超級電容器簡介
超級電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置，其容量可達(dá)幾百至上千法。與傳統(tǒng)電容器相比，它具有較大的容量、比能量或能力密度，較寬的工作溫度范圍和極長的使用壽命；而與蓄電池相比，它又具有較高的比功率，且對環(huán)境無污染。
超級電容器的原理
“雙電層原理”是超級電容器的核心，這是由該裝置的雙電層結(jié)構(gòu)決定的。超級電容器是利用雙電層原理的電容器。當(dāng)外加電壓作用于普通電容器的兩個(gè)極板時(shí)，裝置存儲電荷的原理是一樣的，即正電極與正電荷對應(yīng)、負(fù)電極與負(fù)電荷對應(yīng)。而超級電容器除了這些功能外，若其受到電場作用則會在電解液、電極之間產(chǎn)生相反的電荷，此時(shí)正電荷、負(fù)電荷分別處于不同的接觸面，這種條件下的負(fù)荷分布則屬于“雙電層”，原理如圖1.因電容器結(jié)構(gòu)組合上的改進(jìn)，超級電容器的電容儲存量極大。
此外，如果超級電容器兩極板間電勢小于電解液的標(biāo)準(zhǔn)電位時(shí)，超級電容器則是正常的工作狀態(tài)，相反則不正常。根據(jù)超級電容器原理，其在運(yùn)用過程中并沒有出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，僅僅是在物理性質(zhì)上的變化，因而超級電容器的穩(wěn)定性更加可靠。
超級電容器的特點(diǎn)
與蓄電池和傳統(tǒng)物理電容器相比，超級電容器的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：
?。?）功率密度高?？蛇_(dá)102～104 W/kg，遠(yuǎn)高于蓄電池的功率密度水平。
?。?）循環(huán)壽命長。在幾秒鐘的高速深度充放電循環(huán)50萬次至100萬次后，超級電容器的特性變化很小，容量和內(nèi)阻僅降低10%～20%。
?。?）工作溫限寬。由于在低溫狀態(tài)下超級電容器中離子的吸附和脫附速度變化不大，因此其容量變化遠(yuǎn)小于蓄電池。商業(yè)化超級電容器的工作溫度范圍可達(dá)-40℃～+80℃。
?。?）免維護(hù)。超級電容器充放電效率高，對過充電和過放電有一定的承受能力，可穩(wěn)定地反復(fù)充放電，在理論上是不需要進(jìn)行維護(hù)的。
?。?）綠色環(huán)保。超級電容器在生產(chǎn)過程中不使用重金屬和其他有害的化學(xué)物質(zhì)，且自身壽命較長，因而是一種新型的綠色環(huán)保電源。
超級電容器的主要參數(shù)
1）壽命：超級電容器的內(nèi)阻增加，則容量降低j在規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)，它的有效使用時(shí)間是可以延長的，一般跟它的特點(diǎn)第4條所規(guī)定的有關(guān)。影響壽命的是活性干涸、內(nèi)阻加大，存儲電能能力下降至63.2%稱為壽命終結(jié)。
2）電壓：超級電容器有一個(gè)推薦電壓和一個(gè)最佳工作電壓 如果使用電壓高于推薦電壓，將縮短電容器的壽命，但是電容器能連續(xù)長期工作在過高壓狀態(tài)下，電容器內(nèi)部的活性炭將分解形成氣體，有利存儲電能，但不能超過推薦電壓的1.3倍，否則將會因電壓超高而損壞超級電容器。
3）溫度：超級電容器的正常操作溫度是-40~70℃。溫度與電壓是影響超級電容器壽命的重要因素。溫度每升高5℃，電容器的壽命將下降10%。在低溫下，提高電容器的工作電壓，電容器的內(nèi)阻不會上升，可提高電容器的使用效率。
4）放電：在脈沖充電技術(shù)里，電容內(nèi)阻是重要因素；在小電流放電中，容量又是重要因素。
5）充電：電容充電有多種方式，如恒流充電、恒壓充電、脈沖充電等。在充電過程中，在電容回路串接一只電阻，將降低充電電流，提高電池的使用壽命。
超級電容器的主要功能
與普通電容器相比，超級電容器在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)調(diào)整，且在原理上得到了優(yōu)化。但在使用期間超級電容器與常規(guī)電容器的功能相近。新型電容裝置的功能集中表現(xiàn)在：旁路、去耦、儲能等方面，這些對于電路運(yùn)行或存儲電荷都有著明顯的調(diào)控作用。具體功能如下：
?。?）旁路：超級電容器中的旁路電容可以定期儲存電能，但其它元器件在運(yùn)行中需要能量時(shí)，則能及時(shí)釋放出電荷維持使用。旁路電容器的最大功能表現(xiàn)于穩(wěn)壓器電荷輸出的均衡，避免了電荷傳輸混亂而引起電路故障，裝置充電、放電的靈活性較強(qiáng)，如圖2.
