交流電路中怎么使用超級(jí)電容儲(chǔ)能?

【專家解說】：超級(jí)電容的特點(diǎn)

超級(jí)電容的容量比通常的電容器大得多。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相同，因此也有稱作“電容電池”。 超級(jí)電容屬于雙電層電容器，它是世界上已投入量產(chǎn)的雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。

(1)充電速度快，充電10秒~10分鐘可達(dá)到其額定容量的95%以上; (2)循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)1~50萬次，沒有“記憶效應(yīng)”; (3)大電流放電能力超強(qiáng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率≥90%; (4)功率密度高，可達(dá)300W/KG~5000W/KG，相當(dāng)于電池的5~10倍; (5)產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源; (6)充放電線路簡(jiǎn)單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長(zhǎng)期使用免維護(hù); (7)超低溫特性好，溫度范圍寬-40℃~+70℃; (8)檢測(cè)方便，剩余電量可直接讀出; (9)容量范圍通常0.1F--1000F 。 法拉(farad)，簡(jiǎn)稱“法”，符號(hào)是F 1法拉是電容存儲(chǔ)1庫(kù)侖電量時(shí)，兩極板間電勢(shì)差是1伏特1F=1C/1V 1庫(kù)侖是1A電流在1s內(nèi)輸運(yùn)的電量，即1C=1A·S。 1庫(kù)侖=1安培·秒 1法拉=1安培·秒/伏特
[編輯本段]類比
電瓶(蓄電池)12伏14安時(shí)的放電量=14*3600/12=4200 法拉(F) 地球的電容值僅有1-2F左右 超級(jí)電容與電池比較，有如下特性: a.超低串聯(lián)等效電阻(LOW ESR)，功率密度(Power Density)是鋰離子電池的數(shù)十倍以上，適合大電流放電，(一枚4.7F電容能釋放瞬間電流18A以上)。 b. 超長(zhǎng)壽命，充放電大于50萬次，是Li-Ion電池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達(dá)68年。 c. 可以大電流充電，充放電時(shí)間短，對(duì)充電電路要求簡(jiǎn)單，無記憶效應(yīng)。 d. 免維護(hù)，可密封。 e.溫度范圍寬-40℃~+70℃，一般電池是-20℃~60℃。
補(bǔ)充
◆ 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。 ◆ 超級(jí)電容器可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個(gè)無反應(yīng)活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負(fù)離子，負(fù)極板吸引正離子，實(shí)際上形成兩個(gè)容性存儲(chǔ)層，被分離開的正離子在負(fù)極板附近，負(fù)離子在正極板附近。(見圖1) 一、超級(jí)電容器為何不同于傳統(tǒng)電容器其"超級(jí)"在哪? ◆ 超級(jí)電容器在分離出的電荷中存儲(chǔ)能量，用于存儲(chǔ)電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。 ◆ 傳統(tǒng)電容器的面積是導(dǎo)體的平板面積，為了獲得較大的容量，導(dǎo)體材料卷制得很長(zhǎng)，有時(shí)用特殊的組織結(jié)構(gòu)來增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。 ◆ 超級(jí)電容器的面積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結(jié)夠允許其面積達(dá)到2000m2/g，通過一些措施可實(shí)現(xiàn)更大的表面積。超級(jí)電容器電荷分離開的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離(<10 Å)和傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實(shí)現(xiàn)的距離更小。 ◆ 這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級(jí)電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級(jí)”所在。 二超級(jí)電容器有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)? 