


（1）高電壓系列產(chǎn)品在多數(shù)情況下具有優(yōu)勢(shì)


多家公司推出的2.85V和3.0V產(chǎn)品，那么高電壓產(chǎn)品有什么優(yōu)勢(shì)？


——壽命指數(shù)（1,000,000循環(huán)壽命）不變，相同體積下，比功率和比能量提升。


——功率和能量不變的情況下，減少單體數(shù)量，降低整體系統(tǒng)重量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。


（2）滿足特殊需求


若遇特殊應(yīng)用需求，單純的電壓值參考意義并不大。例如65℃以上高溫，2.5V系列產(chǎn)品不失為一個(gè)好選擇。要注意的是，同所有電化學(xué)元器件相同，環(huán)境溫度會(huì)極大影響超級(jí)電容器的壽命，高溫環(huán)境下每降低10℃，壽命將新增一倍。


本文未對(duì)超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)和電極材料進(jìn)行說(shuō)明，因非量化的參數(shù)對(duì)超級(jí)電容的實(shí)際選擇意義并不大。要注意的是，目前尚無(wú)萬(wàn)能的儲(chǔ)能元器件，多種儲(chǔ)能器件復(fù)合使用成為最佳選擇。同樣超級(jí)電容利用其他儲(chǔ)能器件來(lái)發(fā)揚(yáng)自己的優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，也正在成為主流。


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