圖2 旁路電容原理
?。?）去耦：去耦主要是針對電路內(nèi)產(chǎn)生的“耦合”現(xiàn)象而言，耦合是由于電路中電流、電阻失去均衡而引起的一種“噪聲”，不利于電路內(nèi)部載荷的均衡布置。
超級電容器使用之后，能有效地消除耦合現(xiàn)象，讓電路中的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)維持在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
（3）儲能：無論是普通的電容器或者超級電容器，儲存電荷或電能都是極為關(guān)鍵的性能。超級電容器的電荷儲存容量更大，能滿足更多電子元件的使用需求。
超級電容器把存儲的能量利用變換器引線傳送至電源的輸出端之后，經(jīng)過優(yōu)化處理能進(jìn)一步強(qiáng)化電容的存儲性能。
超級電容器容量怎么算
（1） 恒電流，即超級電容工況中的電流和持續(xù)時(shí)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(shí)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(chǎn)品即可。
?。?） 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(xù)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(tǒng)）能夠滿足此需求。
如計(jì)算后的電容容量不在單體范圍內(nèi)，可將多個(gè)超級電容器串并聯(lián)組成模組，以滿足客戶具體所需。
多電容器并聯(lián)計(jì)算公式：C=C1 C2 C3 … Cn
多電容器串聯(lián)計(jì)算公式：1/C=1/C1 1/C2 … 1/Cn
超級電容器的應(yīng)用
目前，超級電容器憑借強(qiáng)大的儲存容量及存儲性能，在許多大中小型設(shè)備中得到了普遍運(yùn)用，且涉及到的行業(yè)較為廣泛。具體運(yùn)用在：真空開關(guān)、儀器儀表、數(shù)碼相機(jī)等微小電流供電的后備電源；太陽能產(chǎn)品以及小型充電產(chǎn)品的充電電池。
由于超級電容器的功能優(yōu)勢顯著，在使用時(shí)可適當(dāng)添加輔助元件以優(yōu)化電容器結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了超級電容器的結(jié)構(gòu)性能。
超級電容器使用的優(yōu)缺點(diǎn)
超級電容器在使用過程中并非每一個(gè)方面都是優(yōu)越的，這就要求在運(yùn)用超級電容器時(shí)能熟練掌握該裝置的優(yōu)缺點(diǎn)。受到制造技術(shù)的限制，我國在使用超級電容器時(shí)還存在安裝、調(diào)試等方面的不足。不少設(shè)備因盲目使用超級電容器造成電路故障，影響了整個(gè)設(shè)備性能的發(fā)揮。作為電容器的新產(chǎn)品，
超級電容器呈現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)要顯著大于缺點(diǎn)。
?。?）優(yōu)點(diǎn)
超級電容器是普通電容裝置的升級，在對早期的電容器實(shí)施了多個(gè)方面的改良。主要優(yōu)點(diǎn)在：
?、匐娙萘浚涸缙谑褂玫某Ｒ?guī)電容器，電容存儲量較小，僅能滿足小負(fù)荷的電路需求；而超級電容器的電容量級別可達(dá)到法拉級，能適合更復(fù)雜的電路運(yùn)行需要。
②電路：超級電容器對電路結(jié)構(gòu)的要求較低，不需要設(shè)置特殊的充電電路、控制放電電路，且電容器的使用時(shí)間不會受到過充、過放的影響。
?、酆附樱浩胀娙萜鳠o法進(jìn)行焊接，在安裝超級電容器時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行焊接處理，防止了電池接觸不良等現(xiàn)象的發(fā)生，提高了電容器元件的使用性能。
?。?）缺點(diǎn)
通過對超級電容器的性能測試，筆者發(fā)現(xiàn)這種新型電容器也存在缺點(diǎn)。如：
?、傩孤撼夒娙萜靼惭b位置不合理，容易引起電解質(zhì)泄漏等問題，破壞了電容器的結(jié)構(gòu)性能。
②電路：超級電容器僅限于直流電路的使用，這是由于與鋁電解電容器相比，超級電容器的內(nèi)阻更大，不適合交流電路的運(yùn)行要求。
?、蹆r(jià)格：由于超級電容器是新一代高科技產(chǎn)品，其剛剛推向市場時(shí)價(jià)格相對較高，增加了設(shè)備運(yùn)行的成本投入。