超级电容器与电池的比较.doc

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1、超级电容器与电池的比较　　超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。　　超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。　　超级电容器的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。　　超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。　　超

2、级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。　　超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。　　超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。如何选择超级电容器　　超级电容器的两个主要应用：高功率脉冲应用和瞬时功率保持。高功率脉冲应用的特征：瞬时流向负载大电流；瞬时功率保持应用的特征：要求持续向负载提供功率，持续时间一般为几秒或几分钟。瞬时功率保持的一个典型应用：断电时磁盘驱动头的复位。不同的应用对超电容的参数要求也是不同的。高功率脉冲应用是利用超电容较小的内阻(R)，而瞬时功率保持是利用超电容大的静电容量(C)。　　下面提供

3、了两种计算公式和应用实例：　　C(F)：超电容的标称容量；　　R(Ohms)：超电容的标称内阻；　　ESR(Ohms)：1KZ下等效***电阻；　　Uwork(V)：在电路中的正常工作电压　　Umin(V)：要求器件工作的最小电压；　　t(s)：在电路中要求的保持时间或脉冲应用中的脉冲持续时间；　　Udrop(V)：在放电或大电流脉冲结束时，总的电压降；　　I(A)：负载电流；　　瞬时功率保持应用　　超电容容量的近似计算公式，该公式根据，保持所需能量=超电容减少能量。　　保持期间所需能量=1/2I(Uwork+Umin)t；　　超电容减少能量=1/2C(Uwork2-Umin2)，　　因而

4、，可得其容量(忽略由IR引起的压降)C=(Uwork+Umin)t/(Uwork2-Umin2)　　实例：　　假设磁带驱动的工作电压5V，安全工作电压3V。如果直流马达要求0.5A保持2秒（可以安全工作），那么,根据上公式可得其容量至少为0.5F。　　因为5V的电压超过了单体电容器的标称工作电压。因而，可以将两电容器***。如两相同的电容器***的话，那每只的电压即是其标称电压2.5V。　　如果我们选择标称容量是1F的电容器，两串为0.5F。考虑到电容器－20％的容量偏差，这种选择不能提供足够的裕量。可以选择标称容量是1.5F的电容器，能提供1.5F/2=0.75F。考虑－20％的容量偏差

5、，最小值1.2F/2＝0.6F。这种超级电容器提供了充足的安全裕量。大电流脉冲后，磁带驱动转入小电流工作模式，用超电容剩余的能量。　　在该实例中，均压电路可以确保每只单体不超其额定电压。　　脉冲功率应用　　脉冲功率应用的特征：和瞬时大电流相对的较小的持续电流。脉冲功率应用的持续时间从1ms到几秒。　　设计分析假定脉冲期间超电容是唯一的能量提供者。在该实例中总的压降由两部分组成：由电容器内阻引起的瞬时电压降和电容器在脉冲结束时压降。关系如下：　　Udrop=I(R+t/C)　　上式表明电容器必须有较低的R和较高的C压降Udrop才小。　　对于多数脉冲功率应用，R的值比C更重要。以2.5V1.

6、5F为例。它的内阻Ｒ可以用直流ESR估计，标称是0.075Ohms(DCESR=ACESR*1.5＝0.060Ohms*1.5=0.090Ohms)。额定容量是1.5F。对于一个0.001s的脉冲，t/C小于0.001Ohms。即便是0.010的脉冲t/C也小于0.0067Ohms，显然R（0.090Ohms）决定了上式的Udrop输出。　　实例：　　GSM/GPRS无线调制解调器需要一每间隔4.6ms达2A的电流，该电流持续0.6ms。这种调制解调器现用在笔记本电脑的PCMCIA卡上。笔记本的和PCMCIA连接的限制输出电压3.3V+/-0.3V笔记本提供1A的电流。许多功率放大器（PA

7、）要求3.0V的最小电压。对于笔记本电脑输出3.0V的电压是可能的。到功率放大器的电压必须先升到3.6V。在3.6V的工作电压下（最小3.0V），允许的压降是0.6V。　　选择超级电容器（C：0.15F,ACESR：0.200Ohms,DCESR：0.250Ohms）。对于2A脉冲，电池提供大约1A，超电容提供剩余的1A。根据上面的公式，由内阻引起的压降：1A×0.25Ohms=0.25V。I(t/C)=0.04V它和由