超级电容器原理及电特性

文章摘要：⑥.超级电容器用的材料是安全的和无毒的，而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池军具有毒性。 ⑦.等效串联电阻ESR相对常规电容器大（10F/2.5V的ESR为110mΩ）。 ⑧.可以任意并联使用一增加电容量，如采取均压后，还可以串联使用。 2. 级电容器特性 超级电容器的主要特性： 2.1 额定容量： 单位：法拉（F），测试条件：规定的恒定电流（如1000F以上的超级电容器规定的充电电流为100A，200F以下的为3A）充电到额定电压后保持2??3分钟，在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值，即： 由于等效串联电阻（ESR）比普通电容器大，因而充放电时ESR产生的

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　　⑥.超级电容器用的材料是安全的和无毒的，而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池军具有毒性。

　　⑦.等效串联电阻ESR相对常规电容器大（10F/2.5V的ESR为110mΩ）。

　　⑧.可以任意并联使用一增加电容量，如采取均压后，还可以串联使用。

2. 级电容器特性

　　超级电容器的主要特性： 

2.1 额定容量：

　　单位：法拉（F），测试条件：规定的恒定电流（如1000F以上的超级电容器规定的充电电流为100A，200F以下的为3A）充电到额定电压后保持2??3分钟，在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值，即：



　由于等效串联电阻（ESR）比普通电容器大，因而充放电时ESR产生的电压降不可忽略，如2.7V/5 000F超级电容器的ESR为：0.4mΩ，在100A电流放电时的ESR电压降为40mV占额定电压的1.5%，在950A电流放电时的ESR电压降为380mV占额定电压的14%，表明在额定电流下放电容量将为额定容量减小88.5%，这一特性将在图3中看到。

2.2 额定电压：

　　可以使用的最高安全端电压（如2.3V、2.5V、2.7V以及不久将来的3V），除此之外还有承受浪涌电压电压（可以短时承受的端电压，通常为额定电压的105%），实际上超级电容器的击穿电压远高于额定电压（约为额定电压的1.5??3倍左右，与普通电容器的额定电压/击穿电压比值差不多。




2.3 额定电流：

　　5秒内放电到额定电压一半的电流，除此之外还有最大电流（脉冲峰值电流）

2.4 最大存储能量：

　　在额定电压是放电到零所释放的能量，以焦耳（J）或瓦时（Wh）为单位

2.5 能量密度：

　　最大存储能量除以超级电容器的重量或体积（Wh/kg或Wh/l）

2.6 功率密度：

　　在匹配的负载下，超级电容器产生电/热效应各半时的放电功率，用kW/kg或kW/l表示。

2.7 等效串联电阻：

　　测试条件：规定的恒定电流（如1 000F以上的超级电容器规定的充电电流为100A，200F以下的为3A）和规定的频率（DC和大容量的100Hz或小容量的KHz）下的等效串联电阻。通常交流ESR比直流ESR小，随温度上升而减小。

　　超级电容器等效串联电阻较大的原因是：为充分增加电极面积，电极为多孔化活性炭，由于多孔化活性炭电阻率明显大于金属，从而使超级电容器的ESR较其它电容器的大。

2.8 阻抗频率特性：

　　超级电容器的阻抗频率特性如图4，相对较大的是ESR造成平坦底部的原因，超级电容器的频率特性是电容器中频率特性最差的。其原因是：一般电容器的电荷是导体中的以电子导电方式建立或泄放，而超级电容器的电荷的建立或泄放是以介质中的离子或介质电离极化实现，响应速度相对慢；大容量电容器在制造时均采用卷绕工艺，寄生电感相对无感电容器大。

2.9 工作与存储温度：

　　通常为-40℃??+60℃或70℃，存储温度还可以高一些。

2.10 漏电流：

　　一般为10μA/F

2.11 寿命：

　　在25℃环境温度下的寿命通常在90 000小时，在60℃的环境温度下为4 000小时，与铝电解电容器的温度寿命关系相似。寿命随环境温度缩短的原因是电解液的蒸发损失随温度上升。寿命终了的标准为：电容量低于额定容量20%，ESR增大到额定值的1.5倍。

2.12 循环寿命：

　　20秒充电到额定电压，恒压充电10秒，10秒放电到额定电压的一半，间歇时间：10秒为一个循环。一般可达500000次。寿命终了的标准为：电容量低于额定容量20%，ESR增大到额定值的1.5倍。

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