1、 優(yōu)點(diǎn) ◆ 在很小的體積下達(dá)到法拉級(jí)的電容量; ◆ 無須特別的充電電路和控制放電電路 ◆ 和電池相比過充、過放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響; ◆ 從環(huán)保的角度考慮，它是一種綠色能源; ◆ 超級(jí)電容器可焊接，因而不存在象電池接觸不牢固等問題; 2、缺點(diǎn) ◆ 如果使用不當(dāng)會(huì)造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象; ◆ 和鋁電解電容器相比，它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路; 三、超級(jí)電容器都有哪些應(yīng)用? ◆ 超級(jí)電容器的低阻抗對(duì)于當(dāng)今許多高功率應(yīng)用是必不可少的。對(duì)于快速充放電，超級(jí)電容器小的ESR意味著更大的功率輸出。 ◆ 瞬時(shí)功率脈沖應(yīng)用，重要存儲(chǔ)、記憶系統(tǒng)的短時(shí)間功率支持。 四、應(yīng)用舉例 1、快速充電應(yīng)用，幾秒鐘充電，幾分鐘放電。例如電動(dòng)工具、電動(dòng)玩具; 2、在UPS系統(tǒng)中，超級(jí)電容器提供瞬時(shí)功率輸出，作為發(fā)動(dòng)機(jī)或其它不間斷系統(tǒng)的備用電源的補(bǔ)充; 3、應(yīng)用于能量充足，功率匱乏的能源，如太陽能; 4、當(dāng)公共汽車從一種動(dòng)力源切換到另一動(dòng)力源時(shí)的功率支持; 5、小電流，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)放電，例如計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器后備電源; 五、我可以多快給超級(jí)電容器放電? ◆ 超級(jí)電容器可以快速充放電，峰值電流僅受其內(nèi)阻限制，甚至短路也不是致命的。 ◆ 實(shí)際上決定于電容器單體大小，對(duì)于匹配負(fù)載，小單體可放10A，大單體可放1000A。 ◆ 另一放電率的限制條件是熱，反復(fù)地以劇烈的速率放電將使電容器溫度升高，最終導(dǎo)致斷路。 六、我怎么樣控制超級(jí)電容器的放電? ◆ 超級(jí)電容器的電阻阻礙其快速放電，超級(jí)電容器的時(shí)間常數(shù)τ在1~2s，完全給阻-容式電路放電大約需要5τ，也就是說如果短路放電大約需要5~10s。(由于電極的特殊結(jié)構(gòu)它們實(shí)際上得花上數(shù)個(gè)小時(shí)才能將殘留的電荷完全放干凈) 七、超級(jí)電容器比電池更好? ◆ 超級(jí)電容器不同于電池，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，它可能優(yōu)于電池。有時(shí)將兩者結(jié)合起來，將電容器的功率特性和電池的高能量存儲(chǔ)結(jié)合起來，不失為一種更好的途徑。 ◆ 超級(jí)電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學(xué)反應(yīng)限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。 ◆ 超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)(SOC)與電壓構(gòu)成簡(jiǎn)單的函數(shù)，而電池的荷電狀態(tài)則包括多樣復(fù)雜的換算。 ◆ 超級(jí)電容器與其體積相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量，電池與其體積相當(dāng)?shù)某?jí)電容器相比可以存儲(chǔ)更多的能量。在一些功率決定能量存儲(chǔ)器件尺寸的應(yīng)用中，超級(jí)電容器是一種更好的途徑。 ◆ 超級(jí)電容器可以反復(fù)傳輸能量脈沖而無任何不利影響，相反如果電池反復(fù)傳輸高功率脈沖其壽命大打折扣。 ◆ 超級(jí)電容器可以快速充電而電池快速充電則會(huì)受到損害。 ◆ 超級(jí)電容器可以反復(fù)循環(huán)數(shù)十萬次，而電池壽命僅幾百個(gè)循環(huán)。 八、如何選擇我所需的超級(jí)電容器? ◆ 首先，功率要求、放電時(shí)間及系統(tǒng)電壓變化起決定作用。 ◆ 超級(jí)電容器的輸出電壓降由兩部分組成，一部分是超級(jí)電容器釋放能量;另一部分是由于超級(jí)電容器內(nèi)阻引起。兩部分誰占主要取決于時(shí)間，在非?？斓拿}沖中，內(nèi)阻部分占主要的，相反在長(zhǎng)時(shí)間放電中，容性部分占主要。 ◆ 以下基本參數(shù)決定您選擇電容器的大小 1、 最高工作電壓; 2、 工作截止電壓; 3、 平均放電電流; 4、 放電時(shí)間多長(zhǎng)