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超級(jí)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(zhì)來儲(chǔ)能。它是一種電化學(xué)元件，但在其儲(chǔ)能的過程并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種儲(chǔ)能過程是可逆的，也正因?yàn)榇顺?jí)電容器可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次。同時(shí)，超級(jí)電容器是一種新型綠色環(huán)保的儲(chǔ)能器件（活性炭），其具有效率極高、高電流容量、電壓范圍寬、使用溫度范圍廣、回卷使用壽命長(zhǎng)、工作壽命長(zhǎng)、免維護(hù)易保養(yǎng)、整合簡(jiǎn)單、底成本等優(yōu)越的特性；綜合以上所訴，超級(jí)電容具有很廣闊的發(fā)展前景；
超級(jí)電容模組介紹
綜合以上所述，由于超級(jí)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(jí)電容電壓規(guī)格一般是2.7V，而在實(shí)際應(yīng)用中常需要16V、48V、54V、75V、125V或更高的電壓才能滿足這些設(shè)備的使用。這些設(shè)備多數(shù)為風(fēng)力發(fā)電、汽車HEV、軍用啟動(dòng)電源及微電網(wǎng)設(shè)備等，為了滿足這些設(shè)備的使用要求，超級(jí)電容模組就應(yīng)運(yùn)而生了。
超級(jí)電容模組就是將多個(gè)超級(jí)電容器單體串聯(lián)，配合電壓均衡和放電穩(wěn)壓系統(tǒng)，用鋁合金外殼組合而成的一個(gè)新型能量包。超級(jí)電容模組的誕生，擬補(bǔ)了鉛酸電池等儲(chǔ)能器件的缺陷，超級(jí)電容模組的工作溫度范圍為-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(jí)電容模組不但具備了超級(jí)電容單體的所有特性，同是還具備了可狀態(tài)監(jiān)控功能，能更好的實(shí)現(xiàn)免維護(hù)易保養(yǎng)；
超級(jí)電容模組具有一下優(yōu)點(diǎn)：
1、超級(jí)電容模組是綠色能源（活性炭），不污染環(huán)境。
2、超級(jí)電容模組壽命長(zhǎng)（充電次數(shù)10萬次）；鉛酸電池壽命短（充電次數(shù)500次），易損壞，難管理，是鉛酸電池的20-200倍可以與設(shè)備同命運(yùn)。
3、超級(jí)電容模組充電速度快（0.3秒-15分鐘）；鉛酸電池充電時(shí)間長(zhǎng)（5-8小時(shí)），很多電池就是充電時(shí)間 長(zhǎng)，續(xù)駛里程短。
4、超級(jí)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(jí)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(jí)電容模組徹底免維護(hù)，工作溫度范圍（-40~50）；鉛酸電池電動(dòng)車在-40℃續(xù)駛里程減少90%，超級(jí)電容器只減少10%。
7、超級(jí)電容模組在電動(dòng)大客車能量回收強(qiáng)，緊急制動(dòng)能量回收高達(dá)75%；鉛酸電池能量回收僅為5%，這點(diǎn)對(duì)公共大客車太重要了，可以節(jié)約大量的燃料。
8、超級(jí)電容模組的相對(duì)成本低。超級(jí)電容器價(jià)格比鉛酸電池高一倍在大量生產(chǎn)后價(jià)格還會(huì)下降；但超級(jí)電容器的壽命比鉛酸電池高10倍，這點(diǎn)對(duì)公共大客車產(chǎn)業(yè)化非常重要。
9、超級(jí)電容模組還具有過溫過壓自動(dòng)報(bào)警等功能，能更好的保護(hù)其他設(shè)備，保證設(shè)備正常運(yùn)行；
汽車動(dòng)力市場(chǎng)的運(yùn)用
汽車動(dòng)力市場(chǎng)主要由以下四部分組成
1. 鉛酸電池，技術(shù)成熟但污染重，目前多用于電動(dòng)自行車；
2. 金屬氫化物鎳電池，價(jià)格昂貴，行駛距離短，電動(dòng)汽車上沒前途；
3. 磷酸鐵鋰電池，價(jià)格較貴，已經(jīng)在電動(dòng)汽車上使用，一次充電可行駛100-120 km，需要啟動(dòng)汽油機(jī)的混合動(dòng)力來延長(zhǎng)里程；
4. 超級(jí)電容動(dòng)力電池，價(jià)格便宜，免維護(hù)，10-50 萬次的充放電循環(huán)壽命，在電動(dòng)大客車能量回收中，緊急制動(dòng)能量回收高達(dá)75%；
汽車動(dòng)力里程碑
鋰離子電池的出現(xiàn)解決了汽車充電儲(chǔ)能和為汽車提供持久動(dòng)力的問題，而超級(jí)電容器的使命則是為汽車啟動(dòng)、加速時(shí)提供大功率輔助動(dòng)力，在汽車制動(dòng)或勻速運(yùn)行時(shí)收集并儲(chǔ)存能量，最重要的是超級(jí)電容模組使用的是綠色能源（活性炭）。
