圖：超級電容

超級電容工作原理和特點(diǎn)

超級電容是一種電容量很大的電容器。電容器的電容量取決于電極間距離和電極表面積，為了獲得更大的電容量，超級電容盡可能地縮小電極間距離、增加電極表面積。

當兩極板間電勢低于電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液界面上電荷不會(huì )脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態(tài)；若電容器兩端電壓超過(guò)電解液的氧化還原電極電位時(shí)，電解液將分解，為非正常狀態(tài)。隨著(zhù)超級電容器放電，正、負極板上的電荷被外電路泄放，電解液界面上的電荷響應減少。不同于利用化學(xué)反應的蓄電池，超級電容器的充放電過(guò)程是物理過(guò)程，沒(méi)有化學(xué)反應。所采用材料安全、無(wú)毒。

超級電容可以在數十秒到數分鐘內快速充電，充放電壽命很長(cháng)，可達50萬(wàn)次，或9萬(wàn)小時(shí)；可以提供很高的放電電流，如2700F的超級電容器額定放電電流不低于950A，放電峰值電流可達1680A。蓄電池通常不能有如此高的放電電流，否則壽命將大大縮短。

超級電容器可以在很寬的溫度范圍內正常工作(-40℃～+70℃)；可以任意并聯(lián)使用來(lái)增加電容量，如采取均壓措施后，還可以串聯(lián)使用。

超級電容的選擇

很多用戶(hù)都遇到相同的問(wèn)題，就是怎樣計算一定容量的超級電容在以一定電流放電時(shí)的放電時(shí)間，或者根據放電電流及放電時(shí)間，怎么選擇超級電容的容量，下面我們給出簡(jiǎn)單的計算公司，用戶(hù)根據這個(gè)公式，就可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行電容容量、放電電流、放電時(shí)間的推算，十分地方便。

超級電容器的兩個(gè)主要應用：高功率脈沖應用和瞬時(shí)功率保持。高功率脈沖應用的特征：瞬時(shí)流向負載大電流；瞬時(shí)功率保持應用的特征：要求持續向負載提供功率，持續時(shí)間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時(shí)功率保持的一個(gè)典型應用：斷電時(shí)磁盤(pán)驅動(dòng)頭的復位。不同的應用對超電容的參數要求也是不同的。高功率脈沖應用是利用超電容較小的內阻(R)，而瞬時(shí)功率保持是利用超電容大的靜電容量(C)。

下面提供計算公式和應用實(shí)例：

1. C(F)： 超電容的標稱(chēng)容量；
2. R(Ohms)：超電容的標稱(chēng)內阻；
3. ESR(Ohms)：1KZ 下等效串聯(lián)電阻；
4. Uwork(V)：在電路中的正常工作電壓
5. Umin(V)：要求器件工作的最小電壓；
6. t(s)： 在電路中要求的保持時(shí)間或脈沖應用中的脈沖持續時(shí)間；
7. I(A)： 負載電流；
8. Udrop(V)：在放電或大電流脈沖結束時(shí)，總的電壓降；
[page]
瞬時(shí)功率保持應用

超電容容量的近似計算公式，該公式根據，保持所需能量=超電容減少能量。

保持期間所需能量=1/2I(Uwork+ Umin)t；
超電容減少能量=1/2C(Uwork2 -Umin2)，
因而，可得其容量(忽略由IR 引起的壓降)C=(Uwork+ Umin)t/(Uwork2 -Umin2)

如單片機應用系統中，應用超級電容作為后備電源，在掉電后需要用超級電容維持100mA的電流，持續時(shí)間為10s,單片機系統截止工作電壓為4.2V，那么需要多大容量的超級電容能夠保證系統正常工作?

