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如何合理使用超级电容器


    超级电容器具有非常广泛的用途。与燃料电池等高能量密度物质相结合,超级电容器提供快速的能量释放,满足高功率的需求,从而使燃料电池可以仅作为能量源的使用。目前,超级电容器的能量密度可高达20kW/kg,并已经开始抢占传统电容器和电池之间的市场。 

    在要求高可靠性而对能量要求不高的应用中,可以用超级电容器来取代传统电池,也可以将超级电容器和电池结合起来,应用在对能量有要求很高的场合,而可以采用体积更小、更经济的电池。 

    超级电容器的ESR值很低,从而可以输出更大的电流,也可以快速的吸收大电流。同化学充电原理相比,超级电容器的工作原理使这种产品性能更稳定,因此,超级电容器的使用寿命会更长。对于像电动工具、玩具这种需要快速充电的设备来说,超级电容器无疑是最理想的电源。 

    一些产品适合采用电池、超级电容器的混合系统,超级电容器的使用可以避免为了获得更多能量而使用大体积的电池。如消费电子产品中的数码相机就是例子,超级电容器的使用使数码相机可以采用更便宜的碱性电池而不是使用昂贵的Li离子电池。 

    超级电容器单元cell的额定电压范围为2.5~2.7V,因此,很多应用中需要使用多个超级电容器单元。当串联这些单元时,设计工程师需要考虑单元间的平衡和充电情况。 

    任何超级电容器都会在通电情况下,通过内部并联电阻放电,这个放电电流称为漏电流,它影响超级电容器单元的自放电。同某些二级电池技术相似,超级电容器的电压在串联使用时也需要平衡,因为超级电容存在漏电流,内部并联电阻的大小决定串联的超级电容器单元上的电压分配。当超级电容器的电压稳定后,各个单元上的电压将随着漏电流不同而发生变化,而不是随着容值不同而变化。漏电流越大,额定电压就越小,反之,漏电流小,额定电压就高。这是因为,漏电流会造成超级电容器单元的放电,使电压降低,而这个电压会随后影响和它串联在一起的其他单元的电压,这里假定这些串连的单元都使用同一个恒定电压供电。 

     为了补偿漏电流变化,常采用的方法就是在每一个单元旁边并联一个电阻,去控制整个单元的漏电流。这种方法有效地降低了各单元之间的相应并联电阻的变化。 

    另一个推荐使用的方法是主动单元平衡法active cell-balancing,使用这种方法,每一个单元都会被主动的监视,当有电压变化时,即进行互相的平衡。这种方法可以降低单元上的任何额外负载,使工作效率大大提高。 
    如果电压超过单元额定电压,将会缩短单元使用寿命。对于高可靠性超级电容器来说,如何维持电压在要求范围内是关键的一点,必须控制充电电压,以保证它不能超过每个单元额定电压。