超級(jí)電容器作為與蓄電池相提并論的儲(chǔ)能器件，最顯著的特性是功率密度高，容量大，可快速充電，大電流放電，可充放電次數(shù)多（50萬次），安全，環(huán)保。缺點(diǎn)是體積大，能量密度低，自放電率高，單體耐壓低。而且跟蓄電池相比，與其它電容相同，放電過程中它的電壓是持續(xù)下降的?；谝陨咸攸c(diǎn)，超級(jí)電容器不適合作為主要能量存儲(chǔ)單元，而是在能量回收系統(tǒng)，改善啟動(dòng)性能方面廣泛應(yīng)用。??電容器的充電有兩種方式：固定電阻和固定電流方式。固定電阻方式比較簡單，但在電阻上的損失功率比較大，而且充電慢，一般在預(yù)充電（per-charge）時(shí)用。固定電流充電，跟鋰電池的充電類似，但充電電流可以大得多。根據(jù)超級(jí)電容器的特性，它的主要應(yīng)用之一就是與動(dòng)力電池并聯(lián)，在負(fù)載突然增大時(shí)提供大電流。

電機(jī)正常工作時(shí)由鋰電池組提供電流，這個(gè)額定電流由電池的特性決定。同時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)通過充電電路，由電池向超級(jí)電容器充電。

當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)，或者負(fù)載突然增加時(shí)，這時(shí)電機(jī)需要的電流是額定電流的幾倍。而對(duì)于電池來講，突然提供一個(gè)很大的電流將會(huì)使電池電壓迅速降低，從而電機(jī)的性能不能達(dá)到正常水平。

如果如上圖所示并聯(lián)了超級(jí)電容器，那么這個(gè)突然增加的電流可以由電容器提供。這樣，電池兩端電壓變化，電池流出的電流變化都會(huì)大大減小，不僅對(duì)改善電機(jī)的性能有很大幫助，對(duì)于電池壽命的影響也大大減小。

下面兩張圖是汽車啟動(dòng)時(shí)，電池端并聯(lián)超級(jí)電容器前后電池電壓和電流的比較?？梢悦黠@的看出，有了超級(jí)電容器，電池的瞬間輸出功率顯著增加。

作為鋰電池，能夠提供的瞬間電流跟鉛蓄電池相比要小得多，所以在以鋰電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車或者混合動(dòng)力車上，配合超級(jí)電容器使用應(yīng)該是不錯(cuò)的選擇。至于選擇的容量，需要根據(jù)電池，電機(jī)的功率來計(jì)算，并且要經(jīng)過在各種情況下的試驗(yàn)之后才能確定。畢竟這東西，容量小了達(dá)不到理想效果，容量大了，浪費(fèi)錢。

使用超級(jí)電容器有效提供高功率脈沖輸出的主要擔(dān)當(dāng)，動(dòng)力電池的壽命自然更長，就更容易用輸出功率稍差一點(diǎn)的電池成功完成使用的目的。

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超級(jí)電容器簡介

超級(jí)電容器是近幾年才發(fā)展起來的一種專門用于儲(chǔ)能的特種電容器，有著法拉級(jí)的超大電容量，比傳統(tǒng)的電解電容器的積能密度高上百倍，漏電流小近千倍，它的放電比功率較蓄電池高近十倍，不需要任何維護(hù)和保養(yǎng)，壽命長達(dá)十年以上，是一種理想的大功率物理二次電源，已成功的用作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電源；電動(dòng)車的起步、加速、爬坡電源；高壓開關(guān)的分合閘操作電源及用于電傳動(dòng)裝甲車和大型充磁設(shè)備中。

目前我國已成功開發(fā)、生產(chǎn)出此類電容器。其系列技術(shù)指標(biāo)為：電容量：0.2F-600F，工作電壓：14V-400V，最大電流400A-2000A。

