超級電容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫雙電層電容器(Electrical Doule-Layer Capacitor)、黃金電容、法拉電容，通過極化電解質來儲能。它是一種電化學元件，但在其儲能的過程並不發生化學反應。這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反覆充放電數十萬次。
基本介紹
- 中文名：超級電容模組
- 外文名：supercapacitor,ultracapacitor
- 別稱：雙電層電容器
- 性質：電化學元件
背景,產品介紹,汽車市場運用,產品地位,電動車套用,選擇技巧,
背景
同時，超級電容器是一種新型綠色環保的儲能器件（活性炭），其具有效率極高、高電流容量、電壓範圍寬、使用溫度範圍廣、回卷使用壽命長、工作壽命長、免維護易保養、整合簡單、底成本等優越的特性；綜合以上所訴，超級電容具有很廣闊的發展前景；
產品介紹
綜合以上所述，由於超級電容器單體工作電壓不高，一般只有1V-4V，其中常用的單體超級電容電壓規格一般是2.7V，而在實際套用中常需要16V、48V、54V、75V、125V或更高的電壓才能滿足這些設備的使用。這些設備多數為風力發電、汽車HEV、軍用啟動電源及微電網設備等，為了滿足這些設備的使用要求，超級電容模組就應運而生了。
超級電容模組就是將多個超級電容器單體串聯，配合電壓均衡和放電穩壓系統，用鋁合金外殼組合而成的一個新型能量包。超級電容模組的誕生，彌補了鉛酸電池等儲能器件的缺陷，超級電容模組的工作溫度範圍為-40~65℃解，決了鉛酸電池在室外寒冷條件下使用效率大大降低的問題；而且超級電容模組不但具備了超級電容單體的所有特性，同是還具備了可狀態監控功能，能更好的實現免維護易保養；
超級電容模組具有一下優點：
1、超級電容模組是綠色能源（活性炭），不污染環境。
2、超級電容模組壽命長（充電次數10萬次）；鉛酸電池壽命短（充電次數500次），易損壞，難管理，是鉛酸電池的20-200倍可以與設備同命運。
3、超級電容模組充電速度快（0.3秒-15分鐘）；鉛酸電池充電時間長（5-8小時），很多電池就是充電時間 長，續駛里程短。
4、超級電容模組充放電效率高（98%）；鉛酸電池充放電效率低（70%）；
5、超級電容模組功率密度高（10.000W/kg）；鉛酸電池功率密度低（300W/kg），差30多倍。
6、超級電容模組徹底免維護，工作溫度範圍（-40~50）；鉛酸電池電動車在-40℃續駛里程減少90%，超級電容器只減少10%。
7、超級電容模組在電動大客車能量回收強，緊急制動能量回收高達75%；鉛酸電池能量回收僅為5%，這點對公共大客車太重要了，可以節約大量的燃料。
8、超級電容模組的相對成本低。超級電容器價格比鉛酸電池高一倍在大量生產後價格還會下降；但超級電容器的壽命比鉛酸電池高10倍，這點對公共大客車產業化非常重要。
9、超級電容模組還具有過溫過壓自動報警等功能，能更好的保護其他設備，保證設備正常運行；
汽車市場運用
汽車動力市場主要由以下四部分組成
1. 鉛酸電池，技術成熟但污染重，目前多用於電動腳踏車；
2. 金屬氫化物鎳電池，價格昂貴，行駛距離短，電動汽車上沒前途；
3. 磷酸鐵鋰電池，價格較貴，已經在電動汽車上使用，一次充電可行駛100-120 km，需要啟動汽油機的混合動力來延長里程；
4. 超級電容動力電池，價格便宜，免維護，10-50 萬次的充放電循環壽命，在電動大客車能量回收中，緊急制動能量回收高達75%；
產品地位
汽車動力里程碑
鋰離子電池的出現解決了汽車充電儲能和為汽車提供持久動力的問題，而超級電容器的使命則是為汽車啟動、加速時提供大功率輔助動力，在汽車制動或勻速運行時收集並儲存能量，最重要的是超級電容模組使用的是綠色能源（活性炭）。
美國能源部最早於20 世紀90 年代就在《商業日報》上發表聲明，強烈建議發展電容器技術，並使這項技術套用於電動汽車上。在當時，加利福尼亞州已經頒布了零排放汽車的近期規劃，而這些使用電容器的電動汽車則被普遍認為是正好符合這個標準的汽車。電容器就是實現電動汽車實用化的最具潛力、最有效的一項技術。能源部的聲明使得像Maxwell Technologies公司等一些公司開始進入電化學電容器這一技術領域。時間飛逝，技術的進步為電化學電容器在混合動力車中回收可再生制動能量中的套用鋪平了道路。現在，這些混合動力車已經在高度動力混合的城市公車系統中開始套用。
將超級電容器與汽油機相結合，研製出一種綜合電動機助力器系統，使內燃機主要工作在最佳工況點附近，大大降低內燃機的排放，並可回收制動能量，通過裝在小客車上，極大地降低汽油機燃油消耗量從而使其成為低排放的節能汽車；日本豐田公司研製的混合電動汽車，其排放與傳統汽油機車相比：CO2下降50%，CO 和NOX排放降低90%，燃油節省一半。從而可以看出超級電容器在新能源汽車領域，將會與鋰離子電池配合使用，二者完美結合形成了性能穩定、節能環保的新型混合動力汽車電源。
