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超级电容器容量怎么算

电容 | 发布时间:2018-06-20 | 人气: | #评论# | 本文关键字:超级电容器,容量
摘要:超级电容器简介: 超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,其容量可达几百至上千法。与传统电容器相比,它具有较大的容量、比能量或能力密度,较宽的工作温

超级电容器简介:超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,其容量可达几百至上千法。与传统电容器相比,它具有较大的容量、比能量或能力密度,较宽的工作温度范围和极长的使用寿命;而与蓄电池相比,它又具有较高的比功率,且对环境无污染。

  超级电容器的原理

  “双电层原理”是超级电容器的核心,这是由该装置的双电层结构决定的。超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压作用于普通电容器的两个极板时,装置存储电荷的原理是一样的,即正电极与正电荷对应、负电极与负电荷对应。而超级电容器除了这些功能外,若其受到电场作用则会在电解液、电极之间产生相反的电荷,此时正电荷、负电荷分别处于不同的接触面,这种条件下的负荷分布则属于“双电层”,原理如图1.因电容器结构组合上的改进,超级电容器的电容储存量极大。

  此外,如果超级电容器两极板间电势小于电解液的标准电位时,超级电容器则是正常的工作状态,相反则不正常。根据超级电容器原理,其在运用过程中并没有出现化学反应,仅仅是在物理性质上的变化,因而超级电容器的稳定性更加可靠。

  超级电容的结构原理

  超级电容器的特点

  与蓄电池和传统物理电容器相比,超级电容器的特点主要体现在:

  (1)功率密度高。可达102~104 W/kg,远高于蓄电池的功率密度水平。

  (2)循环寿命长。在几秒钟的高速深度充放电循环50万次至100万次后,超级电容器的特性变化很小,容量和内阻仅降低10%~20%。

  (3)工作温限宽。由于在低温状态下超级电容器中离子的吸附和脱附速度变化不大,因此其容量变化远小于蓄电池。商业化超级电容器的工作温度范围可达-40℃~+80℃。

  (4)免维护。超级电容器充放电效率高,对过充电和过放电有一定的承受能力,可稳定地反复充放电,在理论上是不需要进行维护的。

  (5)绿色环保。超级电容器在生产过程中不使用重金属和其他有害的化学物质,且自身寿命较长,因而是一种新型的绿色环保电源。

  超级电容器的主要参数

  1)寿命:超级电容器的内阻增加,则容量降低j在规定的参数范围内,它的有效使用时间是可以延长的,一般跟它的特点第4条所规定的有关。影响寿命的是活性干涸、内阻加大,存储电能能力下降至63.2%称为寿命终结。

  2)电压:超级电容器有一个推荐电压和一个最佳工作电压 如果使用电压高于推荐电压,将缩短电容器的寿命,但是电容器能连续长期工作在过高压状态下,电容器内部的活性炭将分解形成气体,有利存储电能,但不能超过推荐电压的1.3倍,否则将会因电压超高而损坏超级电容器。

  3)温度:超级电容器的正常操作温度是-40~70℃。温度与电压是影响超级电容器寿命的重要因素。温度每升高5℃,电容器的寿命将下降10%。在低温下,提高电容器的工作电压,电容器的内阻不会上升,可提高电容器的使用效率。

  4)放电:在脉冲充电技术里,电容内阻是重要因素;在小电流放电中,容量又是重要因素。

  5)充电:电容充电有多种方式,如恒流充电、恒压充电、脉冲充电等。在充电过程中,在电容回路串接一只电阻,将降低充电电流,提高电池的使用寿命。

  超级电容器容量怎么算

  超级电容器的主要功能

  与普通电容器相比,超级电容器在结构上进行了改进调整,且在原理上得到了优化。但在使用期间超级电容器与常规电容器的功能相近。新型电容装置的功能集中表现在:旁路、去耦、储能等方面,这些对于电路运行或存储电荷都有着明显的调控作用。具体功能如下:

  (1)旁路:超级电容器中的旁路电容可以定期储存电能,但其它元器件在运行中需要能量时,则能及时释放出电荷维持使用。旁路电容器的最大功能表现于稳压器电荷输出的均衡,避免了电荷传输混乱而引起电路故障,装置充电、放电的灵活性较强,如图2.

  旁路电容原理

  图2 旁路电容原理

  (2)去耦:去耦主要是针对电路内产生的“耦合”现象而言,耦合是由于电路中电流、电阻失去均衡而引起的一种“噪声”,不利于电路内部载荷的均衡布置。

  超级电容器使用之后,能有效地消除耦合现象,让电路中的各项指标参数维持在标准状态。

  (3)储能:无论是普通的电容器或者超级电容器,储存电荷或电能都是极为关键的性能。超级电容器的电荷储存容量更大,能满足更多电子元件的使用需求。

  超级电容器把存储的能量利用变换器引线传送至电源的输出端之后,经过优化处理能进一步强化电容的存储性能。

  超级电容器容量怎么算

  (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

  超级电容器容量怎么算

  超级电容器的应用

  目前,超级电容器凭借强大的储存容量及存储性能,在许多大中小型设备中得到了普遍运用,且涉及到的行业较为广泛。具体运用在:真空开关、仪器仪表、数码相机等微小电流供电的后备电源;太阳能产品以及小型充电产品的充电电池。

  由于超级电容器的功能优势显着,在使用时可适当添加辅助元件以优化电容器结构,从而进一步增强了超级电容器的结构性能。

  超级电容器使用的优缺点

  超级电容器在使用过程中并非每一个方面都是优越的,这就要求在运用超级电容器时能熟练掌握该装置的优缺点。受到制造技术的限制,我国在使用超级电容器时还存在安装、调试等方面的不足。不少设备因盲目使用超级电容器造成电路故障,影响了整个设备性能的发挥。作为电容器的新产品,

  超级电容器呈现出来的优点要显着大于缺点。

  (1)优点

  超级电容器是普通电容装置的升级,在对早期的电容器实施了多个方面的改良。主要优点在:

  ①电容量:早期使用的常规电容器,电容存储量较小,仅能满足小负荷的电路需求;而超级电容器的电容量级别可达到法拉级,能适合更复杂的电路运行需要。

  ②电路:超级电容器对电路结构的要求较低,不需要设置特殊的充电电路、控制放电电路,且电容器的使用时间不会受到过充、过放的影响。

  ③焊接:普通电容器无法进行焊接,在安装超级电容器时可根据需要进行焊接处理,防止了电池接触不良等现象的发生,提高了电容器元件的使用性能。

  (2)缺点

  通过对超级电容器的性能测试,笔者发现这种新型电容器也存在缺点。如:

  ①泄漏:超级电容器安装位置不合理,容易引起电解质泄漏等问题,破坏了电容器的结构性能。

  ②电路:超级电容器仅限于直流电路的使用,这是由于与铝电解电容器相比,超级电容器的内阻更大,不适合交流电路的运行要求。

  ③价格:由于超级电容器是新一代高科技产品,其刚刚推向市场时价格相对较高,增加了设备运行的成本投入。

责任编辑:超级电容器
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