我國六十~八十年代建設(shè)的35KV變電站及10KV開關(guān)站，絕大多數(shù)高壓開關(guān)（斷路器）操動(dòng)機(jī)構(gòu)是CDX型電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。在這些站的配電室中專門配有相應(yīng)的直流系統(tǒng)，作為分、合閘操作、控制、保護(hù)用的直流電源。這些直流電源設(shè)備，主要是電容儲(chǔ)能式硅整流分合閘裝置和部分由蓄電池組構(gòu)成的直流屏。

由于電容儲(chǔ)能式硅整流分、合閘裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護(hù)量小的特點(diǎn)，因此在當(dāng)時(shí)的這些末端站得到了廣泛的應(yīng)用，但是這些裝置在實(shí)際使用中暴露出一個(gè)致命的令用戶不可容忍的缺陷：事故分閘的可靠性差，其原因是使用的儲(chǔ)能電解電容器組的容量有限（只有幾千個(gè)微法），漏電流較大。有限的儲(chǔ)能及停電后較大的漏電，使其無法在任何情況下保證事故分閘所需要的能量，由此造成的嚴(yán)重事故時(shí)有發(fā)生。不得已有些用戶將其換成小容量的蓄電池組，其目的就是為了能保障分閘的能量，然而先拋開蓄電池組價(jià)格昂貴、壽命有限不說，單就從必須按規(guī)定對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)才能正常工作這一點(diǎn)來說，就是讓人頭疼的問題，因?yàn)檫@里的蓄電池組不承擔(dān)合閘任務(wù)，長時(shí)間處于備用狀態(tài)，有些問題（如單個(gè)電池不良，記憶效應(yīng)）不象蓄電池組直流屏那樣從合閘操作中發(fā)現(xiàn)，這就要求工作人員主動(dòng)定期的對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，由于工作量大，實(shí)際上這些工作在現(xiàn)場很難做到百分之百落實(shí)，甚至有些工作人員編造工作記錄蒙哄過關(guān)，因此蓄電池組的內(nèi)部狀態(tài)是否時(shí)刻正常已很難保證，比如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池組中有問題的蓄電池進(jìn)行更換，以及不定期消除鎘鎳電池的記憶效應(yīng)。一旦供電線路出現(xiàn)事故需迅速分閘時(shí)，就有可能提供不了足夠的能量，有可能造成更大的事故。這些現(xiàn)象在有些站特別是大行業(yè)的用戶站，已不止一次發(fā)生過。

由蓄電池組成的直流屏，能存儲(chǔ)很大的電能而實(shí)現(xiàn)停電后的長時(shí)間的直流供給，在一些重要站（如110KV及以上級(jí)別的變電站）這是必要的功能，然而象有些不重要的末端站及用戶站，實(shí)際上并不需要停電后長時(shí)間的直流供給?？紤]到要保證事故分閘的可靠性而使用了這樣的設(shè)備，然而帶來的卻是很高的運(yùn)營成本。經(jīng)常的維護(hù)保養(yǎng)以及不長的使用壽命。另外故障率也因其電池的多節(jié)串聯(lián)而增加（任何一節(jié)電池有問題，都將影響整個(gè)蓄電池組的照常工作。

對(duì)上述設(shè)備不盡如人意的問題，人們迫切希望有較好的辦法來解決，超級(jí)電容器的出現(xiàn)及其具備的優(yōu)良性能為解決這一問題帶來了希望。

超級(jí)電容器的應(yīng)用方案之一

本方案適用于在用電容儲(chǔ)能（或已更換蓄電池組）式硅整流分合閘裝置。在原電路上改造的電路原理如圖一所示：其中圖中虛線框內(nèi)所包含的線路圖右上角打叉的為改造要去掉的電解電容器組或蓄電池組。圖中虛線框內(nèi)所包含的線路圖右上角打勾為為需加入的超級(jí)電容器及電路，每只超級(jí)電容器參數(shù)為0.85F/280V，（85萬微法）兩只超級(jí)電容器采用同時(shí)工作，互為熱備的工作方式。R1R2為充電限流電阻，根據(jù)所需充電速度的大小可選擇500W或1000W鹵鎢燈（或100W~200W白熾燈）其冷態(tài)電阻較熱態(tài)電阻小5~6倍，比較適合電容器電壓建立后宜減小限流電阻的要求。這一方案的優(yōu)勢(shì)為：

