对称超级电容器的基本组成

范文一：对称超级电容器的基本组成

对称超级电容器的基本组成

电容器是一种通过分离等量正负静电荷实现能量存储的设备。电容器的基本结构组成是两个称为极板的导体，极板被一种绝缘体电介质隔开。传统的电容器的功率密度非常高(约为1012W/m3)，但能量密度非常低(约为50W(h,m3)。

这些被称为电解电容器的传统电容器作为中间储能元件，广泛应用于电气线路中。传统电容器与电动汽车主能源存储设备相比，两者的时间常量处于完全不同的范围，前者要小很多。电容器用电容量描述，同时电容量与绝缘材料的介电常数成正比，与两个导体极板之间的空间距离成反比。基于空间结构尺寸参数的电容量可表示为

式中，ε为介质材料的介电常数;A为面积;d为电荷的分离距离。

传统电容器的电容量是通过被介电薄膜隔离的包裹金属箔板建立的。金属电极内形成的电荷通过介质薄膜的厚度分开。电容的额定电压由电介质强度(单位为V,m)和薄膜的厚度决定。

根据物理参数，电容量由任一个极板上的电荷量与两个极板之间的电压差相比得到，即

式中，q为平行板之间的电荷;V为平行板之间的电压。

虽然形成电容量的物理原理相同，但超级电容器的结构与传统电容器的结构完全不同。除了像传统的电解质电容器那样用静电电荷存储能量之外，超级电容器中有能够使静电荷以离子的形式存储的电解质。超级电容器内部不发生任何电化学反应。超级电容器的电极由具有较大内部表面积的多孔炭制成，有助于吸收离子，形成比传统电容器更高的电荷密度。由于离子移动速度比电子移动速度慢很多，因而超级电容器充电和放电的时间比电解质电容器的充电和放电的时间更长。在超级电容器内没有离子或电子转移，整个过程只是简单的电荷分离或极化。因此，在电容器内部的化学过程是完全非感应的。

超级电容器不使用传统的电介质，而是使用活性碳板。两层碳板在同一基板上，这有利于使电荷的分离距离在离子的直径尺寸范围，大约为1nm 。超级电容器的结构如图5-6a所示。碳板是由非常小的粉末微粒制成，使其能够形成一种具有很大表面积的多孔糊状结构。将糊状的碳基(carbon mush or matrix)浸在传导电解质中。通过间距非常小但表面积却很大的有效电荷分离即可形成具有很高的电容量双电层( EDL)。电子离析器能使离子透过，将超级电容器的正负极碳基分开。在多孔的活性碳和电解液之间的界面形成EDL,EDL包括致密层和扩散层。固体电极和电解液接触界面上形成的是致密层，而扩散层渗透到电解液中。金属薄膜或电极对置放在正负碳基板上，并向外电路传输电流，每一个碳基板相当于一个电容器，因此每个超级电容器本质上是两个电容器的串联组合。超级电容使用碳基体双层而不使用固体电介质的缺点是额定电压较低，在2~3V的范围内。

图5-6b更加详细地描述了多孔双电层结构。碳基体有3种类型的孔隙度:宏孔、中孔和微孔。微孔是离子直径的1.5~2倍。这意味着微孔只允许单个完整离子进入孔内。比离子直径还小的孔，称为亚微孔，这些孔也存在，但是离子无法进入。离子主要堆积在宏孔和中孔层上，并在电解液中形成电场。在电容器充电时，电解液就会慢慢消耗尽离子，充电速度逐渐变慢。

