探究超级电容器蓄电池的混合电源性能

探究超级电容器蓄电池的混合电源性能

【摘要】超级电容器与蓄电池的混合使用，不仅可以充分发挥蓄电池能量大和超级电容器循环寿命长、充发放电快速的优点，而且可以显著降低电源内部的消耗，提高了电池的使用寿命，大大提升了混合电源的性能。本文通过建立超级电容器蓄电池混合电源的数学模型，定量地分析了影响混合电源性能的因素以及对性能方面的改善措施。分析结果表明，脉动负载的周期、蓄电池的内阻、超级电容器的内阻、脉动负载的所占比以及超级电容器的容量和超级电容器的并联支路数都是影响超级电容器蓄电池混合电源的内部消耗和使用寿命的原因。

【关键词】超级电容器；蓄电池；混合电源

1引言

随着科技的高速发展，各种数字移动设备、便携式电子仪器越来越多，随之而来的是对电源的性能提出了越来越高的要求，蓄电池由于具有技术成熟、性能可靠的特点被社会广泛应用，普遍看来这些电子设备的负载都具有脉动性的特点，峰值功率很高但平均功率较低。但由于蓄电池功率密度小、无法快速充放电且循环寿命短，因此蓄电池必须要有很大的容量才能够满足峰值功率的需求，这样就造成了蓄电池容量的浪费和造成电池体积过于庞大带来的诸多不便。

超级电容器是储能器件在功率与能量上的结合，具有功率高、循环寿命长、比能量高、充放电效率高等优点。如果将超级电容器与蓄电池混合使用，无疑会使电能储能装置的性能得到大大提高。一些参考文献中指出，将超级电容器与蓄电池并联使用，可以使混合电源的负载适应能力尤其对大功率脉动的负载有较大的提高，一方面可以有效降低蓄电池的内部消耗、增加使用寿命，另一方面还可以减小电源的体积，改善了其经济性和可靠性。

本文通过建立超级电容器蓄电池混合电源的数学模型，分析了超级电容器对蓄电池峰值功率改善的作用及影响因素，并通过构建实验进行验证。

2 模型分析

超级电容器蓄电池混合电源是将超级电容器和蓄电池并联起来作为脉动负载的电源。研究者为了使分析过程简化，可以将蓄电池的模型简化为理想电压源与等效串联内阻的串联结构。由于该模型主要考虑的是系统的动态性能，所以可以不考虑并联内阻。在高频情况下由于存在分布电感，所以此模型的分析结果会产生一定的误差。但由于实际应用时超级电感器蓄电池混合电源的工作周期一般为毫秒至秒级，所以该模型是可行的。若将该模型进行拉氏变换，并利用戴维宁定理简化可得到另一种更加简单的等效电路。

3 内部损耗分析

超级电容器原理及电特性

超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：

电容器参数大全

电容器 电容器通常简称其为电容，用字母C表示。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于隔直，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制电路等方面。定义2：电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。 相关公式 电容器的电势能计算公式：E=CU^2/2=QU/2 多电容器并联计算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn 多电容器串联计算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn 三电容器串联 C=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C1*C3) 标称电容量和允许偏差 标称电容量是标志在电容器上的电容量。在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，换算关系是：1法拉(F)= 1000毫法(mF)＝1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。 容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10 μF/16V 容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示 字母表示法：1m=1000 μF 1P2= 1n=1000PF 数字表示法：三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。三位数字的前两位数字为标称容量的有效数宇，第三位数宇表示有效数字后面零的个数，它们的单位都是pF。如：102表示标称容量为1000pF。 221表示标称容量为220pF。 224表示标称容量为22x10(4)pF。 在这种表示法中有一个特殊情况，就是当第三位数字用"9"表示时，是用有效数宇乘上10的-1次方来表示容量大小。如:229表示标称容量为22x(10-1)pF=。 允许误差±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20% 如：一瓷片电容为104J表示容量为μF、误差为±5%。 电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差，在允许的偏差范围称精度。常用的电容器其精度等级和电阻器的表示方法相同。用字母表示：D——005级——±%；F——01级——±1%；G——02级——±2%；J——I 级——±5%；K——II级——±10%；M——III级——±20%。 精度等级与允许误差对应关系：00（01）-±1%、0（02）-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ-（+20%-10%）、Ⅴ-（+50%-20%）、Ⅵ-（+50%-30%） 一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级，根据用途选取。 注：用表中数值再乘以10n来表示电容器标称电容量，n为正或负整数。 主要参数的意义：标称容量以及允许偏差：目前我国采用的固定式标称容量系列是：E24，E12,E6系列。他们分别使用的允许偏差是+-5% +-10% +-20%。 额定电压：在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值，一般直接标注在电容器外壳上，如果工作电压超过电容器的耐压，电容器击穿，造成不可修复的永久损坏。常见的电容额定电压与耐压测试仪测量值的关系（ 600V的耐压测试仪测量电压为760V以上550V的耐压测试仪测量电压为715V以上； 500V的耐压测试仪测量电压为650V以上； 450V的耐压测试仪测量电压为585V以上； 400V的耐压测试仪测量电压为520V以上； 250V的耐压测试仪测量电压为325V以上； 200V的耐压测试仪测量电压为260V以上；

