如何選擇超級(jí)電容器型號(hào)，超級(jí)電容器的選購(gòu)技巧

超級(jí)電容器是一種性能介于常規(guī)電容器和二次電池之間的新型儲(chǔ)能元件，具有功率密度高、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)異性能。本文將詳細(xì)介紹超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)以及選購(gòu)超級(jí)電容器時(shí)需要考慮的參數(shù)和技巧。

超級(jí)電容器的選購(gòu)技巧

1、選購(gòu)需求

超級(jí)電容器的種類的型號(hào)有許多，想要選擇到合適且好用的產(chǎn)品，我們首先要明確自己的使用需求，由于不同的超級(jí)電容器會(huì)有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，所以我們應(yīng)該根據(jù)不同的使用場(chǎng)景和途徑來(lái)選擇適配的超級(jí)電容器，只有這樣才能更好地發(fā)揮它的作用，同時(shí)也收獲更佳的體驗(yàn)效果。

2、產(chǎn)品功率

超級(jí)電容器有不同的功率可供選擇，對(duì)于功率的選擇要根據(jù)我們實(shí)際使用情況來(lái)確定，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)不合適，如果大家自己不是很熟悉的話，可以和相關(guān)專業(yè)人員或者銷售廠家咨詢，他們都會(huì)給出合理的方案和建議。

3、廠家規(guī)模

在選擇超級(jí)電容器的時(shí)候也可以看一看廠家的規(guī)模，如果有條件也可以到實(shí)地進(jìn)行參觀考察。如今市面上的超級(jí)電容器廠家越來(lái)越多，其中也不乏有部分小作坊缺少正規(guī)的營(yíng)業(yè)資格，所以我們盡量選擇大廠家會(huì)更有保障。

4、售后服務(wù)

由于產(chǎn)品的特殊性，超級(jí)電容器并非購(gòu)買完成就萬(wàn)事大吉了，后續(xù)的使用和維護(hù)同樣重要，因此選擇超級(jí)電容器的時(shí)候也要注意廠家提供的售后服務(wù)。

5、產(chǎn)品價(jià)格

最后，我們也要關(guān)注產(chǎn)品價(jià)格，都說(shuō)一分錢一分貨，但也并不是越貴越好，我們?cè)谶x擇的時(shí)候結(jié)合自己的使用需求選擇高性價(jià)比的產(chǎn)品才更實(shí)惠。

選擇超級(jí)電容器大小要考慮的參數(shù)

電壓

超級(jí)電容器具有一個(gè)推薦的工作電壓或者最佳工作電壓，這個(gè)值是根據(jù)電容在最高設(shè)定溫度下最長(zhǎng)工作時(shí)間來(lái)確定的。如果應(yīng)用電壓高于推薦電壓，將縮短電容的壽命，如果過(guò)壓比較長(zhǎng)的時(shí)間，電容內(nèi)部的電解液將會(huì)分解形成氣體，當(dāng)氣體的壓力逐漸增強(qiáng)時(shí)，電容的安全孔將會(huì)破裂或者沖破。短時(shí)間的過(guò)壓對(duì)電容而言是可以容忍的。

極性

超級(jí)電容器采用對(duì)稱電極設(shè)計(jì)，也就說(shuō)，他們具有類似的結(jié)構(gòu)。當(dāng)電容首次裝配時(shí)，每一個(gè)電極都可以被當(dāng)成正極或者負(fù)極，一旦電容被第一次100%從滿電時(shí)，電容就會(huì)變成有極性了，每一個(gè)超級(jí)電容器的外殼上都有一個(gè)負(fù)極的標(biāo)志或者標(biāo)識(shí)。雖然它們可以被短路以使電壓降低到零伏，但電極依然保留很少一部分的電荷，此時(shí)變換極性是不推薦的。電容按照一個(gè)方向被充電的時(shí)間越長(zhǎng)，它們的極性就變得越強(qiáng)，如果一個(gè)電容長(zhǎng)時(shí)間按照一個(gè)方向充電后變換極性，那么電容的壽命將會(huì)被縮短。

溫度

超級(jí)電容器的正常操作溫度是-40℃～70℃，溫度與電壓的結(jié)合是影響超級(jí)電容器壽命的重要因素。通常情況下，超級(jí)電容器是溫度每升高10℃，電容的壽命就將降低30%～50%，也就說(shuō)，在可能的情況下，盡可以的降低超級(jí)電容器的使用溫度，以降低電容的衰減與內(nèi)阻的升高，如果不可能降低使用溫度，那么可以降低電壓以抵清高溫對(duì)電容的負(fù)面影響。比如，如果電容的工作電壓降低為1.8V，那么電容可以工作于65℃高溫下。如果在低于室溫的條件下使用超級(jí)電容器，那么可以使超級(jí)電容工作高于指定的電壓，而不會(huì)加快超級(jí)電容器內(nèi)部的退化并影響超級(jí)電容器的壽命，在低溫下提高超級(jí)電容的工作電壓，可有效地抵消超級(jí)電容低溫下內(nèi)阻的升高。在高溫情況下，電容內(nèi)阻會(huì)升高，此變化是永久的，不可逆轉(zhuǎn)的（電解液已分解），在低溫下，電容內(nèi)阻的升高是暫時(shí)現(xiàn)象，因?yàn)榈蜏叵?，電解液是黏輖性升高，降低了離子的運(yùn)動(dòng)速度。

