超级电容器和电池的区别.doc
超级电容器与锂离子电池的区别
首先呢我也知道也有不少的组呢选择了锂离子电池,所以我要先强调无论是锂离子电池还是超级电容器它们都是无数科学家的汗水和智慧的结晶,所以它们在不同的领域各自发挥着它们不同的作用,所以此次报告我也只是从客观因素上对二者在一些性能上做一些阐述,并非因我们组选择超级电容器就否定锂离子电池对人类和社会的贡献。
超级电容器与锂离子电池的区别
两种电子器件的基础知识。
1.超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor),又叫双电层电容器(Electrical
Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件,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。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板,在极板上加电,正极板吸引电解质中的负离子,负极板吸引正离子,实际上形成两个容性存储层,被分离开的正离子在负极板附近,负离子在正极板附近。
2.锂离子电池:是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动
来工作。在充放电过程中,Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极,是现代高性能电池的代表。
两种电子器件的工作原理。
1.超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时,
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。
超级电容,锂离子电容 电池
超级电容器(Supercapacitor)和锂离子电池(Lithium-ion battery)是两种不同的能量存储设备,它们在工作原理、性能特点以及应用领域上有着本质的区别。以下是关于这两种设备的详细介绍:
超级电容器(又称为超电容或超级电容):
超级电容器是一种高容量的电能储存装置,它能以静电场的形式存储和释放能量。超级电容器主要由两个多孔的电极和电解质组成,当电压施加到电极上时,电极表面会积累电荷,形成静电场。由于电极材料的多孔性,超级电容器能够在其表面积累大量的电荷,从而具有很高的电容值。超级电容器的主要优点是能够快速充放电(几秒至几分钟内),循环寿命长(可达百万次),且具有较高的功率密度。然而,它们的能量密度相对较低,这意味着它们不能存储大量的能量。
锂离子电池:
锂离子电池是一种可充电电池,它通过锂离子在正负极材料之间的移动来存储和释放能量。在充电过程中,锂离子从正极材料中脱嵌并通过电解质移动到负极材料中嵌入;放电过程则相反。锂离子电池具有高能量密度,能够存储大量的能量,这使得它们非常适合用于需要长时间供电的场合,如手机、笔记本电脑和电动汽车。锂离子电池的充放电周期相对
较慢,通常需要数小时来完成一次完整的充电或放电,并且它们的循环寿命也有限,通常在几千次充放电周期后性能会明显下降。
比较:
1. 能量密度:锂离子电池的能量密度远高于超级电容器,这意味着在相同体积或重量下,锂离子电池能够存储更多的能量。
2. 功率密度:超级电容器的功率密度高于锂离子电池,能够提供更高的瞬时功率输出。
3. 充放电速度:超级电容器可以在短时间内快速充电和放电,而锂离子电池需要较长的时间进行充放电。
锂电池与超级电容的对比
锂电池与超级电容的对比
说起超级电容,很多人都处于蒙圈状态。这是个什么东西,和我们的世界有关系么?
首先,我先介绍一下什么是超级电容,超级电容是介于传统电容器和电池之间的一种可以储存电能的装置,因其具有功率高、循环寿命长、安全可靠等特点,被广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域,因而成为近年来重要的储电研究项目。本文重点对比锂电池与双电层电容。
下表为锂电池与一种超级电容双电层电容的对比。
从表中可以看出,双电层电容器在存储量、使用寿命等方面存在巨大优势,但在能量密度方面也存在极大的缺点,也将成为今后双电层电容器乃至超级电容器的研究焦点。
电池与超级电容电路
电池与超级电容电路
电池和超级电容器是目前广泛应用于电子设备中的两种重要的电源存储装置。虽然它们都有能够存储电能的功能,但它们的工作原理和性能有很大的不同。
电池的工作原理是通过化学反应将化学能转化为电能,它们的储能能力主要取决于电极材料和电解液的储能性能。电池的优点是能够提供比较稳定的电压和长时间的储能能力,但缺点是其能量密度相对较低,且需要定期更换电池。
超级电容器的工作原理是通过静电作用存储电荷,它们的储能能力主要受到电极材料和电解液的表面积和电导性的影响。超级电容器的优点是具有高功率输出和长寿命的特点,但能量密度相对较低,需要较频繁的充放电。
在实际应用中,电池和超级电容器通常会结合使用,形成电池与超级电容电路。这种电路可以充分利用两种电源的优点,同时避免它们的缺点,从而提高电子设备的能效和使用寿命。
总之,电池和超级电容器都是重要的电源存储装置,在不同的应用场景下有着独特的优势和局限性,电池与超级电容电路的结合将会是未来电子设备发展的重要方向之一。
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超级电容与电池的比较