超级电容器与电池的优缺点对比

超级电容器比电池更好？ ◆ 超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。 ◆ 超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。 ◆ 超级电容器的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。 ◆ 超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。 ◆ 超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。 ◆ 超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。 ◆ 超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。 超级电容与电池拉平差距的机会? 尽管超级电容器的制作成本每年都在以低于10%的比例减少，但这项技术依然不能在运输行业和自然能源采集方面扩大生产规模。相比电池领域，超级电容器的技术过于落后，想要缩小两者在研发方面的差距，首要任务应解决如下问题： ■ 增加超级电容器生产厂商数量，通过市场竞争的手段刺激相关技术的研发; ■ 扩大高比功率超级电容器的生产规模，实现突破百万件的年生产量; ■将超级电容器当前的制造成本降低50%; ■ 拟定一个超级电容器可持续发展战略，主要针对更高效电极材料的探索。 要达到上述目标需要厂商对超级电容器市场有一个逐年上升的投资力度，主要用于在设备的研发和生产两方面。与此同时，政府扩大资金和技术支持也将起到至关重要的作用。 ————鸣曦电子

电容参数资料

电容的型号功能和应用的详细介绍 1. [capacitance；electric capacity]：电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量，非导电体的下述性质:当非导电体的两个相对表面保持某一电位差时（如在电容器中），由于电荷移动的结果，能量便贮存在该非导电体之中 定义： 电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。 电容的符号是C。 在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等，换算关系是： 1法拉(F)= 1000毫法(mF)＝1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。 相关公式： 一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法，即：C=Q/U 但电容的大小不是由Q或U决定的，即：C=εS/4πkd 。其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离， k则是静电力常量。常见的平行板电容器,电容为C=εS/d.（ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离。）

电容器的电势能计算公式：E=CU^2/2=QU/2 多电容器并联计算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn 多电容器串联计算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn 电容器的型号命名方法 第一部分 | 第二部分 | 第三部分 | 第四部分 名称 | 材料 | 特征 | 序号 电容器 | 符号 | 意义 | 符号 | 意义 | 符号 C 高频瓷 T 铁电 T 低频瓷 W 微调 I 玻璃 J 金属化 符号 Y 釉云母 X 小型 C Z 纸介 D 电压用字母或数字 J 金属化 M 密封 L 纸涤纶 Y 高压

超级电容器和电池的区别.doc

超级电容器和电池的区别 超级电容器与电池的比较 超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。 超级电容器在其额定电压范围内可以被充电至任意电位，且可以完全放出。而电池则受自身化学反应限制工作在较窄的电压范围，如果过放可能造成永久性破坏。 超级电容器的荷电状态(SOC)与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。 超级电容器与其体积相当的传统电容器相比可以存储更多的能量，电池与其体积相当的超级电容器相比可以存储更多的能量。在一些功率决定能量存储器件尺寸的应用中，超级电容器是一种更好的途径。 超级电容器可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输高功率脉冲其寿命大打折扣。 超级电容器可以快速充电而电池快速充电则会受到损害。 超级电容器可以反复循环数十万次，而电池寿命仅几百个循环。

如何选择超级电容器 超级电容器的两个主要应用：高功率脉冲应用和瞬时功率保持。高功率脉冲应用的特征：瞬时流向负载大电流;瞬时功率保持应用的特征：要求持续向负载提供功率，持续时间一般为几秒或几分钟。瞬时功率保持的一个典型应用：断电时磁盘驱动头的复位。不同的应用对超电容的参数要求也是不同的。高功率脉冲应用是利用超电容较小的内阻(R)，而瞬时功率保持是利用超电容大的静电容量(C)。 两种计算公式和应用实例 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***电阻; Uwork(V)：在电路中的正常工作电压 Umin(V)：要求器件工作的最小电压; t(s)：在电路中要求的保持时间或脉冲应用中的脉冲持续时间; Udrop(V)：在放电或大电流脉冲结束时，总的电压降; I(A)：负载电流;