美國能源部最早于20 世紀(jì)90 年代就在《商業(yè)日?qǐng)?bào)》上發(fā)表聲明，強(qiáng)烈建議發(fā)展電容器技術(shù)，并使這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)汽車上。在當(dāng)時(shí)，加利福尼亞州已經(jīng)頒布了零排放汽車的近期規(guī)劃，而這些使用電容器的電動(dòng)汽車則被普遍認(rèn)為是正好符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的汽車。電容器就是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車實(shí)用化的最具潛力、最有效的一項(xiàng)技術(shù)。能源部的聲明使得像Maxwell Technologies公司等一些公司開始進(jìn)入電化學(xué)電容器這一技術(shù)領(lǐng)域。時(shí)間飛逝，技術(shù)的進(jìn)步為電化學(xué)電容器在混合動(dòng)力車中回收可再生制動(dòng)能量中的應(yīng)用鋪平了道路?，F(xiàn)在，這些混合動(dòng)力車已經(jīng)在高度動(dòng)力混合的城市公交車系統(tǒng)中開始應(yīng)用。
將超級(jí)電容器與汽油機(jī)相結(jié)合，研制出一種綜合電動(dòng)機(jī)助力器系統(tǒng)，使內(nèi)燃機(jī)主要工作在最佳工況點(diǎn)附近，大大降低內(nèi)燃機(jī)的排放，并可回收制動(dòng)能量，通過裝在小客車上，極大地降低汽油機(jī)燃油消耗量從而使其成為低排放的節(jié)能汽車；日本豐田公司研制的混合電動(dòng)汽車，其排放與傳統(tǒng)汽油機(jī)車相比：CO2下降50%，CO 和NOX排放降低90%，燃油節(jié)省一半。從而可以看出超級(jí)電容器在新能源汽車領(lǐng)域，將會(huì)與鋰離子電池配合使用，二者完美結(jié)合形成了性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保的新型混合動(dòng)力汽車電源。
因?yàn)殡妷旱退猿?jí)電容往往采用多塊單體串聯(lián)的形式，伴隨著電容串級(jí)的提升，整體電壓也隨之提高。超級(jí)電容工作電壓常達(dá)到幾百伏，而這樣高峰值的電壓引起的波動(dòng)會(huì)帶來強(qiáng)烈的電磁干擾，同時(shí)由于串聯(lián)超級(jí)電容往往采用大電流充放電（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(jí)電容以150A電流放電時(shí)，端電壓會(huì)在1分鐘之內(nèi)由300V減到70V，而200V恒壓充電時(shí)電流也會(huì)在幾分鐘內(nèi)由50A增大到150A左右。由于超級(jí)電容器單體有嚴(yán)格的耐壓值(如有機(jī)體系超級(jí)電容小于2.7V),因而需要將數(shù)個(gè)甚至數(shù)百個(gè)單體串聯(lián)構(gòu)成所需工作電壓的超級(jí)電容模組,這些單體應(yīng)具有相同的充放電電流,因串聯(lián)組中各單體性能(容量、內(nèi)阻、漏電流等)的不一致(即使在配組時(shí)經(jīng)過嚴(yán)格的一致性篩選,其偏差也不可避免)會(huì)造成超級(jí)電容器組的過充或欠充使得儲(chǔ)能下降或壽命縮短。
車載超級(jí)電容模組如何管理是電動(dòng)汽車的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。車載超級(jí)電容模組管理系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)超級(jí)電容模組的工作狀態(tài)，如電壓、充放電電流、使用溫度等；預(yù)測(cè)超級(jí)電容內(nèi)阻、容量，防止過充過放，從而達(dá)到提升超級(jí)電容使用性能和壽命，提高超級(jí)電容電車的可靠性和安全性的目的。
今朝時(shí)代新能源技術(shù)有限公司專門針對(duì)車載超級(jí)電容模組在線監(jiān)測(cè)需要，借鑒相關(guān)蓄電池組儲(chǔ)能管理維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)、方案，研制出超級(jí)電容模組管理維護(hù)系統(tǒng)的高科技電子產(chǎn)品。本產(chǎn)品突破傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)一貫所采用的檢測(cè)原理，采用模塊化設(shè)計(jì)，分布式安裝，從而可以較好解決在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)時(shí)普遍存在信號(hào)連接線過多、過長(zhǎng)，施工維護(hù)相對(duì)困難、繁瑣，又同時(shí)存在安全隱患的問題。
二元?jiǎng)恿﹄妱?dòng)車
二元?jiǎng)恿Τ?jí)電容器電動(dòng)車，其中最大的優(yōu)點(diǎn)，就是充分發(fā)揮超級(jí)電容器在低轉(zhuǎn)數(shù)，大負(fù)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(nèi)燃機(jī)在低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷；高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷費(fèi)油的狀態(tài)下運(yùn)行，使發(fā)動(dòng)機(jī)永遠(yuǎn)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，即省了油，又減少了污染，二元?jiǎng)恿Τ?jí)電容器電動(dòng)車能節(jié)油30%~50%，減少污染70%~90%。
