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℃
三、超级电容计算:
超级电容容量及放电时间计算方法在超级电容的应用中,很多用户都遇到相同的问题,就是怎样计算一定容量的超级电容在以一定电流放电时的放电时间,或者根据放电电流及放电时间,怎么选择超级电容的容量,下面给出简单的计算公式,根据这个公式,就可以简单地进行电容容量、放电电流、放电时间的推算,十分方便。
C(F):超电容的标称容量;
R(Ohms):超电容的标称内阻;
ESR(Ohms):1KZ下等效串联电阻;
Vwork(V):正常工作电压
Vmin(V):截止工作电压;
t(s):在电路中要求持续工作时间;
Vdrop(V):在放电或大电流脉冲结束时,总的电压降;
I(A):负载电流;
超电容容量的近似计算公式,保持所需能量=超级电容减少的能量。
保持期间所需能量=1/2I(Vwork+ Vmin)t;
超电容减少能量=1/2C(Vwork2 -Vmin2),
因而,可得其容量(忽略由IR引起的压降)
C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)
举例如下:
如单片机应用系统中,应用超级电容作为后备电源,在掉电后需要用超级电容维持100mA的电流,持续时间为10s,单片机系统截止工作电压为4.2V,那么需要多大容量的超级电容能够保证系统正常工作?
由以上公式可知:
工作起始电压 Vwork=5V
工作截止电压 Vmin=4.2V
工作时间 t=10s
工作电源 I=0.1A
那么所需的电容容量为:
C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)
=(5+4.2)*0.1*10/(52 -4.22)
=1.25F
根据计算结果,可以选择5.5V 1.5F电容就可以满足需要了。