圖：超級電容

超級電容工作原理和特點

超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)是(shi)一(yi)種(zhong)電(dian)容(rong)量(liang)很(hen)大(da)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)。電(dian)容(rong)器(qi)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)取(qu)決(jue)於(yu)電(dian)極(ji)間(jian)距(ju)離(li)和(he)電(dian)極(ji)表(biao)麵(mian)積(ji)
，為(wei)了(le)獲(huo)得(de)更(geng)大(da)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)，超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)縮(suo)小(xiao)電(dian)極(ji)間(jian)距(ju)離(li)、增加電極表麵積。

當兩極板間電勢低於電解液的氧化還原電極電位時，電解液界麵上電荷不會脫離電解液，超級電容器為正常工作狀態；若電容器兩端電壓超過電解液的氧化還原電極電位時，電解液將分解，為非正常狀態。隨著超級電容器放電，正、負(fu)極(ji)板(ban)上(shang)的(de)電(dian)荷(he)被(bei)外(wai)電(dian)路(lu)泄(xie)放(fang)，電(dian)解(jie)液(ye)界(jie)麵(mian)上(shang)的(de)電(dian)荷(he)響(xiang)應(ying)減(jian)少(shao)。不(bu)同(tong)於(yu)利(li)用(yong)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)
，超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)過(guo)程(cheng)是(shi)物(wu)理(li)過(guo)程(cheng)，沒(mei)有(you)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)。所(suo)采(cai)用(yong)材(cai)料(liao)安(an)全(quan)、無毒。

超級電容可以在數十秒到數分鍾內快速充電，充放電壽命很長，可達50萬次，或9萬小時；可以提供很高的放電電流，如2700F的超級電容器額定放電電流不低於950A，放電峰值電流可達1680A。蓄電池通常不能有如此高的放電電流
，否則壽命將大大縮短。

超級電容器可以在很寬的溫度範圍內正常工作(-40℃～+70℃)
；可以任意並聯使用來增加電容量，如采取均壓措施後，還可以串聯使用。

超級電容的選擇

henduoyonghudouyudaoxiangtongdewenti
，jiushizenyangjisuanyidingrongliangdechaojidianrongzaiyiyidingdianliufangdianshidefangdianshijian，huozhegenjufangdiandianliujifangdianshijian，zenmexuanzechaojidianrongderongliang

，xiamianwomengeichujiandandejisuangongsi，yonghugenjuzhegegongshi，jiukeyijiandandijinxingdianrongrongliang、放電電流
、放電時間的推算，十分地方便。

超級電容器的兩個主要應用：高功率脈衝應用和瞬時功率保持。高功率脈衝應用的特征：瞬時流向負載大電流
；瞬時功率保持應用的特征：要求持續向負載提供功率
，持續時間一般為幾秒或幾分鍾。瞬時功率保持的一個典型應用：斷電時磁盤驅動頭的複位。不同的應用對超電容的參數要求也是不同的。高功率脈衝應用是利用超電容較小的內阻(R)
，而瞬時功率保持是利用超電容大的靜電容量(C)。

下麵提供計算公式和應用實例：

1. C(F)： 超電容的標稱容量；
2. R(Ohms)：超電容的標稱內阻；
3. ESR(Ohms)：1KZ 下等效串聯電阻
；
4. Uwork(V)：在電路中的正常工作電壓
5. Umin(V)：要求器件工作的最小電壓；
6. t(s)： 在電路中要求的保持時間或脈衝應用中的脈衝持續時間；
7. I(A)： 負載電流；
8. Udrop(V)：在放電或大電流脈衝結束時，總的電壓降；
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瞬時功率保持應用

超電容容量的近似計算公式，該公式根據，保持所需能量=超電容減少能量。

保持期間所需能量=1/2I(Uwork+ Umin)t
；
超電容減少能量=1/2C(Uwork2 -Umin2)，
因而
，可得其容量(忽略由IR 引起的壓降)C=(Uwork+ Umin)t/(Uwork2 -Umin2)

如單片機應用係統中，應用超級電容作為後備電源，在掉電後需要用超級電容維持100mA的電流，持續時間為10s,單片機係統截止工作電壓為4.2V，那麼需要多大容量的超級電容能夠保證係統正常工作?

由以上公式可知：
工作起始電壓 Vwork=5V
；工作截止電壓 Vmin=4.2V
；工作時間 t=10s
；工作電源 I=0.1A所需電容容量為：
C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)
=(5+4.2)*0.1*10/(52 -4.22)
=1.25F

根據計算結果
，可以選擇5.5V 1.5F電容就可以滿足需要了。

超級電容的大功率特性應用

1、低溫啟動

在我國北方的冬季
，因氣溫過低
，以蓄電池作為啟動電源的重卡、坦克、裝甲車等經常難以啟動。在低溫環境下放電能力明顯下降
、內阻急劇增加會導致蓄電池低溫大電流放電性能及輸出功率降低
，造成車輛啟動困難(時間長)，甚至無法啟動

，影響正常的工作和軍事戰備。超級電容擁有在-40～+70℃溫度範圍內正常工作的特性，可以為低溫啟動提供優異的解決方案


，並可以起到保護蓄電池、延長蓄電池使用壽命的作用。

案例：我軍某型步兵戰車、俄e羅luo斯si陸lu軍jun的de坦tan克ke裝zhuang甲jia車che輛liang在zai嚴yan寒han環huan境jing中zhong啟qi動dong就jiu廣guang泛fan采cai用yong超chao級ji電dian容rong器qi應ying急ji啟qi動dong電dian源yuan係xi統tong，實shi現xian了le戰zhan車che在zai低di溫wen負fu四si十shi度du條tiao件jian下xia的de緊jin急ji啟qi動dong。