1.在保留了原設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護(hù)量小的特點(diǎn)的同時(shí)，保證了分閘能量供應(yīng)的絕對(duì)可靠，這是因?yàn)槌?jí)電容器的儲(chǔ)能較原電解電容器組大了幾百倍，在停電后可保證數(shù)百次的分閘，安全余量非常大。

2.極小的漏電使其荷電保持能力非常強(qiáng)，停電數(shù)天后應(yīng)有上百次的分閘能力。

3.一旦其中一只電容出現(xiàn)問題不會(huì)影響另一只的獨(dú)立工作，其檢查功能，在不影響另一只正常投入工作的情況下可在例行的檢查中發(fā)現(xiàn)故障超級(jí)電容而更換掉。

超級(jí)電容應(yīng)用方案之二

本方案主要適用于生產(chǎn)廠改型的電容儲(chǔ)能式分合閘裝置。本方案是將原電容儲(chǔ)能式分合閘裝置的大功率合閘整流電源部分換成小功率電源，只供超級(jí)電容器充電和一些經(jīng)常負(fù)荷，去掉原裝置中的電壓補(bǔ)償電解電容器組，由超級(jí)電容器負(fù)責(zé)高壓開關(guān)的合閘及事故失電分閘。在這里合閘一次電壓只降低3V左右，而這一電壓降將很快被充電補(bǔ)充，適合連續(xù)合閘，這一方案的成本將低于原電容儲(chǔ)能式硅整流分合閘裝置，有著同方案一同樣的優(yōu)勢(shì)，還可以在停電后有數(shù)分鐘的經(jīng)常負(fù)荷供電能力，較原裝置是一個(gè)進(jìn)步。C1、C2、R1、R2的選擇同方案一。L、R的作用是只允許經(jīng)常負(fù)荷電流通過，抑制合閘沖擊電流的通過。

超級(jí)電容器應(yīng)用方案之三

本方案適用于在不重要的末端站（不需要停電后長時(shí)間的直流電供給）使用了由蓄電池組組成的直流屏的改造，其中圖中虛線框內(nèi)所包含的線路圖右上角打叉的部分為改造要去掉的部分。圖中虛線框內(nèi)所包含的線路圖右上角打勾的部分為改造要加入的部分。本方案的功能同方案二，由于舍去了蓄電池組，從而大幅度降低了使用成本，減小了維修保護(hù)量，電源壽命延長，同時(shí)由于電容充電很快，因此不像蓄電池組那樣，停電分閘后，怕虧電。R1R2的選擇同方案一。

超級(jí)電容器應(yīng)用方案四

本方案是設(shè)計(jì)一種新型的直流屏。我們知道蓄電池組容量的選擇必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：第一是滿足沖擊負(fù)荷最大放電電流合閘要求。第二是滿足經(jīng)常負(fù)荷電流下的時(shí)間要求：當(dāng)根據(jù)沖擊負(fù)荷最大電流選擇的電池容量（安時(shí)數(shù)）大于經(jīng)常負(fù)荷的容量要求時(shí)，就可以將超級(jí)電容器與蓄電池組組成復(fù)合電源，由超級(jí)電容器承擔(dān)沖擊負(fù)荷，由蓄電池承擔(dān)經(jīng)常負(fù)荷，蓄電池組的容量就按經(jīng)常負(fù)荷的要求選小些，這樣既降低了成本、減小了維護(hù)量，同時(shí)又使蓄電池組免受大電流的沖擊而延長使用壽命。這種復(fù)合電源的原理如圖四所示：L、R的作用同方案二，R1的選擇同方案一。