超级电容器材料电化学电容特性测试电子教案

超级电容器材料电化学电容特性测试

华南师范大学实验报告 学生姓名:蓝中舜学号：20120010027 专业：新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级：12新能源课程名称：化学电源实验 实验项目：超级电容器材料电化学电容特性测试 实验类型：验证设计综合实验时间：2014年5月19日-26日 实验指导老师：易芬云组员：吕俊、郭金海、余启鹏 一、实验目的 1、了解超级电容器的原理； 2、了解超级电容器的比电容的测试原理及方法； 3、了解超级电容器双电层储能机理的特点； 4、掌握超级电容器电极材料的制备方法； 5、掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。 二、实验原理 1、超级电容器的原理 超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。 图1 超级电容器的结构图 从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。 (1) 双电层超级电容器的工作原理

双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言,会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。根据双电层理论,双电层的微分电容约为20μF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。双电层电容具有响应速度快，放电倍率高的特点，但储能比电容较小。 (2) 法拉第鹰电容的工作原理 法拉第鹰电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电极活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层中的电荷存储与上述类似,对于化学吸脱附机理来说,一般过程为电解液中的离子一般为或在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面,而后通过界面的电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中若电极材料具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来,这就是法拉第准电容的充放电机理。法拉第鹰电容可以产生高的比电容，但因为法拉第反应的限制，倍率性能比双电层电容小。 目前使用的电极材料主要有碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料，其中碳材料以双电层机理储能，而后两种材料以法拉第赝电容机理储能。 2、循环伏安法（CV）测定材料的比电容 循环伏安法是电化学测量中经常使用的一种重要方法，它一方面能较快的观测到较宽电位范围内发生的电极过程，为电极过程研究提供丰富的信息；另一方面又能通过扫描曲线形状的分析、估算电极反应参数，由此来判断不同因素对电极反应的影响。 控制研究电极的电势以速率ν从起始电位Ei开始向电势负方向扫描，到电势为Em时（时间为λ），电势改变扫描方向，以相同的速率回扫至起始电势，然后再次换向，反复扫描，即采用的电势控制信号为连续三角波信号，如图2-1所示。记录i-E曲线，称为循环伏安曲线（cyclic voltammogram），如图2-2所示。这一测量方法称为循环伏安法（cyclic voltammetry）。

电解电容参数特性

电解电容器的参数特性 上海BIT-CAP技术中心2.1容量 2.1.1标称容量（C R） 电容器设计所确定的容量和通常在电容器上所标出的电容量值。 2.1.2容量公差 容量偏差是指电容器的实际容量离开标称容量的范围，容量偏差一般会标示在出货检验单上和包装箱盒贴上。YM产品的容量公差为±20%。 2.1.3容量偏差等级 为了保证每批电容器容量的一致性，保证客户装在同一台机器上的所有电容器之间的容量偏 差在。特别为每一个电容器贴上表示容量偏差的标签。客户在装机时选用同一标签的电容器装在一台设备内，这样能够有效的保证了同一台设备内的电容器容量的一致性。偏差等级见表1。 容量等级代码容量偏差 D-20%≤Cap＜-15% C-15%≤Cap＜-10% B-10%≤Cap＜-5% A-5%≤Cap＜0 E0≤Cap＜5% F5%≤Cap＜10% G10%≤Cap＜15% H15%≤Cap≤20% 表1容量偏差等级表 2.1.4容量的温度特性 电解电容的容量不是所有的工作温度下都是常量，温度对容量的影响很大。温度降低时，电解液的粘性增加，导电能力下降，容量下降。

图4容量温度特性（测试频率120Hz ） 2.1.5 容量的频率特性 电解电容器的容量决定于温度，还决定于测试频率。容量频率关系：C 代表容量，单位F f 代表频率，单位Hz z 代表阻抗，单位Ω 图5容量频率特性曲线（测试温度20℃） 2.1.6频繁的电压波动及充放电 频繁的电压波动及充放电都会导致容量下降，为了应对频繁的电压波动及充放电的使用条件，特别设计了ER6系列产品（充放电应对品）。详细情况请联系我们。2.2损耗角的正切值tan δ 用于脉动电路中的铝电解电容器，实际上要消耗一部分的有功功率，这可以用损耗角的正切值来表征。损耗角的正切值为在正弦电压下有功功率与无功功率的比值。对于电解电容器较常采用的等效电路，如图6，则损耗角的正切值为： 图6等效串联电路图