2、飛機啟動

目前軍用飛機(包含直升飛機)啟(qi)動(dong)用(yong)電(dian)源(yuan)車(che)主(zhu)要(yao)存(cun)在(zai)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)在(zai)某(mou)些(xie)衝(chong)擊(ji)或(huo)浪(lang)湧(yong)狀(zhuang)態(tai)下(xia)發(fa)電(dian)機(ji)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu)
，造(zao)成(cheng)發(fa)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)和(he)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)急(ji)速(su)下(xia)降(jiang)甚(shen)至(zhi)熄(xi)火(huo)。對(dui)於(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)啟(qi)動(dong)車(che)
，可(ke)直(zhi)接(jie)和(he)蓄(xu)電(dian)池(chi)並(bing)聯(lian)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)模(mo)組(zu)，以(yi)提(ti)供(gong)飛(fei)機(ji)發(fa)動(dong)機(ji)啟(qi)動(dong)瞬(shun)間(jian)所(suo)需(xu)的(de)大(da)電(dian)流(liu)
，提(ti)高(gao)啟(qi)動(dong)性(xing)能(neng)和(he)戰(zhan)時(shi)便(bian)攜(xie)機(ji)動(dong)性(xing)能(neng)，縮(suo)短(duan)啟(qi)動(dong)時(shi)間(jian)



，降(jiang)低(di)瞬(shun)間(jian)大(da)電(dian)流(liu)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)造(zao)成(cheng)的(de)損(sun)害(hai)。

案例：在5.12汶川地震搶險救災中，使用超級電容器作為直升機的啟動電源起到關鍵作用，獲得軍方的好評。

3、在近防武器中的應用

艦jian載zai和he陸lu基ji近jin程cheng高gao速su防fang空kong火huo炮pao係xi統tong使shi用yong的de是shi外wai掛gua電dian源yuan係xi統tong
，需xu要yao電dian池chi等deng儲chu能neng器qi件jian組zu成cheng儲chu能neng係xi統tong，但dan由you於yu火huo炮pao在zai射she擊ji過guo程cheng中zhong需xu要yao瞬shun時shi大da功gong率lv的de能neng量liang支zhi持chi，電dian池chi的de功gong率lv性xing能neng較jiao差cha，頻pin繁fan大da功gong率lv放fang電dian勢shi必bi使shi其qi壽shou命ming急ji劇ju衰shuai減jian
，同tong時shi電dian池chi還hai存cun在zai需xu定ding期qi進jin行xing維wei護hu、高(gao)低(di)溫(wen)性(xing)能(neng)差(cha)等(deng)一(yi)係(xi)列(lie)問(wen)題(ti)。超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)具(ju)有(you)比(bi)脈(mai)衝(chong)功(gong)率(lv)較(jiao)蓄(xu)電(dian)池(chi)高(gao)近(jin)十(shi)倍(bei)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)頻(pin)繁(fan)大(da)功(gong)率(lv)放(fang)電(dian)，免(mian)維(wei)護(hu)，高(gao)低(di)溫(wen)性(xing)能(neng)好(hao)及(ji)比(bi)容(rong)量(liang)高(gao)出(chu)普(pu)通(tong)電(dian)容(rong)器(qi)百(bai)倍(bei)以(yi)上(shang)等(deng)諸(zhu)多(duo)優(you)點(dian)
，使(shi)其(qi)可(ke)作(zuo)為(wei)替(ti)代(dai)電(dian)池(chi)的(de)性(xing)能(neng)優(you)異(yi)的(de)儲(chu)能(neng)器(qi)件(jian)。

4、在車輛加速、爬坡等情況中的應用

車che用yong蓄xu電dian池chi必bi須xu具ju有you一yi定ding的de容rong量liang來lai滿man足zu車che輛liang的de設she計ji需xu要yao，同tong時shi還hai必bi須xu具ju有you一yi定ding的de峰feng值zhi功gong率lv特te性xing來lai滿man足zu汽qi車che在zai加jia速su和he爬pa坡po等deng特te殊shu情qing況kuang下xia的de需xu求qiu。車che輛liang在zai行xing駛shi過guo程cheng中zhong由you於yu突tu然ran加jia速su、製動或爬坡、載zai重zhong等deng惡e劣lie條tiao件jian造zao成cheng的de高gao功gong率lv負fu載zai狀zhuang況kuang需xu要yao蓄xu電dian池chi來lai實shi現xian高gao功gong率lv放fang電dian，而er蓄xu電dian池chi的de高gao功gong率lv性xing能neng不bu足zu，即ji使shi能neng實shi現xian大da功gong率lv放fang電dian
，也ye對dui其qi壽shou命ming有you影ying響xiang，如ru果guo使shi用yong超chao級ji電dian容rong器qi與yu蓄xu電dian池chi並bing聯lian，發fa揮hui超chao級ji電dian容rong的de大da功gong率lv優you勢shi

，可ke以yi有you效xiao地di彌mi補bu電dian池chi功gong率lv不bu足zu的de問wen題ti。

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