超级电容的选型和应用,这些重要参数要透彻理解

  • 日期:09-02
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超级电容器是通过使电解质极化来储存能量的电化学部件。它可以用作传统电容器和电池之间具有特殊性能的电源,并且能量存储过程是可逆的并且可以重复充电和放电。成千上万次。其突出的优点是功率密度高,充放电时间短,循环寿命长,工作温度范围宽。它是世界上已投入批量生产的双电层电容器中最大的容量。

超级电容器、普通电容器及电池的比较

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充电费用方法

超级电容器具有各种充电形式,例如恒定电流,恒定功率,恒定电压等。或者与电源并联,例如电池,燃料电池,DC转换器等。如果电容器与电池并联连接,则将电阻器与电容器回路串联连接将降低电容器的充电电流并增加电池寿命。如果电阻器串联连接,则电容器的电压输出直接连接到负载而不通过电阻器,否则电容器是低电阻的。许多电池系统不允许大电流放电,这会影响电池寿命。建议的电容最大充电电流计算如下:

I=Vw的/5R

当I是推荐的最大充电电流时,Vw是充电电压,R是电容器的DC内阻。

电容器继续以高电流或过电压充电。它会导致电容器升温。过热会导致电容器内阻增大,电解液分解产生气体,缩短寿命,增加漏电流或破坏电容器。

自放电和漏电流

自放电和泄漏高阻抗电流通道,这意味着当电容器充电时,会有额外的额外电流。充电时,我们可以将此电流用作漏电流;当充电电压被移除时,同时电容器没有连接到负载。该电流导致电容器放电。此时,我们将此电流视为自放电电流。

为了可靠地测量漏电流或放电电流,电容器必须连续充电超过72小时,这也取决于电容器的结构。超级电容器是超级电容器的并联连接,可用作多个不同的内部电阻。充电时,内部电阻较低的超级电容器快速充电,电压迅速上升至充电电压。当移除充电电压时,如果尚未填充具有高内阻的超级电容器。内部电阻较低的超级电容开始并联放电到高内阻超级电容,因此电容上的电压降会更快,给人的印象是电容具有相对较大的自身。放电时,必须注意电容越大,电容器充满电所需的时间越长。

电容器系列

超级电容器的串联配置

单电池超级电容器的电压通常为2.5V或2.7V。在许多应用中,需要相对高的电压,因此串联电压可用于增加电容器的电压。必须注意的是,在一系列应用中,每个单体电容不应超过其最大耐受电压。一旦长期过电压,就会导致电容器电解质分解,产生气体,增加内阻,缩短电容器的寿命。

当放电或充电时,电容的差异或稳定状态下的漏电流的差异将导致串联电容器不平衡。充电时,串联电容器将被分开,以便高容量电容器承受更大的电压应力。例如,如果两个1F电容串联,一个是+ 20%容量偏差,另一个是容量偏差为-20%,电容器分压如下:

Vcap1=Vsupply×[Ccap1 /(Ccap1 + Ccap2)]

其中Vcap1是一个容量偏差为+ 20%的电容,如果充电电压为5V

Vcap1=5V×[1.2 /(1.2 + 0.8)]=3V

从上式可以看出,如果有必要避免分压大于电容器3V的峰值电压,则电容容量误差必须在相同的趋势范围内,例如相同的+ 20%误差或者相同的-20%错误。此外,有源电压平衡电路可用于补偿由电容失配引起的电压不平衡。

被动电压平衡

无源电压平衡

无源电压平衡电路通过与电容器并联连接的电阻器对电压进行分压,这允许电流从相对高压的电容器流到相对低压的电容器。选择电阻器的电阻非常重要。通常,电阻器允许的电流大于电容器的预期漏电流。重要的是要记住泄漏电流通常随温度升高而增加。

无源平衡电路仅用于电容器不经常充电和放电的应用中,并且可以容忍由平衡电阻器引起的额外电流。建议选择平衡电阻值,使平衡电阻的电流大于电容漏电流的50倍。电阻值为3.3KΩ-22KΩ,具体取决于电容器的最高工作温度。虽然大多数平衡电路使用相对较高的平衡电阻,但当串联电容非常不匹配时,保护是不够的。

有效电压平衡

有源电压平衡

有源平衡电路强制串联节点处的电压与参考电压一致,无论电压如何不平衡,并且在确保精确的电压平衡的同时,有源平衡电路仅在电压耗尽时才在稳态下具有非常低的电流平衡。此时,产生相对大的电流。这些特性使有源平衡电路非常适合需要频繁充电和放电的应用。

反极性保护

反向电压保护

件下,它们是背压不导电的。用合适的齐纳齐纳二极管代替标准二极管可同时保护电容器过压。重要的是要注意二极管必须能够承受电源的峰值电流。

脉动电流

纹波电流

尽管超级电容器具有相对低的内部电阻,但其内部电阻相对于电解电容器相对较大,并且当应用于脉动电流时,可能导致电容器的内部发热。结果,电容器的内部电解质被分解,内部电阻增加,并且电容器的寿命缩短。为了确保电容器的使用寿命,最好确保在应用于脉动时电容器表面的温升不超过5°C。

超级电容器的寿命比二次电池长,但其使用寿命并非无限制。超级电容器的基本故障是增加内阻(ESR)和/或电容减小的形式。故障模式通常与用户的应用程序有关。长期过热(温度)过电压(电压)或频繁的高电流放电将导致电容器内阻增加或容量减小。在指定参数范围内使用超级电容器可以有效延长超级电容器的使用寿命。通常,超级电容器具有与普通电解电容器类似的结构。它们密封在铝制外壳中。几年后,电解液会逐渐变干。这与普通的电解电容相同,这会导致电容器的内阻。增加并完全禁用电容器。