因為電壓低所以超級電容往往採用多塊單體串聯的形式，伴隨著電容串級的提升，整體電壓也隨之提高。超級電容工作電壓常達到幾百伏，而這樣高峰值的電壓引起的波動會帶來強烈的電磁干擾，同時由於串聯超級電容往往採用大電流充放電（通常在50A-150A之間），電壓、電流變化十分迅速，如中型客車用超級電容以150A電流放電時，端電壓會在1分鐘之內由300V減到70V，而200V恆壓充電時電流也會在幾分鐘內由50A增大到150A左右。由於超級電容器單體有嚴格的耐壓值(如有機體系超級電容小於2.7V),因而需要將數個甚至數百個單體串聯構成所需工作電壓的超級電容模組,這些單體應具有相同的充放電電流,因串聯組中各單體性能(容量、內阻、漏電流等)的不一致(即使在配組時經過嚴格的一致性篩選,其偏差也不可避免)會造成超級電容器組的過充或欠充使得儲能下降或壽命縮短。
車載超級電容模組如何管理是電動汽車的一項關鍵技術。車載超級電容模組管理系統可實時監測超級電容模組的工作狀態，如電壓、充放電電流、使用溫度等；預測超級電容內阻、容量，防止過充過放，從而達到提升超級電容使用性能和壽命，提高超級電容電車的可靠性和安全性的目的。
今朝時代新能源技術有限公司專門針對車載超級電容模組線上監測需要，借鑑相關蓄電池組儲能管理維護的經驗和技術、方案，研製出超級電容模組管理維護系統的高科技電子產品。本產品突破傳統監測一貫所採用的檢測原理，採用模組化設計，分散式安裝，從而可以較好解決在傳統監測時普遍存在信號連線線過多、過長，施工維護相對困難、繁瑣，又同時存在安全隱患的問題。
電動車套用
二元動力超級電容器電動車，其中最大的優點，就是充分發揮超級電容器在低轉數，大負荷情況下，能量基本不受損失；在減速、下坡、剎車情況下，其能量能回收。避開內燃機在低轉速、大負荷；高轉速、高負荷費油的狀態下運行，使發動機永遠在最佳狀態下運行，即省了油，又減少了污染，二元動力超級電容器電動車能節油30%~50%，減少污染70%~90%。
——起步階段：轉數低、負荷大、費油；這個階段內燃發電機組在最佳狀態運轉，這時要用超級電容器啟動、加速，並向超級電容器充電。
——正常運轉階段：這時內燃發電機組是在最佳狀態運行，並向電動機輸出動力，這時公共大客車負荷最小，也最省油，並向超級電容器充電。
——高速運轉階段：內燃發電機組向電動機輸出穩定的動力，超級電容器也向電動機輸出動力。這個階段電動機轉數高、負荷也大，公共大客車車速也最快。
——剎車、停車、減速、下坡階段：這時發電機組、超級電容器停止向電動機輸出動力，這時大客車所儲備的動能，電動機轉變成發電機向超級電容器充電，能吸收70%的動能，尤其城市公共運輸，能節省大量的燃料。
由於現在石油價格的飛漲，國外一些汽車企業已經把超級電容套用到汽車上，汽車在下坡時把能量以電能的方式儲存起來，在爬坡時或需要大功率時釋放出來。這樣就降低了使用成本。
選擇技巧
很多用戶都遇到相同的問題，就是怎樣計算一定容量的超級電容在以一定電流放電時的放電時間，或者根據放電電流及放電時間，怎么選擇超級電容的容量，下面我們給出簡單的計算公司，用戶根據這個公式，就可以簡單地進行電容容量、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套用：高功率脈衝套用和瞬時功率保持。高功率脈衝套用的特徵：瞬時流向負載大電流；瞬時功率保持套用的特徵：要求持續向負載提供功率，持續時間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時功率保持的一個典型套用：斷電時磁碟驅動頭的復位。不同的套用對超電容的參數要求也是不同的。高功率脈衝套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)。
下面提供計算公式和套用實例：
C(F)：超電容的標稱容量；
R(Ohms)：超電容的標稱內阻；
ESR(Ohms)：1KZ 下等效串聯電阻；
Uwork(V)：在電路中的正常工作電壓
Umin(V)：要求器件工作的最小電壓；
t(s)：在電路中要求的保持時間或脈衝套用中的脈衝持續時間；
I(A)：負載電流；
Udrop(V)：在放電或大電流脈衝結束時，總的電壓降；
瞬時功率保持套用
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)
如單片機套用系統中，套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,單片機系統截止工作電壓為4.2V，那么需要多大容量的超級電容能夠保證系統正常工作？
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。
融知融識，悅己達人！
今朝時代新能源！