超级电容器的功率密度和能量密度分别是(106 W/m3和104W(h,m3,其能量密度比

1 0 4,25×1 0 4 W(h,m 3)能量密度低很多，但放电时间更短l-10s，电电池(约为5×

池约为5×103 s)，循环寿命更长(约为105次，电池为100~1000次)。

目前超级电容器的研究和发展目标为使其比功率和比能量分别达到4000W/kg和15W(h/kg。尽管超级电容器能够为混合动力汽车提供充足的能源存储，但超级电容器成为汽车主能源的可能性还很小。另一方面，超级电容器比功率较高，非常适合作为中间能源传输设备。在电动汽车或者混合动力汽车上，将超级电容器同蓄电池或者燃料电池结合使用，可满足提供瞬时功率需求，例如在加速和爬坡过程中的功率的需求。超级电容器可在再生制动过程中进行高效率的能量回收。

来源:ddc.greenwheel.com.cn

范文二：超级电容器的原理

超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器。以美国库柏Cooper公司的超级电容为例，根据电容器的原理，电容量取决于电极间距离和电极表面积，为了得到如此大的电容量，要尽可能缩小超级电容器电极间距离、增加电极表面积，为此，采用双电层原理和活性炭多孔化电极。

超级电容器双电层介质在电容器的二个电极上施加电压时，在靠近电极的电介质界面上产生与电极所携带的电荷极性相反的电荷并被束缚在介质界面上，形成事实上的电容器的二个电极。很明显，二个电极的距离非常小，只有几nm(同时活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积，可以达到200 m2/g。因而这种结构的超级电容器具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量。就储能而言，超级电容器的这一特性介于传统电容器与电池之间。当二个电极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上的电荷不会脱离电解液，超级电容器处在正常工作状态(通常在3 V以下)，如果电容器二端电压超过电解液的氧化还原电极电位，那么，电解液将分解，处于非正常状态。随着超级电容器的放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液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不同。

品牌合众汇能 HCC 型号 HCAPC-HE 2R7 508

类别直插结构固定封装外

圆柱形形

HCC 2.7V5000F具有超高能量密度，在能量密度上有了质的飞跃，达到10.8wh/l

和9.7wh/kg，是常规产品能量密度的两倍以上，为全球法拉电容的产品中最高

值，且具有最优越的性价比。

产品应用领域:

1.太阳能灯的主电源

2.大型设备的后备电源

3.风力发电的中间存储电源

4.替代电池作为主能源

产品技术参数:

额定电容量, (DCC, 25?) CR 5000 F DCC 恒流放电(1mA/F)

容量偏差率 -10%~+30%

容量 3750mAh

额定电压, (25?) VR 2.7V

尖充电压, Vsurge 2.85V

最大储存能量 (at VR) E 18.2kJ(5.06Wh)

质量比 9.7Wh/kg 比能量 (at VR)

体积比 10.8Wh/l

ESRAC (1kHz) < 2="" mω="">

最大内阻 (ESR)

ESRDC (10A) < 3="" mω="" 50mhz="">

尺寸 (不含引出端子) ?63 x 150

体积 (不含引出端子) v 468ml

质量 m 520g

工作温度范围 Top

-40~+65 ? 与初始测量值比较，|?C |<>

储存温度范围(at 0V) Tst -40~+70 ? 20% ， ESR< 2倍，25?="">

最大漏电电流, LC (12h, 25?) 6 mA

寿命 (at VR, 25?) 与初始测量值比较，|?C |< 90000h="">

30%，ESR< 2倍，lc=""><>

值

1循环: 20s充电至VR, 恒压

继续充10s, 20s放电至

1/2VR, 静置10s 随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件,因为其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。在一些需要高功率、高效率解决方案的设计中，工程师已开始采用超级电容器来取代传统的电池。

电池技术的缺陷

Li离子、NiMH等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛使用。众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，这也同样是采用铅酸电池(蓄电池)的设计者所面临的困难。同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，因此，对于要求长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池就显出种种不足。超级电容器的特点和优势

超级电容器的原理并非新技术，常见的超级电容器大多是双电层结构，同电解电容器相比，这种超级电容器能量密度和功率密度都非常高。同传统的电容器和二次电池相比，超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。