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。本文介绍超级电容与其他储能产品的性能比较,例如与各种电池的比较,替代的可能性。
图1:各种各样的储能产品
之所以叫超级电容,是因为超级电容的容值都是法拉级的,且可以很快提供一个充放电,这是传统的电容或者电池做不到的。下面介绍了各种产品不同的应用范围,横坐标是能流密度,纵坐标是能量密度,从中可以看到哪个地方是电池的应用范围,哪个地方是传统电容的应用范围,哪一块是超级电容的应用范围。
图2. 超级电容和其他储能技术的比较
我们知道电池的充放电大概在1小时到10个小时左右,而传统电容是作为滤波使用的,充放电是在0.03秒,但是超级电容就在1秒左右,基本上是从0.1秒到10秒,这正是汽车比如刹车起动的时候要用的,当然任何的设备比如风能变桨系统,变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。超级电容的能流密度和能量密度都非常高。超级电容是用物理的方法储能,电池是用化学反应的方法来储能,所以电池的反应时间会很长,超级电容可以快速的充放电,这是它的根本原因,也是超级电容的性能优势之所在。
传统的储能系统是使用铅酸电池。以风力发电为例,有风时由风力发电机发电,无风时由储能系统供电。当电源断开进行切换时,铅酸电池需要十几秒的反应时间。这时便可由超级电容进行辅助。由于超级电容是将电荷储存起来,可以快速的补充和释放,而电池则需要经过化学反应的方式进行充放电。在这十几秒的时间里,超级电容可以提供短时间的能量,保证电源稳定。超级电容可以工作在在-40℃~65℃之间,可以覆盖PC -20℃~60℃的工作温度范围和电池0℃~50℃的工作温度。超级电容是功率密集元件,但放电时间较短,电池是能量密集型元件,放电时间较长。
超级电容器与电池的比较
超级电容器是一种通过极化电解质来储能的一种电化学元件,可作为一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源,且储能过程是可逆的,可以反复充放电数十万次。其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。
超级电容器、普通电容器及电池的比较
对于超级电容的选择,功率要求、放电时间及系统电压变化起决定作用。超级电容器的输出电压降由两部分组成,一部分是超级电容器释放能量;另一部分是由于超级电容器内阻引起。两部分谁占主要取决于时间,在非常快的脉冲中,内阻部分占主要的,相反在长时间放电中,容性部分占主要。
在选择电容器大小时,需要考虑多方面的因素,其中最高工作电压、工作截止电压、平均放电电流、放电时间等是几个特别需要重点考虑的因素。
电压 Voltage
超级电容器具有一个推荐的工作电压或者最佳工作电压,这个值是根据电容在最高设定温度下最长工作时间来确定的。如果应用电压高于推荐电压,将缩短电容的寿命,如果过压比较长的时间,电容内部的电解液将会分解形成气体,当气体的压力逐渐增强时,电容的安全孔将会破裂或者冲破。短时间的过压对电容而言是可以容忍的。
极性 Polarity
超级电容器采用对称电极设计,也就说,他们具有类似的结构。当电容首次装配时,每一个电极都可以被当成正极或者负极,一旦电容被第一次100%从满电时,电容就会变成有极性了,每一个超级电容器的外壳上都有一个负极的标志或者标识。虽然它们可以被短路以使电压降低到零伏,但电极依然保留很少一部
电池与超级电容器的能量存储机制
电池与超级电容器的能量存储机制电池与超级电容器,作为现代储能领域中的两大巨头,它们的
表现、性能以及应用范围各有千秋。而关于其能量存储机制,一
直是人们关注的焦点。
一、电池的能量存储机制
电池,通常指的是可充电电池。其基本原理是利用化学能转换
成电能存储起来,再根据需求输出电能。不同种类的电池,其储
能原理也略有差异。以铅酸电池为例,其有着较广泛的应用范围,如马达、UPS、电动车等领域,其能量存储机制可以解释为:
在充电状态下,电池内部包含着两种物质:正极材料(PbO2)和负极材料(Pb)。当外部电源给电池供电时,阳极(负极)会
发生化学反应,PbO2会失去一些电荷,电子会流回电源中去;同时,阴极(正极)内部则会释放一些电子,并以离子的形式进入
电池的液体中,电解液中的H2SO4会使这些离子重新与电子结合,形成铅(Pb)和二氧化硫(SO2)。在放电过程中,这个过程是
相反的,即从铅和二氧化硫的化学反应中释放出电子,进而输出
电能。
二、超级电容器的能量存储机制
超级电容器是一种新型的电池,相比于传统电池,它具有更高的储能密度和更长的使用寿命。超级电容器的能量存储机制可以比作离子在电场中的运动。这里以单电层电容器为例(其实超级电容器有多种类型,实现机制各不相同):
在正负电压引导下,电解液中的阳离子会向阴极汇集,而阴离子则会向阳极汇集。当电极上电势足够高时,阳离子和阴离子就会被引到电极表面反应,从而获得一定的储能。当需要释放能量时,就可以把正负电极连通导电,并通过电路输出电能。
三、电池与超级电容器的比较
仔细分析一下两者的储能机制,两者显然有着较大的区别。电池利用的是化学能,在变化过程中释放出电子来实现储能。因此电池有着较高的储存密度,但是放电后的内部结构会有较大的改变,电池的寿命会随着充放电次数的增加而逐渐降低。同时,电池还有着比较严重的电化学应力问题,若充电过程中超过了铅酸电池正负极的承受范围,会导致电池短路或发生其他安全问题。
电容和电池的区别是什么?
