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    一文看懂什么是超级电容以及如何选择合适的超级电容器

    钜大LARGE  |  点击量：2103次  |  2020年03月19日  

    在储能产品百花齐放的今天，具有超大功率、超大电流、超宽工作范围、超高安全性、超长寿命等储能特点的超级电容（法拉级电容）单独使用，以及与其他储能产品的复合使用成为主流。关于使用者而言，选择适合的超级电容至关重要。


    1.超级电容的特性


    让我们从功率特性、储能特性、环境特性和安全特性等方面了解下。


    超级电容首先是个电容，电容做到法拉级是前所未有的事情。“超级”二字，即与一般的电容相比，其具有超大电能量存储能力，而同时它还保留了超强的功率特性。这为某些应用——快充快放、快充慢放（长放电时间）、慢充快放供应了机会。


    此外，超级电容还具备其他一些独特的储能优势：


    ——环境：超级电容器的工作温度为-40℃~70℃，基本满足大部分环境要求；


    ——安全：针刺、挤压、振动、冲击、燃烧等都不会爆炸；


    ——寿命：充放电可达1百万以上循环，一般应用10年以上不成问题。


    2.什么情景会应用到超级电容器？


    假如你要一个器件，具有大功率特性，还需一定能量驱动用电器，长期免维护，在宽的温度范围内使用，特别是零下三四十度对安全性要求比较严格的场合，是时候选择一款合适的超级电容。


    ——瞬间大功率，如无人机弹射装置；


    ——短时间电流供给，如特种手电筒；


    ——频繁加速（下行）减速（上行）的工况，如制动能量回收装置；


    ——极端严寒天气或电池失效状态下的柴油车辆发动；


    ——风力发电、太阳能光热发电、核能等发电端的备用电源；


    ——各类长寿命、高可靠、免维护、高功率密度备用电源；


    3.选择超级电容器前应该了解的信息


    那么什么样的超级电容器能够满足你的需求？超级电容有什么至关重要的参数呢？以集星科技的超级电容产品体系来进行说明。其重要参数有电压(V)、容量(F)和额定电流（A）。


    超级电容具体应用中的功率要求、放电时间及系统电压变化对器件选择起决定用途。简单来说，两类参数是必须明确:1)工作电压范围；2）功率输出值或者持续多长时间的电流输出。


    4.如何计算所需超级电容器容量


    （1）恒电流，即超级电容工况中的电流和持续时间一定的情况下：


    C=It/(Vwork-Vmin)


    例如：工作起始电压Vwork＝5V；工作截止电压Vmin＝4.2V；工作时间t=10s；工作电源I＝100mA=0.1A所需电容容量为：C=0.1*10/(5-4.2)=1.25F


    此种情况选择容量为5.5V1.5F的产品即可。


    （2）恒功率，即功率输出值一定的情况下


    C*ΔU2/2=pT


    例如，200KW功率下持续放电10秒，工作电压范围为450V-750V，所需电容容量：C=2*20kw*10/(7502-4502)=11F


    故电压在750V以上11F容量的电容器(储能系统)能够满足此需求。


    如计算后的电容容量不在单体范围内，可将多个超级电容器串并联组成模组，以满足客户具体所需。


    多电容器并联计算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn


    多电容器串联计算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn


    5.其他产品选择的建议


    （1）高电压系列产品在多数情况下具有优势


    多家公司推出的2.85V和3.0V产品，那么高电压产品有什么优势？


    ——寿命指数（1,000,000循环寿命）不变，相同体积下，比功率和比能量提升。


    ——功率和能量不变的情况下，减少单体数量，降低整体系统重量，实现系统优化设计。


    （2）满足特殊需求


    若遇特殊应用需求，单纯的电压值参考意义并不大。例如65℃以上高温，2.5V系列产品不失为一个好选择。要注意的是，同所有电化学元器件相同，环境温度会极大影响超级电容器的寿命，高温环境下每降低10℃，寿命将新增一倍。


    本文未对超级电容的结构和电极材料进行说明，因非量化的参数对超级电容的实际选择意义并不大。要注意的是，目前尚无万能的储能元器件，多种储能器件复合使用成为最佳选择。同样超级电容利用其他储能器件来发扬自己的优点，扬长避短，也正在成为主流。


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