超级电容电池知识全解析（二）

今天我们会接着上篇文章中没讲完的“超级电容电池”的知识继续讲，感兴趣的同学可以继续学习起来了。

七、超级电容电池的泄露电流现象

当超级电容充电时，泄漏电流会随着时间而衰减，因为碳电极中的离子会扩散进入孔隙中。泄漏电流会稳定在一个均衡值，该值取决于电容、电压和时间。泄漏电流与 电容芯成正比。超级电容均衡泄漏电流的经验估计算法为室温下1μA/F。图6中的150mF电容，在160小时后的泄漏电流为0.2μA和0.3μA。泄 漏电流随温度升高而呈指数上升。

当温度升高时，稳定到均衡值的时间会减小，因为离子扩散的速度更快。因此，这些电容从0V充电需要的时间小。根据不同的 超级电容，这个电流范围从5μA~50μA。设计者在为能量采集电路挑选超级电容时，应考虑测试这个小充电电流。

八、超级电容电池的充电

一个放电的超级电容就像一个与能量源短接的电路。所幸，很多能量采集源(如太阳能电池和微发电机)都可以驱动一个短接的电路，从0V起为一只超级电容直接充电。与各种能量源(如压电或热电能)接口的IC必须能够驱动一个短接的电路，从而为超级电容充电。

业界在MPPT(峰值功率追踪)方面做了很大努力，以从能量采集源有效地获得功率。当必须用恒压方式为电池充电时，这种方案是可行的。电池充电器通常是一个dc/dc转换器，它对能量源是一个恒定功率的负载，因此，采用MPPT在效点获得能量就是有意义的。

与电池相反，超级电容不需要以恒压充电，而以电源可以提供的电流充电时效率。一个简单而有效的充电电路，用于太阳能电池阵列的开路电压小 于超级电容额定电压的情况。二极管可防止超级电容在太阳能电池无光照情况下对其反充电。如果能源的开路电压大于超级电容的电压，则超级电容需要采用分流稳 压器做过压保护。分流稳压器是过压保护一种廉价而简单的方案，一旦超级电容充满电，就无所谓是否消耗了过多的能量。

能量采集器就像一根能无限供水的水管，为一个水槽注水(好比一只超级电容)。如果水槽满了，水管仍开着，水就会溢出。这与电池不同，电池供给能量有限，因此需要串联稳压器。

在电路里，超级电容为0V，从一块太阳能电池芯获取短路电流。随着超级电容的充电，电流下降，这取决于太阳电池芯的电压/电流特性。但超级电容总是 要获取可能的电流，因此它以尽可能大的速率充电。中的电路采用了TLV3011太阳能电池芯，因为它内含了一个电压基准，只需要约3μA的静态电 流，并且它是一种漏极开路电池芯，当稳压器关断时，输出就是开路的。电路采用了BAT54二极管，因为它在小电流时有低的正向压降，即在正向电流小于 10μA时，正向电压小于0.1V。

微发电机很适合于工业控制应用，如监控旋转的机器，因为机器在工作时会发生振动。给出了一只微发电机的电压-电流特性，它类似于一只太阳能电池 芯，能够为一个短接电路提供的电流。微发电机还带有一个二极管桥，可防止超级电容为发电机反向充电，这就得到了一个简单的充电电路。

当超级电容充电时，泄漏电流会随着时间而衰减，因为碳电极中的离子会扩散进入孔隙中。泄漏电流会稳定在一个均衡值，该值取决于电容、电压和时间。泄漏电流与 电容芯成正比。超级电容均衡泄漏电流的经验估计算法为室温下1μA/F。中的150mF电容，在160小时后的泄漏电流为0.2μA和0.3μA。

泄漏电流随温度升高而呈指数上升。当温度升高时，稳定到均衡值的时间会减小，因为离子扩散的速度更快。因此，这些电容从0V充电需要的时间小。根据不同的 超级电容，这个电流范围从5μA~50μA。设计者在为能量采集电路挑选超级电容时，应考虑测试这个小充电电流。

九、超级电容电池带动风力发电革命

作为新兴储能元件，超级电容具有循环寿命长，充放时间快等特点，在风力发电机狭小的密闭有限空间轮毂控制柜内，超级电容更具有适应温度范围广，体积小容量大，可焊接，维护简单等优点，在风电设备系统中，超级电容不会过充，过放影响寿命，充放电过程仅仅是物理层面上的变化，不会对常年密闭空间作业的轮毂内部造成二次污染，超级电容以保持稳定的直流电压，保证变桨伺服电机的正常运作。

超级电容的基本工作原理是碳碳双电层原理，存储过程可逆，分析时采用RC模型，包括理想电容C等效串联内阻RESP，等效并联内阻REPR，RESP影响超级电容充放电效率，REPR影响电容自放电，即长期静止存储。存电荷不一样的是，双电层电容器是在电极-电解质表面以静电形式的电荷进行储能。这种储能模式具有快速充电/放电能力、高可靠性和长循环寿命的特点，相对于铅酸蓄电池，对于紧急变桨供电对多变的风况的情况下更具有优势。

