Rutronik News

超级电容(EDLC)技术指南

Created by 儒卓力超级电容产品营销经理Gary Zhang |   Asia Knowledge Rutronik

双电层电容器(EDLC)有时也称为电双层电容器,或超级电容器,是拥有高能量密度的电化学电容器,比传统的电解电容容量高上数百倍至千倍不等的元件。

超级电容的原理

超级电容中没有类似陶瓷电容器和电解电容器的电介质,而是利用固体(电极)和液体(电解液)的界面形成的电气双层来代替电介质。容量的大小与在界面形成的电气双层成正比。因此电极通过利用比表面积的大活性炭来实现大容量。基本构造是通过电解液填满相互对立的正负电极构造。如图一所示。

 

超级电容的构造

超级电容利用电解液中离子对电极表面的吸附·脱离来充放电。在相向而行的电极上施加使电解液不发生电气分解程度的电压,电解液中的离子受电极表面吸附,储存对象是与之相对的电荷(电子和空孔)。将这种离子和电子/离子和空孔相对排列的状态称为超级电容。如图二所示。

 

超级电容的制程

一般来说,超级电容由正极电极、负极电极、电解液(以及电解质盐),和防止由于接触与之反向的电极造成短路的分离器构成,电极由集电体上涂抹活性炭粉末构成。具体由特质碳粉涂抹在铝薄膜两面经过涂层,隔离、充液、封边、密封、测试等工艺构成,如图三所示。

 

超级电容与电池的性能比较

超级电容为功率型元件, 拥有充放电时间短,功率密度大,循环使用寿命大,工作温度范围宽的优点,而电池为能量型器件,其相对于超级电容除单位质量储存的能量大之外,在充电时间,充放电循环次数及工作范围等参数均不及超级电容。具体对比如图四所示。

 

超级电容的分类

超级电容按照形状可分为纽扣形、方块形、柱状插件形、牛角形和模组形。

 

如何使用超级电容

超级电容可用于以下的目标应用:

汽车工业:

  • 电子板稳定、启动/停止
  • X-by-wire功能、E-turbo
  • EV、HEV支持

 

交通运输:

  • 混合动力公交车
  • 轨道电压稳定和推进系统

 

电网及可更生能源:

  • 风力涡轮机桨距系统
  • 电网储能/智能计量
  • UPS

 

工业

  • 电梯
  • 起重机,跨运车
  • 执行器

 

总的来说,有意在这些用例中使用超级电容的开发人员,若要在设计中充分发挥这些元件的效益来达到产品设计的目标,在进行设计时便要考虑超级电容产品在实际工作时的特性,包括:

 

o电容范围:0.1F-10000F
o高充电/放电电流(高达数百A)
o快速充电/放电循环(仅几秒钟)
o使用寿命长(超过100万次循环)
o宽工作温度范围(-40°C至+ 85°C)

 

下面两个范例具体说明了把超级电容用于不同应用的具体情况。

 

范例一:作为主电源停电及关断期间的后备用电源:

 

在关机及更换电源时,随机存储器中的信息、时钟等记忆信息需要用备用电源来维持。在这种情况下,采用超级电容可保护这些信息,保护时间可根据电路条件和超级电容的容量达到几分钟到几个月不等。断电后待机时间的长短主要取决于电路本身功耗 ,主要应用于智能水,电,气表,无线通信与消费电子,家电和玩家等。

 

范例二:在其新能源汽车与再生系统提供瞬时大功率与能量回收:

 

当汽车制动时,发动机制动中仍有运转过程。为了使能源快速回收,一般用蓄电池来回收它,但由于频繁的快速充电降低了蓄电池的使用寿命。而使用超级电容几乎能够将能源近乎100%地快速回收,然后再向负载及电池输送电能,以实现能源的有效利用。同时,由于法拉电容具较大的放电功率,因此在汽车起动和加速过程中可使蓄电池的寿命延长,并使组数减少,从而减轻车体自身重量。

 

在负载侧有电动机或传动装置等强负载系统中,当大负载突然起动时,一般都需要一个很大的瞬间电流,这时,如果电源能量不足,电源电压将瞬间下降,从而使控制电路产生误操作,如果增大电源容量,对于平常不需大电流的工作场合来说,这显然是一种浪费。而在系统中增加大功率超级电容就可用较小容量的电源刷驱动较大的负载。这就是超级电容主要用途之一。

 

儒卓力的超级电容产品线覆盖广,包含AVX、EATON(伊顿)、KORCHIP、Panasonic(松下)、SAMWHA(三和)、sech。

 

如需了解更多关于超级电容的产品信息,请联系Rutronik产品营销经理:

Gary Zhang: +86 185 0300 8662