由以上公式可知：
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=0.1A所需電容容量為：
C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)
=(5+4.2)*0.1*10/(52 -4.22)
=1.25F

根據計算結果，可以選擇5.5V 1.5F電容就可以滿(mǎn)足需要了。

超級電容的大功率特性應用

1、低溫啟動(dòng)

在我國北方的冬季，因氣溫過(guò)低，以蓄電池作為啟動(dòng)電源的重卡、坦克、裝甲車(chē)等經(jīng)常難以啟動(dòng)。在低溫環(huán)境下放電能力明顯下降、內阻急劇增加會(huì )導致蓄電池低溫大電流放電性能及輸出功率降低，造成車(chē)輛啟動(dòng)困難(時(shí)間長(cháng))，甚至無(wú)法啟動(dòng)，影響正常的工作和軍事戰備。超級電容擁有在-40～+70℃溫度范圍內正常工作的特性，可以為低溫啟動(dòng)提供優(yōu)異的解決方案，并可以起到保護蓄電池、延長(cháng)蓄電池使用壽命的作用。

案例：我軍某型步兵戰車(chē)、俄羅斯陸軍的坦克裝甲車(chē)輛在嚴寒環(huán)境中啟動(dòng)就廣泛采用超級電容器應急啟動(dòng)電源系統，實(shí)現了戰車(chē)在低溫負四十度條件下的緊急啟動(dòng)。

2、飛機啟動(dòng)

目前軍用飛機(包含直升飛機)啟動(dòng)用電源車(chē)主要存在的問(wèn)題是在某些沖擊或浪涌狀態(tài)下發(fā)電機輸出功率無(wú)法滿(mǎn)足要求，造成發(fā)動(dòng)機轉速和輸出功率急速下降甚至熄火。對于蓄電池啟動(dòng)車(chē)，可直接和蓄電池并聯(lián)超級電容器模組，以提供飛機發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)瞬間所需的大電流，提高啟動(dòng)性能和戰時(shí)便攜機動(dòng)性能，縮短啟動(dòng)時(shí)間，降低瞬間大電流對蓄電池造成的損害。

案例：在5.12汶川地震搶險救災中，使用超級電容器作為直升機的啟動(dòng)電源起到關(guān)鍵作用，獲得軍方的好評。

3、在近防武器中的應用

艦載和陸基近程高速防空火炮系統使用的是外掛電源系統，需要電池等儲能器件組成儲能系統，但由于火炮在射擊過(guò)程中需要瞬時(shí)大功率的能量支持，電池的功率性能較差，頻繁大功率放電勢必使其壽命急劇衰減，同時(shí)電池還存在需定期進(jìn)行維護、高低溫性能差等一系列問(wèn)題。超級電容器具有比脈沖功率較蓄電池高近十倍，可以實(shí)現頻繁大功率放電，免維護，高低溫性能好及比容量高出普通電容器百倍以上等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其可作為替代電池的性能優(yōu)異的儲能器件。

4、在車(chē)輛加速、爬坡等情況中的應用

車(chē)用蓄電池必須具有一定的容量來(lái)滿(mǎn)足車(chē)輛的設計需要，同時(shí)還必須具有一定的峰值功率特性來(lái)滿(mǎn)足汽車(chē)在加速和爬坡等特殊情況下的需求。車(chē)輛在行駛過(guò)程中由于突然加速、制動(dòng)或爬坡、載重等惡劣條件造成的高功率負載狀況需要蓄電池來(lái)實(shí)現高功率放電，而蓄電池的高功率性能不足，即使能實(shí)現大功率放電，也對其壽命有影響，如果使用超級電容器與蓄電池并聯(lián)，發(fā)揮超級電容的大功率優(yōu)勢，可以有效地彌補電池功率不足的問(wèn)題。

相關(guān)閱讀：
DIY：自制車(chē)用超級電容器【附原理圖】
http://zzmyjiv.cn/power-art/80021251
淺析超級電容器在三大領(lǐng)域的應用及發(fā)展
http://zzmyjiv.cn/power-art/80021253
儲能新技術(shù)：超級電容器市場(chǎng)前景一片看好
http://zzmyjiv.cn/power-art/80020867