放電

超級(jí)電容器放電時(shí)，會(huì)按照一條斜率曲線放電，當(dāng)一個(gè)應(yīng)用明確了電容的容量與內(nèi)阻要求后，最重要的就是需要了解電阻及電容量對(duì)放電特性的影響。在脈沖應(yīng)用中，電阻是最重要的因素，在小電流應(yīng)用中，容量又是重要的因素。計(jì)算公式如下：

V=I（R+t/C）

其中V是起始工作電壓與截止工作電壓之差，I是放電電流，R是電容是直流內(nèi)阻，t是放電時(shí)間，C是電容容量在脈沖應(yīng)用中，由于瞬間電流很大，為減少電壓跌落，選用低內(nèi)阻（ESR）的超級(jí)電容（R值），在小電流應(yīng)用中，為降低電壓跌落，需要選用大容量的超級(jí)電容（C值）。

充電

超級(jí)電容器具有多種充電形式，比如恒流、恒功率、恒壓等?；蛘吲c電源并列，比如電池、燃料電池、DC變換器等。如果一個(gè)電容與一個(gè)電池并聯(lián)，那么在電容回路中串聯(lián)一個(gè)電阻將降低電容的充電電流，并提高電池的使用壽命。如果串聯(lián)了電阻，那么要保證電容的電壓輸出是直接與負(fù)載連接，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)電阻，否則電容是低電阻特性將是無(wú)效。很多電池系統(tǒng)不允許瞬間大電流放電，否則會(huì)影響到電池的壽命。一只電容最大的推薦充電電流計(jì)算公式如下：

I=Vw/5R

其中I是推薦的最大充電電流，Vw是充電電壓，R是電容的直流內(nèi)阻。

電容持續(xù)采用大電流或者過(guò)壓充電。會(huì)引起電容發(fā)熱，過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致電容內(nèi)阻增加、電解液分解產(chǎn)生氣體、縮短壽命、漏電流增加或者電容破裂。

自放電與漏電流

自放電與自漏電本質(zhì)上是一樣的，針對(duì)超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于在電容內(nèi)部是正極和負(fù)極之間有一條高阻電流通道，這就是意味著在電容充電的時(shí)候，同時(shí)會(huì)有一個(gè)額外的附加電流，當(dāng)在充電是時(shí)候，我們可以將此電流當(dāng)成漏電流;當(dāng)移去充電電壓后，同時(shí)電容沒(méi)有連接負(fù)載，這個(gè)電流使電容處于放電狀態(tài)，此時(shí)我們將此電流看成自放電電流。

為了可靠地測(cè)量漏電流或者放電電流，電容必須被連續(xù)充電72小時(shí)以上，這同樣是由電容的結(jié)構(gòu)決定的。超級(jí)電容是模型可以當(dāng)成幾只不同的內(nèi)阻的超級(jí)電容的并聯(lián)，當(dāng)充電時(shí)，低內(nèi)阻的超級(jí)電容充電速度快，電壓很快上升至與充電電壓相等，當(dāng)充電電壓移去后，如果高內(nèi)阻的超級(jí)電容還沒(méi)有被充滿，低內(nèi)阻的超級(jí)電容開(kāi)始向并聯(lián)的高內(nèi)阻超級(jí)電容放電，這樣電容兩端的電壓下降就會(huì)比較快，給人的印象是電容具有比較大的自放電，必須注意的是：當(dāng)電容容量越大，電容被充滿所需的時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)。

電容串聯(lián)

單體超級(jí)電容器的電壓一般為2.5V或者2.7V，在許多應(yīng)用中，需要比較高的電壓，這樣可以使用串聯(lián)的方法來(lái)提高電容的電壓，必須注意，在串聯(lián)應(yīng)用中，每一個(gè)單體的電容都不能超過(guò)其最大的耐壓，一旦長(zhǎng)期過(guò)壓，將導(dǎo)致電容電解液分解、氣體產(chǎn)生、內(nèi)阻增加以及電容壽命縮短。

在放電或者充電時(shí)，電容容量的差異或者穩(wěn)定狀態(tài)下漏電流的差異，都將導(dǎo)致串聯(lián)電容分壓不平衡。在充電時(shí)，串聯(lián)的電容將進(jìn)行分壓，這樣高容量的電容將承受更大的電壓壓力。比如，如果兩個(gè)1F的電容進(jìn)行串聯(lián)，一只是+20%容量偏差，另一只是-20%容量偏差，電容分壓如下：