电池和超级电容器基础知识

一、电池基础知识 1、一次电池和充电电池有什么区别？ 电池内部的电化学性决定了该类型的电池是否可充，根据它们的电化学成分和电极的结构可知，真正的可充电电池的内部结构之间所发生反应是可逆的。理论上，这种可逆性是不会受循环次数的影响，既然充放电会在电极体积和结构上引起可逆的变化，那么可充电电池的内部设计必须支持这种变化，既然，一次电池仅做一放电，它内结构简单得多且不需要支持这种变化，因此，不可以将一次电池拿来充电，这种做法很危险也很不经济，如果需要反复使用，应有尽有选择真正的循环次数在1000次左右的充电电池，这种电池也可称为一次电池或蓄电池。 2、一次电池和二次电池还有其他的区别吗？ 另一明显的区别就是它们能量和负载能力，以及自放电率，二次电池能量远比一次电池高，然而他们的负载能力相对要小。 3、可充电便携式电池的优缺点是什么？ 充电电池寿命较长，可循环1000次以上，虽然价格比干电池贵，但如果经常使用的话，是比较划算的。充电电池的容量比同规格的碱锰电池或锌碳电池低，比如，他们放电较快。 另一缺点是由于他们几近恒定的放电电压，很难预测放电何时结束。当放电结束时，电池电压会突然降低。假如在照相机上使用，突然电池放完了电，就不得不终止。 但另一方面可充电电池能提供的容量比太部分一次电池高。 但Li-ion电池却可被广泛地用照相器材中，因为它容量高，能量密度大，以及随放电深度的增加而逐渐降低的放电电压。 4、充电电池是怎样实现它的能量转换？ 每种电池都具有电化学转换的能力，即将储存的化学能直接转换成电能，就二次电子（也叫蓄电池）而言（另一术语也称可充电使携式电池），在放电过程中，是将化学能转换成电能；而在充电过程中，又将电能重新转换成化学能。这样的过程根据电化学系统不同，一般可充放电500次以上，而我司产品li-ion可重复充放电1000次以上。Li-ion是一种新型的可充电便携式电池。它的额定电

超级电容与电池配合模式

超级电容器与锂电池进行组合 随着电动汽车电池的技术难题被逐一攻克，电动汽车的产业化步伐正渐渐逼近。由于新能源汽车日益红火，在2011年12月7日至10日召开的法兰克福汽车配件展也融入了新能源元素，在10日举办了第二届中国新能源汽车及配套产业发展论坛。 与业内鼓吹新能源弯道超车无望的悲观派相比，全球最大电动车专业制造商ZAP大中华区业务发展执行副总裁聂天心和上海瑞华（集团）有限公司（简称瑞华）副总经理陆政德均表示非常看好未来新能源汽车的发展。 聂天心在会上说到，其实新能源汽车并不是一个新的概念，早在1890年在 美国电动汽车与汽油车的销量比是10：1,美国上流人士都是使用电动汽车，并作为一种身份的象征。 数据显示，美国传统内燃机的原油转化效率最理想的状态可达40%，目前市场上最好的汽油机只有30%多。而市场上的电动汽车能源转化率已有80%，乐观估计应该能达到94%。 与对中国电动汽车前景持怀疑态度的悲观派相比，目前电动汽车乐观派大有占据上峰态势，中国电动汽车产业化步伐也渐渐逼近，因为电动汽车的技术难题正在被一群疯狂痴迷电动汽车的专业人群攻克，陆政德就是其中一位。 陆政德在接受中国产业园区网记者采访时表示，目前电动汽车发展主要有两大技术瓶颈，一是电池的续驶里程不稳定，电动汽车续驶里程不稳定主要表现在续驶里程会逐渐减少。二是纯电动汽车续驶里程有限。 目前这两大瓶颈都不再是问题，”陆政德对记者说道，电池续驶里程不稳定问题可以通过能量转移解决，纯电动汽车续驶里程有限可以通过加装小型燃油发动机系统（即增呈式电动车）解决。 电池续驶里程不稳定主要是由于单体电池性能不一致造成。陆政德形象地说 道，不同单体电池的性能差好比姚明和潘长江身高差，如何让他俩的个头一样高， 就需要将性能优良的电池能量转移到性能差的电池上，保持两者能量的一致性，这样就可以做到电动车后期续驶里程能稳定。 另外，瑞华已经成功实现将超级电容器与锂电池进行组合，以延长续驶里程和增强电池的寿命。 超级电容器好比一个具有超强爆发力的短跑运动员，而锂电池好比一个耐力很强的长跑运动员。将两者结合起来，将会同时兼具两者的优点。 超级电容器与锂电池组合后，超级电容器能将电动汽车刹车时产生的能量储存起来，并传导到锂电池内，延长电动汽车的续驶里程。 由于电动汽车刹车对锂电池会有损伤，但从超级电容器内获取电量进行刹车，就不会对锂电池造成损伤，还可以延长锂电池的寿命。 为降低电动汽车自燃概率，随时检测电池在电动汽车运行中的状态，瑞华已经成功开发出一整套电子监控系统和数据中心系统。登录瑞华电动汽车数据中心可查询各个时段电池运行的详细情况。 来源：新能源新材料2012.5 新型电极都有4至5纳米宽的孔隙，高孔隙率具有高概况积，可以存储海量的电荷，有一家新创公司名为纳米屯公司，这家公司说，它的超级电容器手艺可以使电动汽车更廉价，而且延迟行驶里程。该公司位于加州山景城，公司开发出一种体例，用以制备电极，制成的超级电容器具有5至7倍的存储能力，这是对比传统超电容器而言。