电容和电池的区别是什么?
电容和电池主要有如下区别:
⼀.⽤最通俗的话讲,电容储存的是电能。电池储存的是由电能转化后的化学能。前者是物理变化,后者是化学变化。
⼆.充放电速度和次数不⼀样
电容⼀般情况下充电只需数秒或数分钟,⽽电池通常需要数⼩时。电容充放电次数⾄少要数万⾄数亿次,电池⼀般只有⼏百上千次。
三.⽤途不⼀样
电容可⽤于偶合、隔直、滤波、移相、RC,LC谐振和⽤做瞬间⼤电流放电的储能元件等。电池的作⽤则仅仅是⽤来当电源的。
四.电压特性不⼀样
凡是电池都有标称电压。因电极选材不同⽽决定了不同的电池电压。如铅酸电池2V、镍氢
1.2V、锂电3.7V等。电池在这⼀电压附近持续充放电的时间最长。⽽电容对电压是没有要求的,从0~任意电压均可(电容上标的耐压是保证电容安全使⽤的参数,与电容特性⽆关)。在放电过程中,电池会带着负载顽强的坚持在标称电压附近,直到最后实在坚持不住才开始下跌。⽽电容则沒有这个“坚持”的义务,电压从开始放电就随波逐流不停的下降,以致于在电量很富⾜的时侯,电压已跌到“惨不忍睹”的地步了。既然电容和电池都可以充放电,为什么不把电容当电池⽤呢?下⾯的第五点就是原因所在。
五.充放电曲线不⼀样
⾸先看⼀下曲线图:
从以上曲线图可
以看出,电容的充放电曲线很陡,瞬间就能完成充放电过程的主要部分,因此适合⼤电流⾼功率快充快放。这种陡峭曲线对于充电过程是有益的,可快速完成充电过程。但在放电时就成了缺点,电压的快速下降,就使得电容难以直接替代电池进⼊电源領域。如果要进⼊电源领域,可通过两个途径来解决,⼀是和电池并连使⽤,互相取长补短。这不仅能⼤幅提⾼电池组瞬间⼤电流放电的能⼒,还能很好的延长电池组的使⽤寿命,同时也提⾼了电池的带载能⼒。另⼀个就是配合DC⼀DC模块来弥补电容放电曲线的先天不⾜,让电容能有⼀个尽可能稳定的电压输出。
电池与超级电容器的能量存储机制及应用
电池与超级电容器的能量存储机制及应用
能源是人类生存发展的基础。以化石能源为主的传统能源的短
缺和对环境的污染问题日益突出,因此新能源的开发和利用备受
瞩目。而在新能源领域中,电池和超级电容器作为两种重要的储
能设备,其储能能力和应用价值也逐渐受到重视。本文将重点介
绍电池和超级电容器的能量存储机制及其在不同领域中的应用。
一、电池的能量存储机制
电池是一种可以将化学能转换为电能储存起来的装置。电池的
主要部分包括电解液、正极、负极和隔膜等组件。电池正负极不
同材料之间经过化学反应,就会产生电势差并随之产生电流,实
现能量的转换和储存。不同类型的电池其能量存储机制也有所不同。下面就国内应用相对较广的锂离子电池为例,简单介绍其能
量存储机制。
锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和无记忆效应等优点,已经广泛应用于移动电源、电动车辆和储能系统等领域。锂离子
电池的储能机制是通过将锂离子在电极材料(正极为LiCoO2,负
极为石墨)中的嵌入和脱出来实现。在充电过程中,锂离子从正
极材料中向负极材料中嵌入,同时释放出电子,形成了锂金属和
氧气;在放电过程中,锂离子从负极材料中向正极材料中脱出,同时接受了电子,通过电路流动靠近正极。锂离子电池的储能机制是一个可逆过程,通过周期性的充、放电可以实现对电荷的转换和储存。
二、超级电容器的能量存储机制
超级电容器是一种普遍应用于高功率和长寿命场合的电化学储能装置。它具有能量密度低、功率密度高、循环寿命长和快速充放电能力等优点。超级电容器的能量存储机制是通过电极材料表面所进行的离子吸附/脱附实现。
超级电容器与电池的比较
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)。
下面提供了两种公式和应用实例:
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
锂电池与超级电容的对比
锂电池与超级电容的对比
说起超级电容,很多人都处于蒙圈状态。这是个什么东西,和我们的世界有关系么?