除了可以快速充电和放电，超级电容器的另一个主要特点是低阻抗。所以，当一个超级电容器被全部放电时，它将表现出小电阻特性，如果没有限制，它会拽取可能的源电流。因此，必须采用恒流或恒压充电器。 ,,年前，超级电容器每年只能卖出去很少的数量，而且价格很贵，大约,,,美元,法拉，现在，超级电容器已经作为标准产品大批量供应市场，价格也大大降低，平均0.01,0.02美元,法拉。在最近几年中，超级电容器已经开始进入很多应用领域，如消费电子、工业和交通运输业等领域。

图1 超级电容器循环寿命长，具有很高的功率密度、安全性和效率超级电容器的结构

虽然，目前全球已有许多家超级电容器生产商，可以提供许多种类的超级电容器产品，但大部分产品都是基于一种相似的双电层结构，超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料，如图2所示。

图2 在结构上，超级电容器和电池或电解电容器的主要区别是电极材料

早期的超级电容器的电极采用碳，碳电极材料的表面积很大，电容的大小取决于表面积和电极的距离，这种碳电极的大表面积再加上很小的电极距离，使超级电容器的容值可以非常大，大多数超级电容器可以做到法拉级，一般容值范围为1,5000F。

使用超级电容器

超级电容器具有广泛的用途。与燃料电池等高能量密度的物质相结合，超级电容器能提供快速的能量释放，满足高功率需求，从而使燃料电池可以仅作为能量源使用。目前，超级电容器的能量密度可高达20kW/kg，已经开始抢占传统电容器和电池之间的这部分市场。

在那些要求高可靠性而对能量要求不高的应用中，可以用超级电容器来取代电池，也可以将超级电容器和电池结合起来，应用在对能量要求很高的场合，从而可以采用体积更小、更经济的电池。超级电容器的等效串联电阻ESR值很低，从而可以输出大电流，也可以快速吸收大电流。同化学充电原理相比，超级电容器的工作原理使这种产品的性能更稳定，因此，超级电容器的使用寿命更长。对于像电动工具和玩具这种需要快速充电的设备来说，超级电容器无疑是一个很理想的电源。一些产品适合采用电池,超级电容器的混合系统，超级电容器的使用可以避免为了获得更多的能量而使用大体积的电池。如消费电子产品中的数码相机就是一个例子，超级电容器的使用使数码相机可以采用便宜的碱性电池(而不是使用昂贵的Li离子电池)。

超级电容器单元(cell)的额定电压范围为,.5,2.7V,因此，很多应用需要使用多个超级电容器单元。当串联这些单元时，设计工程师需要考虑单元之间的平衡和充电情况。

任何超级电容器都会在通电的情况下，通过内部并联电阻放电，这个放电电流就称为漏电流，它会影响超级电容器单元的自放电。同某些二级电池技术相似，超级电容器的电压在串联使用时需要平衡，因为存在漏电流，内部并联电阻的大小将决定串联的超级电容器单元上的电压分配。当超级电容器上的电压稳定后，各个单元上的电压将随着漏电流的不同而发生变化，而不是随着容值不同而变化。漏电流越大，额定电压越小，反之，漏电流小，额定电压高。这是因为，漏电流会造成超级电容器单元放电，使电压降低，而这个电压会随后影响和它串联在一起的其他单元的电压(这里假定这些串连的单元都使用同一个恒定电压供电)。

为了补偿漏电流的变化，常采用的方法是，在每一个单元旁边并联一个电阻，来控制整个单元的漏电流。这种方法有效地降低了各单元之间相应并联电阻的变化。

另一个推荐使用的方法是主动单元平衡法(active cell-balancing)，采用这种方法，每一个单元都会被主动监视，当有电压变化时，即进行互相平衡。这种方法可以降低单元上的任何额外负载，使工作效率更高。

如果电压超过单元的额定电压，将会缩短单元的使用寿命。对于高可靠性超级电容器来说，如何维持电压在要求的范围内是关键的一点，必须控制充电电压，以保证它不能超过每个单元的额定电压。