Vcap1=Vsupply×［Ccap1/（Ccap1+Ccap2）］

其中Vcap1是+20%容量偏差的電容如果充電電壓是5V

Vcap1=5V×［1.2/（1.2+0.8）］=3V

從上式可以看出，如果需要避免分壓大于電容的峰值電壓3V，那么電容容量誤差必須在同一個(gè)趨勢(shì)范圍內(nèi)，比如同為+20%誤差或者同為-20%誤差。另外也可以用主動(dòng)電壓平衡電路來(lái)彌補(bǔ)電容容量的不匹配造成的電壓不平衡。

被動(dòng)電壓平衡

被動(dòng)電壓平衡電路是采用與電容并聯(lián)的電阻進(jìn)行分壓，這就允許電流從電壓比較高的電容向電壓比較低的電容流動(dòng)，通過(guò)這種方式進(jìn)行電壓平衡。選擇電阻的阻值是非常重要的，通常要使電阻允許的電流大于電容預(yù)期的漏電流。需要記住的是，漏電流在溫度升高的時(shí)候通常會(huì)增大。

被動(dòng)平衡電路只有在不頻繁對(duì)電容進(jìn)行充放電的應(yīng)用中使用，同時(shí)能夠容忍平衡電阻引起的額外電流，建議選擇平衡電阻阻值時(shí)，使平衡電阻的電流大于電容漏電流50倍以上，（平衡電阻值為3.3KΩ-22KΩ，取決于電容的最高操作溫度），雖然大多數(shù)平衡電路都采用比較高的平衡電阻，但當(dāng)串聯(lián)的電容非常不匹配時(shí)，保護(hù)是不夠充分的。

主動(dòng)電壓平衡

主動(dòng)平衡電路強(qiáng)迫串聯(lián)節(jié)點(diǎn)的電壓與參考電壓相一致，不管電壓有多么的不平衡，同時(shí)在確保精確的電壓平衡時(shí)，主動(dòng)平衡電路在穩(wěn)定狀態(tài)下只有非常低的電流，只有當(dāng)電壓超出平衡范圍時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生比較大的電流，這些特性使主動(dòng)平衡電路非常適合于需要頻繁充放電的場(chǎng)合。

反極性保護(hù)

當(dāng)串聯(lián)使用的超級(jí)電容器被快速充電時(shí)，低容量的電壓有可能變成反極性，這是不允許的，同時(shí)會(huì)降低電容的使用壽命，一個(gè)簡(jiǎn)單的解決辦法就是在電容的兩端并聯(lián)一個(gè)二極管，正常情況下，它們是反壓不導(dǎo)通的。使用一個(gè)合適的齊納穩(wěn)壓二極管替換標(biāo)準(zhǔn)的二極管，能夠同時(shí)對(duì)電容過(guò)壓進(jìn)行保護(hù)。需要注意，二極管必須能夠承受電源的峰值電流。

脈動(dòng)電流

雖然超級(jí)電容器具有比較低的內(nèi)阻，對(duì)相對(duì)于電解電容而言，它的內(nèi)阻還是比較大，當(dāng)應(yīng)用于脈動(dòng)電流場(chǎng)合下，容易引起電容內(nèi)部發(fā)熱。從而導(dǎo)致電容內(nèi)部電解液分解、內(nèi)阻增加，并引起電容壽命縮短。為了保證電容的使用壽命，在應(yīng)用于脈動(dòng)場(chǎng)合時(shí)，最好保證電容表面的溫度上升不超過(guò)5℃。

超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)

1、體積小，儲(chǔ)電量大，適用范圍廣。

超級(jí)電容設(shè)計(jì)的非常緊湊，因此通常體積都非常小，一般僅為郵票大小，但小身材有大能量，儲(chǔ)電量十分驚人。

2、使用壽命長(zhǎng)。

超級(jí)電容的放電速度很慢，并且可以反復(fù)循環(huán)利用多達(dá)十萬(wàn)次以上，因此使用壽命極長(zhǎng)，當(dāng)用于一些終端產(chǎn)品中時(shí)，超級(jí)電容可以為產(chǎn)品的整個(gè)生命周期供電。此外，燃料電池或高能量電池如果與超級(jí)電容結(jié)合，也能提高功率和延長(zhǎng)使用壽命。

3、充電速度快。

超級(jí)電容器擁有極速充電功能，十分鐘左右即可充電至短路容量的90%;。

4、供電效能強(qiáng)。

超級(jí)電容器能夠在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量電能且支持能量循壞，能量高達(dá)普通電池的五倍以上。

5、綠色環(huán)保。

由于超級(jí)電容器生產(chǎn)所需的原材料為天然無(wú)污染材料，對(duì)自然環(huán)境非常友好，因此即使是制作過(guò)程中產(chǎn)生的垃圾廢物也是安全無(wú)害的。