首先,我先介绍一下什么是超级电容,超级电容是介于传统电容器和电池之间的一种可以储存电能的装置,因其具有功率高、循环寿命长、安全可靠等特点,被广泛应用于混合电动汽车、大功率输出设备等多个领域,因而成为近年来重要的储电研究项目。本文重点对比锂电池与双电层电容。
下表为锂电池与一种超级电容双电层电容的对比。
从表中可以看出,双电层电容器在存储量、使用寿命等方面存在巨大优势,但在能量密度方面也存在极大的缺点,也将成为今后双电层电容器乃至超级电容器的研究焦点。
电容和电池的区别是什么?
电容和电池的区别是什么?
电容和电池确实有相似的地方,两者都可以作为储能元件,为电路提供能量,但是两者之间的区别也很大,是不可以简单的拿来互换的。
1、电能存储密度
现阶段来说,电池的电能存储密度要远远大于电容,普通的电容也无法当做一个电池使用,当然目前市面上也有能存储大量电能的超级电容,但是这样的超级电容体积十分巨大,相同的体积的电池要比电容存储更多的电能。
2、充电速度
电容的充电速度要远远快于电池,这是由于两者构造结构不同导致的,现代科技发展日新月异,科学家们在不断探索新型材料,相信假以时日,我们可以用上充电速度飞快的电池或者直接用大存储密度的电容来直接驱动电路也未可知。
(完整版)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
超级电容器与锂离子电池的区别
今天很荣幸在这给大家分享一下我们组经过两周得交流与学习后关于一些超级电容器相关得一些基础知识,我在我们组主要就是负责比较超级电容器与锂离子电池得一些基本认识以及它们得一些优势与劣势,还有就就是在一些领域得应用。尽管我们在收集材料时已经做了很大得努力,也花了很大得时间,但基于时间与基础知识得关系其中也存在着一些得不足之处,也请各位同学与老师可以谅解同时也欢迎各位老师同学给予纠正。
首先呢我也知道也有不少得组呢选择了锂离子电池,所以我要先强调无论就是锂离子电池还就是超级电容器它们都就是无数科学家得汗水与智慧得结晶,所以它们在不同得领域各自发挥着它们不同得作用,所以此次报告我也只就是从客观因素上对二者在一些性能上做一些阐述,并非因我们组选择超级电容器就否定锂离子电池对人类与社会得贡献。
超级电容器与锂离子电池得区别
两种电子器件得基础知识。
1.超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor),又叫双电层电容器(Electrical
Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容,通过极化电解质来储能。它就是一种电化学元件,但在其储能得过程并不发生化学反应,这种储能过程就是可逆得,也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中得两个无反应活性得多孔电极板,在极板上加电,正极板吸引电解质中得负离子,负极板吸引正离子,实际上形成两个容性存储层,被分离开得正离子在负极板附近,负离子在正极板附近。
电容和电池的区别
电容和电池的区别
超级电容融合了普通电容的物理特性,很多优势是传统电容、电池无法比拟的:
1.具有法拉级的超大电容量,这比普通电容要大得多。
2.可以瞬间释放的功率比普通电池高近十倍,而且不会损坏。
3.充放电循环寿命在十万次以上,这是最大的优点之一,传统电池一般只能充放数百次。
4.能在40度至60度的环境温度中正常使用,传统电池低温下效能将会大大降低。
5.有超强的荷电保持能力,漏电量非常小,传统电池要经常充电才能保持状态。
6.充电迅速,它的速度比普通电池快几十倍,几分钟就可充满一辆汽车所需要的电量。
7.本身不会对环境造成污染,真正免维护,而传统电池仍是有污染。