国产超级电容器已进入实用化阶段

据上海奥威科技开发有限公司介绍，该司法拉级的超级电容器年产量已达几百万只，批量应用于各种数据贮存系统和低功耗无电源器具，大容量级的超级电容器已在高尔夫车和公交车等交通工具上进行应用试验。48V的高尔夫车使用80只5万法拉的双电层电容器，每2只并联后再串联，工作电流为30A ，电容器组的体积与48V180Ah的蓄电池相近，70A充电10分钟，可行驶20千米。公交车系统由传统无轨电车改制而成，11.5米长，采用360只8万法拉的双电层电容器串联而成，电容器安装在电车的贮物箱中，工作电压为590至400V，160A充电近2分钟，汽车空载行驶可达8.9千米，负载6吨并带空调的情况下可行驶3.5千米;该车已试验运行近万千米，公司已在上海浦东郭守敬路建示范自动充电站一座，给电容器充电由自动控制系统自动完成。该司计划在适当的时候首先将大容量超级电容器应用于公交车，在公交车的首发站和终点站建立自动充电系统，对于线路较长的公交车，可在中途增加适量充电站，利用上下乘客的时间给电容器补充电。上海奥威科技开发有限公司是我国目前规模最大的非对称双电层电容器的开发和生产企业，该司开发的双电层电容器，其比容量目前已达到蓄电池的1/4至1/3

纯电动汽车“产业化不适症”有药可解

文章类别: 应用状况作者:樊春艳来源:节能与新能源汽车网时间:2008/06/10 [参看评论(0)]

[简介] 纯电动汽车的零排放和不依赖于化石能源的两大优势使其在新能源汽车领域一直备受关注，

但电池成本居高不下、电能生产及回收中的污染等阻碍产业化的难题也一直困扰着业内人士。纯电

动汽车真的只能成为一个遥遥无期的远景吗,

纯电动汽车的零排放和不依赖于化石能源的两大优势使其在新能源汽车领域一直备受关注，但电池成本居高不下、电能生产及回收中的污染等阻碍产业化的难题也一直困扰着业内人士。纯电动汽车真的只能成为一个遥遥无期的远景吗,答案或许可以更乐观一些:记者从国内从事电动汽车研究与生产的专家处了解到，纯电动汽车在我国已经有了一定的产业基础，而且纯电动汽车产业化的几个难题并非无解之题，专家还预计在2010年，我国纯电动乘用车年产量将达到8万辆左右，以年驶2万公里，对比耗油8L/百千米，可实现年替代燃油10万吨，年减少CO2排放30余万吨的目标，看来，我们有理由对纯电动汽车在近期寄予更大的希望。

纯电动汽车已具备一定的产业化基础

首先，我国的纯电动轿车已实现了批量出口美国。

就在人们还在讨论纯电动汽车的种种“市场不适症”时，其实中国的纯电动汽车早已出口美国市场，出口量呈现出了连年增长的势头，天津清源的幸福使者纯电动车从2005年底的首批100辆到2008年的200至250辆出口美国，至今已累计出口1200辆，市场反应

良好，目前还有10辆纯电动车在欧洲做相关认证，进入欧洲市场也指日可待。

中国纯电动汽车的产品性能和质量得到世界最严格的汽车质量标准和法规国家的认可，颇有墙内开花墙外香的感觉。另外，天津清源的电动车产业基地也将于6月底建成，产能达到单班2万台，生产线的设计产能达到5至6万台。这款在颇受欢迎的幸福使者纯电动汽车在美国的售价为1.5万至1.8万美元，承诺的电池寿命在两年三万公里，如果在国内销售，售价会在7万至8万元人民币，还是有一定的诱惑力的。