超级电容器的三种测试方法详解

超级电容器电极材料性能测试的三种常用电化学方法，欢迎大家一起交流 ★★★★★★★★★★ 关于超级电容器电极材料性能测试常用的三种电化学手段，大家一起交流交流自己的经验。我先说说自己的蠢蠢的不成熟的经验。不正确或者不妥的地方欢迎大家指正批评，共同交流。希望大家都把自己的小经验，测试过程中遇到的问题后面如何解决的写出来，共同学习才能共同进步。也希望大家可以真正的做到利用电化学板块解决自己遇到的电化学问题。 循环伏安cyclic voltammetry (CV) 由CV曲线，可以直观的知道大致一下三个方面的信息 ? Voltage window（水系电解液的电位窗口大致在1V左右，有机电解液的电位窗口会在2.5V 左右）关于很多虫虫问，电位窗口应该从具体的哪个电位到哪个电位，这个应该和你的参比电极和测试体系有关。工作站所测试的电位都应该是相对于参比电极的，所以不要纠结于为什么别人的是0-1V，而你测试的是-0.5-0.5V，这个与参比电极的本身电位（相对于氢标的电位）以及测试的体系本身有很大关系。 ?Specific capacitance （比电容，这个是超级电容器重要的参数之一，可以利用三种测试手段来计算，我一般都是利用恒电流充放电曲线来计算） ?Cycle life （超级电容器电极材料好坏的另一个比较重要的参数，因为一个很棒的电极材料应该是要做到既要有比较高的比电容又要有比较好的循环稳定性） 测试的时候比较重要的测试参数：扫描速度和电位扫描范围。电位的扫描范围，一般会在一个比较宽的范围扫描一次然后选择电容性能还比较好的区间再进行线性扫描，扫描速度会影响比电容，相同的电极材料相同测试体系扫速越大计算出的比电容会越小。 恒电流充放电 galvanostatic charge–discharge (GCD) 由GCD测试曲线，一般可以得到以下几方面的信息： ?the change of specific capacitance（比电容的变化可以从有限多次的恒电流充放电中体现，直观的就是每次充放电曲线的放电时间的变化） ?degree of reversibility(由充放电曲线的对称也可以中看出电极材料充放电的可逆性) ?Cycle life（循环寿命，换句话也就是随着充放电次数的增多，电极材料比电容的保持率）恒电流充放电测试过程中比较重要的测试参数有电流密度，还有充放电反转的电位值。电流密度可以设置为电流/电极面积，也可以设置为电流/活性物质质量。我在测试的过程中一般依据活性物质的质量设置为XXmA/mg。充放电反转的电位值可以依据循环伏安的电位窗口，可以设置为该区间或者小于该区间。 交流阻抗 electrochemical impedance spectroscopy (EIS) 由交流阻抗曲线可以看出体系随着频率改变的变化趋势，得出测试体系某个状态下的包括溶液电阻、扩散阻抗的情况，可以通过测试交流阻抗对测试的未知体系进行电化学元件模拟。

电容参数X5R,X7R,Y5V,COG详解(精)

电容参数：X5R，X7R，Y5V，COG 详解 在我们选择无极性电容式，不知道大家是否有注意到电容的X5R，X7R，Y5V，COG等等看上去很奇怪的参数，有些摸不着头脑，本人特意为此查阅了相关的文献，现在翻译出来奉献给大家。 这类参数描述了电容采用的电介质材料类别，温度特性以及误差等参数，不同的值也对应着一定的电容容量的范围。具体来说，就是： X7R常用于容量为3300pF~0.33uF的电容，这类电容适用于滤波，耦合等场合，电介质常数比较大，当温度从0°C 变化为70°C时，电容容量的变化为±15%； Y5P与Y5V常用于容量为150pF~2nF的电容，温度范围比较宽，随着温度变化，电容容量变化范围为±10%或者 +22%/-82%。 对于其他的编码与温度特性的关系，大家可以参考表4-1。例如，X5R的意思就是该电容的正常工作温度为 -55°C~+85°C，对应的电容容量变化为±15%。 表4-1 电容的温度与容量误差编码 下面我们仅就常用的NPO、X7R、Z5U和Y5V来介绍一下它们的性能和应用以及采购中应注意的订货事项以引起大家的注意。不同的公司对于上述不同性能的电容器可能有不同的命名方法，这里我们引用的是AVX公司的命名方法，其他公司的产品请参照该公司的产品手册。 NPO、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。所以在

