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一文看懂什么是超級電容以及如何選擇合適的超級電容器

鉅大LARGE  |  點擊量：2198次  |  2020年03月19日  

在儲能產品百花齊放的今天，具有超大功率、超大電流、超寬工作范圍、超高安全性、超長壽命等儲能特點的超級電容（法拉級電容）單獨使用，以及與其他儲能產品的復合使用成為主流。關于使用者而言，選擇適合的超級電容至關重要。


1.超級電容的特性


讓我們從功率特性、儲能特性、環境特性和安全特性等方面了解下。


超級電容首先是個電容，電容做到法拉級是前所未有的事情。“超級”二字，即與一般的電容相比，其具有超大電能量存儲能力，而同時它還保留了超強的功率特性。這為某些應用——快充快放、快充慢放（長放電時間）、慢充快放供應了機會。


此外，超級電容還具備其他一些獨特的儲能優勢：


——環境：超級電容器的工作溫度為-40℃~70℃，基本滿足大部分環境要求；


——安全：針刺、擠壓、振動、沖擊、燃燒等都不會爆炸；


——壽命：充放電可達1百萬以上循環，一般應用10年以上不成問題。


2.什么情景會應用到超級電容器？


假如你要一個器件，具有大功率特性，還需一定能量驅動用電器，長期免維護，在寬的溫度范圍內使用，特別是零下三四十度對安全性要求比較嚴格的場合，是時候選擇一款合適的超級電容。


——瞬間大功率，如無人機彈射裝置；


——短時間電流供給，如特種手電筒；


——頻繁加速（下行）減速（上行）的工況，如制動能量回收裝置；


——極端嚴寒天氣或電池失效狀態下的柴油車輛發動；


——風力發電、太陽能光熱發電、核能等發電端的備用電源；


——各類長壽命、高可靠、免維護、高功率密度備用電源；


3.選擇超級電容器前應該了解的信息


那么什么樣的超級電容器能夠滿足你的需求？超級電容有什么至關重要的參數呢？以集星科技的超級電容產品體系來進行說明。其重要參數有電壓(V)、容量(F)和額定電流（A）。


超級電容具體應用中的功率要求、放電時間及系統電壓變化對器件選擇起決定用途。簡單來說，兩類參數是必須明確:1)工作電壓范圍；2）功率輸出值或者持續多長時間的電流輸出。


4.如何計算所需超級電容器容量


（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


5.其他產品選擇的建議


（1）高電壓系列產品在多數情況下具有優勢


多家公司推出的2.85V和3.0V產品，那么高電壓產品有什么優勢？


——壽命指數（1,000,000循環壽命）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，減少單體數量，降低整體系統重量，實現系統優化設計。


（2）滿足特殊需求


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


本文未對超級電容的結構和電極材料進行說明，因非量化的參數對超級電容的實際選擇意義并不大。要注意的是，目前尚無萬能的儲能元器件，多種儲能器件復合使用成為最佳選擇。同樣超級電容利用其他儲能器件來發揚自己的優點，揚長避短，也正在成為主流。


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