其次，我国研发的搭载锰酸锂动力蓄电池的纯电动轿车，不仅完成了国家标准规定的所有试验，还进行了动力电池的各项滥用试验，并在2006年完成了国际首例整车正面碰撞试验，证实了高性能纯电动汽车产品的安全性。

第三，国家863计划和其他一些科技鼓励项目对车用动力电池的研发都在全力支持，在电动汽车用动力蓄电池，驱动电机等关键零部件技术、电子控制技术和系统集成技术上取得了较大的进展，初步形成电动汽车关键零部件配套产业链。技术层面已经取得了较大的进步，电动车企业可以对其寄予厚望。种种迹象均表明，我国纯电动车的产业化基础已经初步形成。

纯电动汽车成本过高可通过三种渠道解决

业内普遍认为纯电动车产业化最大的障碍之一就是成本过高，其实这并不仅仅是国内纯电动车发展所面临的问题，而是全球化的难题，但纯电动汽车推广较好的国家给了我们启示:成本问题并非无药可解。

纯电动汽车的成本过高主要是动力电池的成本居高不下，根据美国、欧洲等国家和地区的经验，可以通过政策鼓励、技术进步以及产业化来多渠道降低动力电池的成本。

首先，可以通过政策鼓励来平衡掉一部分电池成本，可以参考美国、欧洲对纯电动汽车的财税激励政策，采取减免购置税、免去生产企业增值税和直接财财政补贴的方式，虽然国家税务部门的相关同志已经在很多场合表示，目前国内并没有启动对新能源汽车的财税鼓励政策的制定，但这并不妨碍人们对它的预期。如果通过各种形式总共形成对电池成本60%的支持力度，余下增加的成本消费者可以通过后续的使用在三至四年内收回，这是切实可行的。

其次，在技术层面，一方面，整车企业可以通过全球采购给电动车配备上价格较低、

性能较优越、寿命较长的动力电池，另一方面，动力电池这几年来的技术进步非常大，我国在锂离子电池技术方面在全球处于先进行列，人们有理由对其寄予厚望。

第三，一旦纯电动汽车走上市场，会推动国内的车用动力电池企业加大研发力度和产业化进程，产业化势必会带来成本的降低，而一旦市场认同，新一轮的投资会接踵而来，技术进步的幅度定会加大，在这种鸡生蛋和蛋生鸡的问题上，政策的激励对市场的引导作用可以让整车和电池的生产企业早日进入。

解决电能生产环节的污染未来可依赖绿色电力

虽然纯电动汽车的零排放一直被人们津津乐道，但从电动汽车发展之初，就有专家指出用于驱动电动汽车的电能生产环节会带来较大的污染，这主要是针对我国电能最大的来源还是火电的现状，也就是用煤发电。虽然基于火电的现状，对纯电动汽车在全生命周期排放的评价是个不利的条件，但我国目前水电和核电等绿色电力已经取得了较大的发展，虽然近期不会对电能的生产格局产生根本的影响，但已有所改善。

另外，对于污染物的控制而言，流动的污染源和固定污染源的处理难度大为不同。用煤发电产生的污染物是定点定量，属于固定污染源，可控性较好，而反过来，基于传统内燃机的尾气排放则属于流动的污染源，控制和治理的难度相对要大得多。从这个角度来说，也为纯电动汽车加了不少分。

电池寿命及废弃电池的污染问题寄望技术进步

车用动力电池的回收污染问题也一直受到人们的关注，可以想象，当越来越多的纯电动汽车驶上街头，动力电池的回收污染就一定会成为问题，那么纯电动汽车除了在排放上可以做到零污染，在电池的回收上又有什么减少污染的方法呢,有关专家提出了几点令人信服的建议，可以让那些担心废弃电池污染的人们打消一些顾虑。

首先，技术的进步已经使电池与整车寿命接近成为了可能。据专家介绍，目前国内电池生产企业已达到单体电池2500次充放的水平，电池成组后的热管理水平也在提高，目前目标为充放1000次的试验正在进行中，如果充放1000次的目标达到，以日行驶里程60公里，续驶里程120公里来计算，电池的寿命可以达到5年以上，人们普遍担心的一辆车用若