使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。 一、NPO电容器 NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。NPO电容的漂移或滞后小于±0.05%， 相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同，大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。下表给出了NPO 电容器可选取的容量范围。 NPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。 二 X7R电容器 X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。 X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的，它也随时间的变化而变化，大约每10年变化1%ΔC，表现为10年变化了约5%。 X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。下表给出了X7R电容器可选取的容量范围。 三 Z5U电容器 Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围，对于Z5U电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷单片电容起来说在相同的体积下Z5U电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大，它的老化率最大可达每10年下降5%。 尽管它的容量不稳定，由于它具有小体积、等效串联电感（ESL）和等效串联电阻（ESR）低、良好的频率响应，使其具有广泛的应用范围。尤其是在退耦电路的应用中。下表给出了Z5U电容器的取值范围。 Z5U电容器的其他技术指标如下:工作温度范围+10℃ --- +85℃ 温度特性 +22% ---- -56% 介质损耗最大 4% 四 Y5V电容器 Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%。 Y5V的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μF电容器。 Y5V电容器的取值范围如下表所示 Y5V电容器的其他技术指标如下:工作温度范围 -30℃ --- +85℃ 温度特性 +22% ---- -82% 介质损耗最大 5% 贴片电容器命名方法可到AVX网站上找到。 NPO,X7R及Y5V电容的特性及主要用途 NPO的特性及主要用途 属1类陶瓷介质，电气性能稳定，基本上不随时间、温度、电压变化，适用于高可靠、高稳定的高额、特高频场合。特性： 电容范围 1pF～0.1uF (1±0.2V rms 1MHz) 环境温度： -55℃～+125℃ 组别：CG 温度特性：0±30ppm/℃ 损耗角正切值： 15x10-4 绝缘电阻：≥10GΩ 抗电强度： 2.5倍额定电压 5秒浪涌电流：≤50毫安

替代蓄电池的超级电容储能模块设计

替代蓄电池的超级电容储能模块设计 引言 电能是当代社会不可或缺的重要资源，而储能设备的优劣直接影响着电力设备的充分应用。近年来随着便携式设备、不间断电源系统以及电动车的大量开发使用，蓄电池的使用量日益增加。可充电蓄电池，特别是铅酸蓄电池凭借其价格低廉、性能稳定、没有记忆功能等卓越特点普遍应用在各行各业。但蓄电池受其先天条件的制约，存在着循环寿命差、高低温性能差、充放电过程敏感、深度放电性能容量恢复困难、环境污染的问题，传统蓄电池已经越来越无法满足人们对储能系统的要求。 超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件，也称为电化学电容。它既具有静电电容器的高放电功率优势又像电池一样具有较大电荷储存能力[1，2],单体的容量目前已经做到万法拉级。同时，超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置灵活、环境友好免维护等优点。自1957年美国人Becker发表第一篇关于超级电容的专利以来，超级电容的应用范围越来越广:在直流电气化铁路供电、UPS等应用方向进行研究，目前已开发出了50kVA和80kVA的实验样机[3]；利用超级电容器配合蓄电池作为辅助动力源，促进汽车的能源回收，提高能源利用率[4]，并出现了超级电容混合动力汽车[5]。随着超级电容性能的提升，它将有望在小功耗电子设备、新能源利用以及其他一些领域中部分取代传统蓄电池。 本文介绍了一种基于超级电容设计的用以替代12V蓄电池的超级电容模块，通过计算分析得出模块的组合结构、最佳充电电流范围、充电时间以及总的输出能量。该模块具有寿命长，不造成污染，功率和能量密度大等优点，具有很好的开发应用前景。 一、超级电容储能模块的设计 由于超级电容的放电不完全，存在最低工作电压，所以单体超级电容的能量为 ，其中C为超级电容的单体电容量，为单体超级电容充电 完成的电压值。 超级电容器单体储存能量有限且耐压不高，需要通过相应的串连并联方法扩容，扩大超级电容的使用范围。而通过相应的DC-DC芯片可以提高超级电容的最低工作电压。假设超级电容以m个串联，n组并联的方式构成。则每个超级电容的能量输出为 (1) 其中，为芯片的最低启动电压。故超级电容阵列的能量总输出为，为超级电容的总能量。 本文采用SU2400P-0027V-1RA超级电容，具有较高的功率比、能量比和较低的等效串联电阻（ESR（DC）=1mΩ）。为了构成替代12V蓄电池的超级电容模块，我们采用8