更换了一部分超级电容以后针对于风能随机性强力，环境恶劣，温度湿度变化大，盐雾污秽侵蚀严重等因素对供电模块影响。可以得出超级电容相比铅酸蓄电池更加稳定，实用性和可行性更强 可以预见超级电容的应用在风力发电技术越来越成熟的发展中所占的比例将逐渐上升。所以超级电容做为风力发电机后备电源具有很强的可行性。

十、超级电容电池变革新能源汽车

超级电容在新能源汽车中主要有三类应用：一是作为动力设备，如上海11路公交即为超级电容大巴，车辆运行中途充电只需30秒，一次充电可行驶5~8公里，既节能环保又兼顾城市景观;二是作为发动机的辅助驱动，在汽车快速启动时提供较大的驱动电流，减少了油耗和不完全燃烧的污染排放;三是对制动能量进行回收利用，当汽车需要加速时，再将这些储存的能量释放出来，提高了能源的使用效率。

十一、超级电容电池展望有轨电车未来

据不完全统计，目前全球已有超过60个国家、300个城市运营现代有轨电车;国内已有50多个城市开展了有轨电车的规划、建设和运营。国内正在建设的超级电容储能式有轨电车项目：武汉市大汉阳区有轨电车T1线，全长19km，已采购超级电容车辆21列;宁波市鄞州区有轨电车示范线，全长8km，已采购超级电容车辆10列;东莞市松山湖华为工业园区线，全长5km，已采购超级电容车辆5列;深圳市龙华新区有轨电车T1线，全长约12km，计划配超级电容车辆15列;武汉市东湖高新区有轨电车T1/T2线，全长16/19km，计划配超级电容车辆26列;广州2020年前规划约500公里有轨电车线网，计划配超级电容车辆约500列等等。国外及港澳台正在建设的超级电容储能式有轨电车项目：台湾高雄有轨电车环线，全长22km，已采购超级电容车辆约30列(CAF);卡塔尔多哈有轨电车线，全长12km，已采购超级电容车辆18列(SIEMENS)。

目前已经运营或试运行的超级电容储能式有轨电车有：广州海珠(7.7km，已运营);江苏淮安(20.3km试运行)。

全球首条超级电容储能式现代有轨电车运营线-广州海珠线运行情况：运营时间： 9：00-21：00;上线数量： 工作日4+1列，周末6+1列;运营里程：230公里(每列15个往返);旅行速度： 24km/h，7.7km单程19分;正点率： 99.87%;每日客流：日超2万张票(7列车);车辆电耗：<3度/公里↓30%。

超级电容储能式有轨电车已逐步融入了城市文化，它已经不仅仅是一种交通工具，而是一种新的生活方式。

十二、超级电容电池助力混动力汽车发展

HEV的由来，一个方面是从能源危机，另一方面是环境污染，再一个就是国家相关政策，从这几个方面提出了混合动力需求。HEV的分类现在有不同的方法，上午和下午也介绍了不少。工作原理，我不是专业的，就不多介绍，主要还是契合主题，讲我们的钛酸锂电池和超级电容器。

首先要知道HEV的使用特点，目前HEV的使用特点个就是使用频度比较高，频繁、浅度的充放电循环;二是功率要求比较大，在充电过程中电流和电压都有比较大的变化;三是工作环境，实际工况相对来说比较复杂。温度方面，工作温度需求区域就比较宽。

根据以上实际工作特点，就对我们HEV相关电源提出了电源设计方面的要求。一是循环寿命，电池循环寿命要求比较高，好是能够持续使用15年以上。二是大功率充放电性能。三是工作适应温度比较宽一点，尽可能在零下40和70度都有较好的充放电能力。四是安全稳定问题，纯电动和混合电动都出现过安全事故，这块大家都非常关注。五是充放电效率，动力电池中能量的循环必须经过充电-放电-充电的循环，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。

目前在HEV使用的配套电池解决方案应该差不多有十种左右，一个是铅酸电池;二是传统的镍氢电池;三是以磷酸铁锂为正极材料，以石墨或者碳为负极材料;四是以三元镍钴锰酸锂为正极材料，石墨为负极材料;五是锌镍电池;六是就是我今天要谈到的一个，以三元材料做正极，钛酸锂作为负极，就是钛酸锂电池，其实它也是我们锂离子电池的一种，只是负极不同而已。七是超级电容器和其他二次电池的搭配使用，用到混合电动车上。当然还有液流电池和燃料电池、铁镍电池等，大概有十多种。

总结：电池是动力的源头，而电容作为存储电量的基本，其重要性当然是非常重要的，如果电容和电池的特点能够结合，那么肯定是非常具有诱惑力的，这就是超级电容电池的潜力，所以说，如果这种电池能够得到普及的话，那必将会带来一个革命。

关于超级电容电池知识我们讲到这里就结束了，如果你们想要了解更多有关电子元器件的知识可以到云汉芯城电子元器件采购网站或微信公众号进行查看，会有更多的惊喜等着你来发现哦。

(素材来自网络，由云汉芯城小编编辑整理，如有问题请联系!)