但超级电容器有最致命的两个缺点:一是它的体积比较大,与体积相当的电池相比,它的储电量要小。二是即使达到法拉级的电量,但与传统电池相比,仍然少得可怜,按目前的技术,它仍然不能作为电动力的主要储电器,因为它的电量只能驱动车辆行驶几公里。最本质的区别在于电荷产生的原理不同:电池一般是通过化学作用自身产生电荷进而形成电流,而电容器的充放电则完全是一个物理过程,即外界的电荷流进或流出电容器.因此,电池本身的内阻较大,也没有办法承受较大的放电电流.而电容器的内阻非常低,其放电能力远高于普通电池. 这种差别的一个典型应用就是照相机的闪光灯.我们在需要闪光时先要对闪光灯内的电容充电,然后按动快门的瞬间将存储在电容中的能量迅速释放,于是闪光灯发出我们拍摄所需要的强光.如果没有电容,电池是不可能提供如此高的瞬间电流的.电容是物理原理是带电粒子的聚集存储电能,为暂时性存储,可以在交流,直流电路中使用,对电容充电实际就是电能存储的过程,放电正好相反。
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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;
瞬时功率保持应用
超电容容量的近似计算公式,该公式根据,保持所需能量=超电容减少能量。
保持期间所需能量=1/2I(Uwork+ Umin)t;
超电容减少能量=1/2C(Uwork2 -Umin2),
因而,可得其容量(忽略由IR引起的压降)C=(Uwork+ Umin)t/(Uwork2 -Umin2)
实例:
假设磁带驱动的工作电压5V,安全工作电压3V。如果直流马达要求0.5A保持2秒(可以安全工作),那么,根据上公式可得其容量至少为0.5 F。
因为5V的电压超过了单体电容器的标称工作电压。因而,可以将两电容器***。如两相同的电容器***的话,那每只的电压即是其标称电压2.5V。
如果我们选择标称容量是1F的电容器,两串为0.5F。考虑到电容器-20%的容量偏差,这种选择不能提供足够的裕量。可以选择标称容量是1.5F的电容器,能提供1.5F/2=0.75F。考虑-20%的容量偏差,最小值 1.2F/2=0.6F。这种超级电容器提供了充足的安
全裕量。大电流脉冲后,磁带驱动转入小电流工作模式,用超电容剩余的能量。
在该实例中,均压电路可以确保每只单体不超其额定电压。
脉冲功率应用
脉冲功率应用的特征:和瞬时大电流相对的较小的持续电流。脉冲功率应用的持续时间从1ms到几秒。
设计分析假定脉冲期间超电容是唯一的能量提供者。在该实例中总的压降由两部分组成:由电容器内阻引起的瞬时电压降和电容器在脉冲结束时压降。关系如下:
Udrop=I(R+t/C)
上式表明电容器必须有较低的R和较高的C压降Udrop才小。
对于多数脉冲功率应用,R的值比C更重要。以2.5V1.5F为例。它的内阻R可以用直流ESR估计,标称是0.075Ohms(DC ESR=AC ESR*1.5=
0.060Ohms*1.5=0.090Ohms)。额定容量是1.5F。对于一个0.001s 的脉冲,t/C小于0.001Ohms。即便是0.010的脉冲t/C也小于0.0067Ohms,显然R(0.090Ohms)决定了上式的Udrop输出。
实例:
GSM/GPRS无线调制解调器需要一每间隔4.6ms达2A的电流,该电流持续0.6 ms。这种调制解调器现用在笔记本电脑的PCMCIA卡上。笔记本的和PCMCIA连接的限制输出电压3.3V+/-0.3V笔记本提供1A的电流。许多功率放大器(PA)要求3.0V的最小电压。对于笔记本电脑输出3.0V的电压是可能的。到功率放大器的电压必须先升到3.6V。在3.6V的工作电压下(最小3.0V),允许的压降是0.6V。
选择超级电容器(C:0.15F,AC ESR:0.200Ohms,DC ESR:0.250Ohms)。对于2A脉冲,电池提供大约1A,超电容提供剩余的1A。根据上面的公式,由内阻引起的压降:1A 0.25Ohms=0.25V。I(t/C)=0.04V它和由内阻引起的压降相比是小的。
结论
不管是功率保持还是功率脉冲应用都可以用上公式计算.当电路的工作电压超过超电容的工作电压时,可以用相同的电容器***.一般地,***应该保持平衡以确保电压平均分配.在脉冲功率应用中由超电容内阻引起的压降通常是次要因素。电容器超低的内阻提供一种克服传统电池系统阻抗大的全新的解决方案
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