超级电容器工作原理

超级电容器工作原理 超级电容器既拥有与传统电容器一样较高的放电功率，又拥有与电池一样较大的储存电荷的能力。但因其放电特性仍与传统电容器更为相似，所以仍可称之为“电容”。到现在为止，对于超级电容器的名称还没有统一的说法，有的称之为“超电容器”，有的称之为“电化学电容器”“双电层电容器”，有的还称之为“超级电容器”，总之名称还不统一。但是有人提出根据其储能机理，分为双电层电容器（靠电极 -电解质界面形成双电层）和赝电容器（靠快速可逆的化学吸-脱附或氧化-还原反应产生赝电容）两类。 （一）双电层电容器的基本原理 双电层电容器是利用电极材料与电解质之间形成的界面双电层 来存储能量的一种新型储能元件。当电极材料与电解液接触时，由于界面间存在着分子间力、库仑力或者原子间力的相互作用，会在固液界面处出现界面双电层，是一种符号相反的、稳定的双层电荷。对于一个电极-溶液体系来说，体系会因电极的电子导电和电解质溶液的离子导电而在固液界面上形成双电层。当外加电场施加在两个电极上后，溶液中的阴、阳离子会在电场的作用下分别向正、负电极迁移，而在电极表面形成所谓的双电层；当外加电场撤销后，电极上具有的正、负电荷与溶液中具有相反电荷的离子会互相吸引而使双电层变得更加稳定，这样就会在正、负极间产生稳定的电位差。 在体系中对于某一电极来说，会在电极表面一定距离内产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷，来使其保持电中性；当将两极和外

电源连接时，由于电极上的电荷迁移作用而在外电路中产生相应的电流，而溶液中离子迁移到溶液中会呈现出电中性，这就是双电层电容器的充放电原理。 从理论上说，双电层中存在的离子浓度要大于溶液本体中离子浓度，这些浓度较高的离子受到固相体系中异性电荷吸引的同时，还会有一个扩散回溶液本体浓度较低区域的趋势。电容器的这种储能过程是可逆的，因为它是通过将电解质溶液进行电化学极化实现的，整个过程并没有产生电化学反应。双电层电容器的工作原理如下图所示： （二）法拉第准电容器的基本原理 法拉第准电容器是在双电层电容器后发展起来的，有人将其简称为准电容。这种电容的产生是因为电极活性物质在其表面或者体相中

超级电容器跟锂电池区别

超级电容器（Supercapacitors，ultracapacitor），又名电化学电容器(Electrochemical Capacitors)，双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。 锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应： Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应，放电。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。

本质来说，超级电容器（双电层）是电容器。储能少。锂电是化学电池。储能多。超级电容具有大功率密度，锂离子电池具有大能量密度。 超级电容器与锂电池相同点都可以贮存能量，不同点是超级电容量瞬间充电瞬间放电。 超级电容器充放电都是物理过程，锂电池是化学过程。 越级电容的最大优势在瞬时大电流上，而电池的优势在适当电流的持续释放上，所以二者可以互补使用，例如在电动车的使用方面最佳方案就是结合使用的，电容主要用于启动时的瞬态高流。 超容的优势在于其储能过程是一个物理过程，功率密度大，电池在于其持续的放电能力，能量密度远大于超容。 超级电容器，分为双电层电容器和不对称的赝电容：双电层电容器的正负极都使用活性炭作为电极材料，利用起超大的比表面积来储存电荷，是一种物理过程;不对称的正极使用的是氧化物，利用氧化还原来储存电荷，负极和上述双电层电容器一样。锂离锂电池，正极材料氧化还原，负极是锂离子的嵌入和脱出。 超级电容器不同于电池，在某些应用领域，它可能优于电池。有时将两者结合起来，将电容器的功率特性和电池的高能量存储结合起来，不失为一种更好的途径。