——起步階段：轉(zhuǎn)數(shù)低、負(fù)荷大、費(fèi)油；這個(gè)階段內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組在最佳狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)要用超級(jí)電容器啟動(dòng)、加速，并向超級(jí)電容器充電。
——正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段：這時(shí)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組是在最佳狀態(tài)運(yùn)行，并向電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力，這時(shí)公共大客車負(fù)荷最小，也最省油，并向超級(jí)電容器充電。
——高速運(yùn)轉(zhuǎn)階段：內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組向電動(dòng)機(jī)輸出穩(wěn)定的動(dòng)力，超級(jí)電容器也向電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力。這個(gè)階段電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)高、負(fù)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(shí)發(fā)電機(jī)組、超級(jí)電容器停止向電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力，這時(shí)大客車所儲(chǔ)備的動(dòng)能，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成發(fā)電機(jī)向超級(jí)電容器充電，能吸收70%的動(dòng)能，尤其城市公共交通，能節(jié)省大量的燃料。
由于現(xiàn)在石油價(jià)格的飛漲，國外一些汽車企業(yè)已經(jīng)把超級(jí)電容應(yīng)用到汽車上，汽車在下坡時(shí)把能量以電能的方式儲(chǔ)存起來，在爬坡時(shí)或需要大功率時(shí)釋放出來。這樣就降低了使用成本。
如何選擇超級(jí)電容模組
很多用戶都遇到相同的問題，就是怎樣計(jì)算一定容量的超級(jí)電容在以一定電流放電時(shí)的放電時(shí)間，或者根據(jù)放電電流及放電時(shí)間，怎么選擇超級(jí)電容的容量，下面我們給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公司，用戶根據(jù)這個(gè)公式，就可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行電容容量、放電電流、放電時(shí)間的推算，十分地方便。
超級(jí)電容器的兩個(gè)主要應(yīng)用：高功率脈沖應(yīng)用和瞬時(shí)功率保持。高功率脈沖應(yīng)用的特征：瞬時(shí)流向負(fù)載大電流；瞬時(shí)功率保持應(yīng)用的特征：要求持續(xù)向負(fù)載提供功率，持續(xù)時(shí)間一般為幾秒或幾分鐘。瞬時(shí)功率保持的一個(gè)典型應(yīng)用：斷電時(shí)磁盤驅(qū)動(dòng)頭的復(fù)位。不同的應(yīng)用對(duì)超電容的參數(shù)要求也是不同的。高功率脈沖應(yīng)用是利用超電容較小的內(nèi)阻(R)，而瞬時(shí)功率保持是利用超電容大的靜電容量(C)。
下面提供計(jì)算公式和應(yīng)用實(shí)例：
C(F)：超電容的標(biāo)稱容量；
R(Ohms)：超電容的標(biāo)稱內(nèi)阻；
ESR(Ohms)：1KZ 下等效串聯(lián)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(shí)間或脈沖應(yīng)用中的脈沖持續(xù)時(shí)間；
I(A)：負(fù)載電流；
Udrop(V)：在放電或大電流脈沖結(jié)束時(shí)，總的電壓降；
瞬時(shí)功率保持應(yīng)用
超電容容量的近似計(jì)算公式，該公式根據(jù)，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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，應(yīng)用超級(jí)電容作為后備電源，在掉電后需要用超級(jí)電容維持100mA的電流，持續(xù)時(shí)間為10s,單片機(jī)系統(tǒng)截止工作電壓為4.2V，那么需要多大容量的超級(jí)電容能夠保證系統(tǒng)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(shí)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(jù)計(jì)算結(jié)果，可以選擇5.5V 1.5F電容就可以滿足需要了。
融知融識(shí)，悅己達(dá)人！
今朝時(shí)代新能源！