超级电容

超级电容是近几年才批量生产的一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子（而不依靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。

超级电容的特性

一、超级电容器特性：
a. 体积小，容量大，电容量比同体积电解电容容量大30~40倍；
b. 充电速度快，10秒内达到额定容量的95%；
c. 充放电能力强；
d. 失效开路，过电压不击穿，安全可靠；
e. 超长寿命，可长达40万小时以上；
f. 充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，真正免维护；
g. 电压类型：2.7v---12.0v
h. 容量范围：0.1F--1000F

二、超级电容与电池比较，有如下特性：
a.超低串联等效电阻（LOW ESR），功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上）。
b. 超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。
c. 可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应。
d. 免维护，可密封。
e.温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃。

由此看来，用超级电容储能来驱动电动车，可以从根本上解决铅酸电池制约电动车发展的瓶颈，从某些方面说，比飞轮电池更胜一筹。

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超级电容器是一种具有超级储电能力，可提供强大的脉冲功率的物理二次电源。它是根据电化学双电层理论研制而成的，所以又称双电层电容器。
　　其基本原理为：当向电极充电时，处于理想极化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使这些离子附于电极表面上形成双电荷层，构成双电层电容。由于两电荷层的距离非常小（一般0.5mm以下），再加之采用特殊电极结构，使电极表面积成万倍的增加，从而产生极大的电容量。
　　超级电容器的问世实现了电容量由微法级向法拉级的飞跃，彻底改变了人们对电容器的传统印象。目前，我公司超级电容器已形成系列产品，实现电容量0.5-1000F，工们电压12-400V，最大放电电流400-2000A。

性能特点：
1. 具有法拉级的超大电容量；
2. 比脉冲功率比蓄电池高近十倍；
3. 充放电循环寿命在十万次以上；
4. 能在-40oC-60oC的环境温度中正常使用；
5. 有超强的荷电保持能力，漏电源非常小。
6. 充电迅速，使用便捷；
7. 无污染，真正免维护。
应用说明：
　　超级电容器作为大功率物理二次电源，在国民经济各领域用途十分广泛。在特定的条件下可以部分或全部替代蓄电池，应用在某些机电（电脉冲）设备上，可使其产生革命性进步。
1. 配合蓄电池应用于各种内燃发动机的电启动系统，如：汽车、坦克、铁路内燃机车等，能有效保护蓄电池，延长其寿命，减小其配备容量，特别是在低温和蓄电池亏电的情况下，确保可靠启动。
2. 用作高压开关设备的直流操作电源，铁路驼峰场道岔机后备电源，可使电源屏结构变得非常简单，成本降低，储能电源真正免维护。
3. 用作电动车辆起步，加速及制动能量的回收，提高加速度，有效保护蓄电池，延长蓄电池使用寿命，节能。
4. 代替蓄电池用于短距离移动工具（车辆），其优势是充电时间非常短。
5. 用于重要用户的不间断供电系统。
6. 用于风力及太阳能发电系统。
7. 应用电脉冲技术设备，如：点焊机、轨道电路光焊机、充磁机、X光机等。

产品范例

一、用于内燃机车柴油机的启动，提供启动瞬间强大的脉冲电流，其线路原理如下图：Ｄ选2000A、1000V，T选300A、1000V，R选0.25-0.35欧，启动时按下IQA,T导通，C在45S内被充满，在45S左右时QC闭合，柴油机启动（某些小功率机车不能满足45S条件时，可加装延时继电器），东风4型内燃机车装配4只96V、8.2F超级电容器，启动瞬间可提供2250A的电流，从而抑制了蓄电池的最大电流不超过1000A（蓄电池单独启动时，需输出2100A电流），同时使启动时间缩短2秒钟左右。

　

图2、图3为加装超级电容前后，蓄电池及超级电容启动电流曲线。其使用效果：
1、大大减小了启动电流对蓄电池的冲击，延长了蓄电池的寿命。
2、减少了因电池亏电而造成的机破、临修，特别是冬季理加明显。
3、可根据工况随意停、启机，减少柴油机空转及启动时的燃油消耗，降低了机械磨损，节约材料费用（调车工况下的节油，一年内可收回加改投资）。
4、减少空气污染，保护环境，减轻职工劳动强度，改善乘务员操作。



二、用于变配电站直流系统及开关永磁机构操作电源。
　　在变配电站直流屏柜中的应用原理如图4、图5，所用超级电容为280V、0.85F，虚框内为加入部分，图4应用特点：
1 、结构简单、成本低、无维修，在停电后可保证近千次的分闸，保证作用绝对可靠。
2 、停电情况下，两只电容器能实现十余次的合闸，可实现双路供电的自动备投。在进行设备例行实验合闸时，不需回调电压。
3 、两只超级电容同时工作，互为热备，从而保证一只有问题时，不影响另一只的正常工作。还可以在系统正常工作的情况下检查发现问题电容并更换，保证工作百分之百可靠。
4 、新设计制造的直流屏，还可以减小电源变压器的容量至５KVA左右，在VD5支路串一电感，从而降低成本。



应用实例：http://www.hseic.com/pop/b1.htm

　　图5的应用是与蓄电池组组成复合电源，合闸电流不再冲击蓄电池，延长其寿命，还可选择非高倍率一类的蓄电池，降低电源成本，这种复合电源具有双电源特点，可靠性高。
　　用于高压开关永磁操动机构的操动电源可装于开关总体中，解决大功率问题，其规格体积可随开关而定。



三、超级电容在新一代电动车中，用于解决起步，加速及制动能量的回收，起到保护电池，提高整车性能的作用，图6为交流变频牵引的电动车电气原理图。



四、超级电容器用在化纤、化工、电力、制药、石油等重要用户的不间断电源。做为逆变器或变频器的直流储能元件，有蓄电池或电解电容器无可比拟的优势。尤其在中、高时，避免了由数十节甚至上百节蓄电池串联所带来的一系列问题；和电解电容相比，超大的电容量可代替由上百只电解电容器组成的电容器组。不但便于维护，而且降低了成本，提高了设备的可靠性。



应用实例：http://www.nibc.com.cn/zgsyd/alt/index_01.htm

产品
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　　 这是用于改善汽车启动性能的超级电容，对于大副延长蓄电池的使用寿命、增加启动电流提高启动成功率有很大帮助，当然好东西价值也不菲。
　　

　　 这是超级电容的典型应用---新型电动公交车。

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