超级电容器基本原理及性能特点

聚焦超级电容选型与应用 上网时间：2010-05-27 作者：Zoro 来源：电子元件技术网 超级电容和电池都是能量的存储载体，但二者有不同的特点。超级电容通过介质分离正负电荷的方式储存能量，是物理方法储能，电池是通过化学反应的方法来储能。超级电容充放电次数可达百万次，而电池只有1000次，显然超级电容寿命要远大于电池，降低维护成本且有利于环保。 超级电容充放电速度快，能够在机车启动时提供能量，刹车时捕获能量，因为超级电容充放电的时间在1秒左右，正好与机车刹车或启动的时间匹配。其他设备比如风力发电中，风轮机变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。而电池的充放电大概在1小时到10个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放电为0.03秒。 超级电容放电速度快，而且容量大，能够瞬间释放巨大的能量，能够用作备用电源，在系统突然断电时，在极短时间内为系统提供能量。超级电容也可以用作发动机或动力电池的辅助，提高发动机的运行效率和能量利用效率。在系统启动时，超级电容将捕获的能量释放，满足峰值功率要求，从而减轻电池或发动机的负担。 除此之外，超级电容还能用于自动抄表系统中的智能电表（水表，燃气表）、相机闪光灯、混合动力汽车。超级电容节能、环保、高效的特点迎合了当下节能减碳的设计诉求。本期半月谈聚焦超级电容，通过以下三个方面介绍超级电容：

超级电容器基本原理及性能特点 超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。 超级电容与电池的比较 相对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，超级电容具有节能、超长使用寿命、安全、环保、宽温度范围、充电快速、无需人工维护等优点。本文通过图表来对比各种不同储能产品的特点。 超级电容的典型应用与选型 超级电容容量大，充放电速度快，而且充放电循环可达百万次，非常适合用作备用电源和提供峰值功率。本文介绍超级电容的工作原理，并着重介绍在集装箱龙门吊车和智能电表上的应用。

常用电容器主要参数与特点

常用电容器主要参数与特点 1、标称电容量和允许偏差 标称电容量是标志在电容器上的电容量。 电解电容器的容值，取决于在交流电压下工作时所呈现的阻抗。因此容值，也就是交流电容值，随着工作频率、电压以及测量方法的变化而变化。在标准JISC 5102 规定：铝电解电容的电容量的测量条件是在频率为 120Hz，最大交 流电压为（Voltage Root Mean Square，通常指交流电压的有效值），DC bias （直流偏压直流偏置直流偏移直流偏磁）电压为～的条件下进行。可以断言，铝电解电容器的容量随频率的增加而减小。 电容器中存储的能量 E = CV^2/2 电容器的线性充电量 I = C （dV/dt） 电容的总阻抗（欧姆） Z = √ ［ RS^2 + （XC – XL）^2 ］ 容性电抗（欧姆） XC = 1/（2πfC）

电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差，在允许的偏差范围称精度。 精度等级与允许误差对应关系：00（01）-±1%、0（02）-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ-（+20%-10%）、Ⅴ-（+50%-20%）、Ⅵ-（+50%-30%） 一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级，根据用途选取。 2、额定电压 在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值，一般直接标注在电容器外壳上，如果工作电压超过电容器的耐压，电容器击穿，造成不可修复的永久损坏。 3、绝缘电阻 直流电压加在电容上，并产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻。 当电容较小时，主要取决于电容的表面状态，容量〉时，主要取决于介质的性能，绝缘电阻越大越好。 电容的时间常数：为恰当的评价大容量电容的绝缘情况而引入了时间常数，他等于电容的绝缘电阻与容量的乘积。 4、损耗 电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值，电容的损耗主要由介质损耗，电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。

超级电容选用计算

二、超级电容的主要特点、优缺点 尽管超级电容器能量密度是蓄电池的5%或是更少，但是这种能量的储存方式可以应用在传统蓄电池不足之处与短时高峰值电流之中。相比电池来说,这种超级电容器有以下几点优势： 1.电容量大，超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极，与电解液接触的面积大大增加,根据电容量的计算公式,两极板的 表面积越大,则电容量越大。因此，一般双电层电容器容量很容易超过1F,它的出现使普通电容器的容量围骤然跃升了3～4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达5000F。 2.充放电寿命很长，可达500000次,或90000小时，而蓄电池的充放电寿命很难超过1000次;可以提供很高的放电电流，如2700F的超级电容器额定放电电流不低于950A,放电峰值电流可达1680A，一般蓄电池通常不能有如此高的放电电流，一些高放电电流的蓄电池在如 此高的放电电流下的使用寿命将大大缩短。 3.可以数十秒到数分钟快速充电，而蓄电池在如此短的时间充满电将是极危险的或是几乎不可能。 4.可以在很宽的温度围正常工作（-40℃～+70℃），而蓄电池很难在高温特别是低温环境下工作;超级电容器用的材料是安全和无毒的,而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池均具有毒性;而且,超级电容器可以任意并联使用来增加电容量,如采取均压措施后,还可以串联使用。 因此，可以用简短的词语总结出超级电容的优点： ● 在很小的体积下达到法拉级的电容量； ● 无须特别的充电电路和控制放电电路 ● 和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响； ● 从环保的角度考虑，它是一种绿色能源； ● 超级电容器可焊接，因而不存在象电池接触不牢固等问题。 缺点：