一文看懂什么是超级电容以及如何选择合适的超级电容器

关键字：应用 电源 

【引言】在储能产品百花齐放的今天，具有超大功率、超大电流、超宽工作范围、超高安全性、超长寿命等储能特点的超级电容（法拉级电容）单独使用，以及与其他储能产品的复合使用成为主流。对于使用者而言，选择适合的超级电容至关重要。

1. 超级电容的特性

让我们从功率特性、储能特性、环境特性和安全特性等方面了解下。

超级电容首先是个电容，电容做到法拉级是前所未有的事情。“超级”二字，即与一般的电容相比，其具有超大电能量存储能力，而同时它还保留了超强的功率特性。这为某些应用——快充快放、快充慢放（长放电时间）、慢充快放提供了机会。

此外，超级电容还具备其他一些独特的储能优势：

——环境：超级电容器的工作温度为-40℃~70℃，基本满足大部分环境要求；

——安全：针刺、挤压、振动、冲击、燃烧等都不会爆炸；

——寿命：充放电可达1百万以上循环，一般应用10年以上不成问题。

2.哪些情景会应用到超级电容器？

如果你需要一个器件，具有大功率特性，还需一定能量驱动用电器，长期免维护，在宽的温度范围内使用，特别是零下三四十度对安全性要求比较严格的场合，是时候选择一款合适的超级电容。

——瞬间大功率，如无人机弹射装置；

——短时间电流供给，如警用手电筒；

——频繁加速（下行）减速（上行）的工况，如制动能量回收装置；

——极端严寒天气或电池失效状态下的柴油车辆发动；

——风力发电、太阳能光热发电、核能等发电端的备用电源；

——各类长寿命、 高可靠、免维护、高功率密度备用电源；

3. 选择超级电容器前应该知道的信息 

那么什么样的超级电容器能够满足你的需求？超级电容有哪些至关重要的参数呢？以集星科技的超级电容产品体系来进行说明。其主要参数有电压(V)、容量(F)和额定电流（A）。

 

超级电容具体应用中的功率要求、放电时间及系统电压变化对器件选择起决定作用。简单来说，两类参数是必须明确: 1)工作电压范围；2）功率输出值或者持续多长时间的电流输出。

4. 如何计算所需超级电容器容量

（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

5. 其他产品选择的建议

（1）高电压系列产品在多数情况下具有优势

多家公司推出的2.85V和3.0V产品，那么高电压产品有哪些优势？

——寿命指数（1,000,000循环寿命）不变，相同体积下，比功率和比能量提升。

——功率和能量不变的情况下，减少单体数量，降低整体系统重量，实现系统优化设计。

 

（2）满足特殊需求

若遇特殊应用需求，单纯的电压值参考意义并不大。例如65℃以上高温，2.5V系列产品不失为一个好选择。需要注意的是，同所有电化学元器件一样，环境温度会极大影响超级电容器的寿命，高温环境下每降低10℃，寿命将增加一倍。

本文未对超级电容的结构和电极材料进行说明，因非量化的参数对超级电容的实际选择意义并不大。需要注意的是，目前尚无万能的储能元器件，多种储能器件复合使用成为较佳选择。同样超级电容利用其他储能器件来发扬自己的优点，扬长避短，也正在成为主流。