另外，也可將具有（超）高倍率放電能力的鎘鎳蓄電池?fù)Q成同等容量的免維護(hù)鉛酸蓄電池，按圖四與超級(jí)電容器組成復(fù)合電源，這樣既保留了蓄電池體積小的特點(diǎn)，又大幅度降低了蓄電池的成本，獲得了與使用鎘鎳蓄電池同樣的效能。

超級(jí)電容器在稅控機(jī)、稅控收款機(jī)上的應(yīng)用

稅務(wù)部門推廣使用稅控裝置，運(yùn)用國際先進(jìn)的監(jiān)控手段堵塞發(fā)票漏洞，相當(dāng)于給每一臺(tái)稅控裝置裝上了類似飛機(jī)的“黑匣子”，能儲(chǔ)存企業(yè)近期的經(jīng)營信息、***的情況等，于是出現(xiàn)了一系列的稅控產(chǎn)品，如稅控收款機(jī)、IC卡稅控加油機(jī)。

此類稅控裝置都應(yīng)該具有斷電保護(hù)功能，即當(dāng)出現(xiàn)突然斷電時(shí)，仍能將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并能進(jìn)行短時(shí)間IC讀寫卡的操作過程，這時(shí)需要有后備電源作保護(hù)。一般常用的方法是利用蓄電池進(jìn)行供電，但存在某些弊端，如下表。超級(jí)電容器又叫法拉電容，是一種新型的儲(chǔ)能元件，其特性介于電池及普通電容器之間，可以作為稅控裝置可靠的后備電源。

在斷電時(shí)，由超級(jí)電容器為控制電路提供能量，CPU可在短時(shí)間執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程，讀寫完成后，電容器再提供瞬間脈沖電流（幾A），將IC卡彈出。

超級(jí)電容器在太陽能光伏產(chǎn)品上的應(yīng)用

◆LED：高亮發(fā)光二極管

◆R1，R2：限制電阻

◆C：陶瓷電容

◆D1：普通二極管

◆K：受控開關(guān)

◆工作過程簡述如下：

當(dāng)白天光線較強(qiáng)時(shí)，光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為

電信號(hào)通過二極管給超級(jí)電容器充電，受控開關(guān)

K處于斷開，LED不亮；夜間光線弱時(shí)，光電轉(zhuǎn)

換器停止向超級(jí)電容器充電受控開關(guān)K導(dǎo)通，超

級(jí)電容器開始向LED放電，直至光電轉(zhuǎn)換器再次

工作。

◆超級(jí)電容器充放電時(shí)間計(jì)算方法

一般應(yīng)用在太陽能指示燈上時(shí),LED都采用閃爍發(fā)

光,例如采用一顆LED且控制每秒閃爍放電持續(xù)時(shí)間為0.05秒,對(duì)超級(jí)電容器充電電流100mA,LED放電電流為15mA.

下面以2.5V50F在太陽能交通指示燈上的應(yīng)用為例,超級(jí)電容器充電時(shí)間計(jì)算如下：

C×dv=I×t

C:電容器額定容量；

V：電容器工作電壓；

I：電容器充電；

t:電容器充電時(shí)間

故2.5V50F超級(jí)電容器充電時(shí)間為：

t=(C×dv)/I

=(50×2.5)/0.1

=1250s

超級(jí)電容器放電時(shí)間為：

C×dv-I×C×R=I×t

C:電容器額定容量；

V：電容器工作電壓；

I：電容器放電電流；

t:電容器放電時(shí)間；

R：電容器內(nèi)阻

則2.5V50F超級(jí)電容器從2.5V放到0.9V放電時(shí)間為：

t=C×(dv/I-R)

=50×[（2.5-0.9）/0.015-0.02]

=5332s

應(yīng)用在LED上工作時(shí)間為5332/0.05=106640s=29.62小時(shí)