干块电池从而带来严重污染的问题将不再严峻。另外，日本关于下一代动力电池的规划(见表1)也给了人们一个信息:永远不要低估技术进步的力量。

表1日本下一代车辆燃料行动计划中对电动汽车动力电池发展的预期和目标

当前现状改良型电池先进型电池革新电池

(2010年) (2015年) (2030年) 用途用于电力公司特殊用途的微型普通微型电动纯电动汽车

的EV小型电动汽车汽车

车高性能混合动力燃料电池汽车

汽车插入式混合动

力汽车

1 1 性能 1.5倍 7倍

1 1/2 1/7 1/40 成本

其次，对于电池的回收污染问题，由于铅酸电池中铅、酸和铬的污染较大，在产业化时，可以直接推行绿色动力电池，比如锂电池和镍氢电池，这两大类电池中一些成分完全可以回收再利用，其中锂电池的有效回收部分可以达到40%，一旦纯电动汽车走向市场，由于经济的驱动，还可以带动废旧电池收购、回收、利用等相关产业的发展。

另外，电池如果不再适合用在车上，可以用于医院等其他部门的备用电池，待完全报废以后，再进入回收再利用环节，这也为电池的回收利用提供了一个新的解决方案。

充电设施的建设寻求合作共赢

这又是一个鸡生蛋和蛋生鸡的问题。汽车企业强调电网公司要配合建设电动汽车充电站，而电网公司则反问:充电站建好了，谁来充电,

让市场决定、合作共赢，汽车生产企业和电网公司人士应该达成上述共识。其实这个问题也有很好的解决方案。

首先，由于我国的住宅普遍达不到一户配备一个车库，建议电网公司与城市小区物业和大型停车场联合，在公共停车场加装充电设备，计费充电。另外，新建小区的车库和停车

场应该将充电设备纳入规划。

其次，如果能在全国范围内实施峰电和谷电分别计费，对多数情况下在夜间利用谷电充电的电动汽车使用者将是一个很大的利好。

针对电池企业和电网公司谁先迈出第一步的问题，可借鉴国外合作开发、互利共赢的做法。比如法国电网公司和电池公司联合，电网公司先期补充经费给电池企业，共建充电设施，电网公司后期通过用电得到利益补偿，多方合力将电动汽车推向市场。

当然，纯电动汽车产业化存在的问题不止这些:比如奇瑞汽车工程研究院的专家就提出动力电池的管理系统的复杂性应该引起重视，因为其难度和复杂性相当于传统内燃机的ECU;另外就是纯电动整车的生产资质和产品准入的问题，这也是纯电动汽车在我国面临的最大问题之一。尽管还有这样那样的问题，但可以说，纯电动汽车产业化在技术层面一直困扰业内人士的几大问题都不是不解之题，那么，我们确实需要给纯电动汽车一个成长的空间了。

用电容来带微波炉,

首先，请问你的电器是用的直流电还是交流电呢,如果使用直流电的话，可以直接用电容来带。如果你是用交流电的话，必须加上一个换流设备，也就是我们俗称的逆变器。

再者，你的电器是多少伏的额定电压呢,如果按你说的微波炉来算的话，那么是220V的交流电，这样的话，根据电容的储能公式:E,?CU?，E是电容携带的总能量，C是电容器的电容值，U是输出电压，那么计算下来，10千瓦小时的总能量为36000000焦耳，U?为48400平方伏特。这样，你的电容值应该为 1487.6 法拉。

回到原始问题上。价格暂且不谈，可是现在电子器材市场上能买到的电容多以皮法(1法拉的万亿分之一)或者微法(1法拉的百万分之一)为单位，鲜有以法拉作为单位的，更不说上千法的电容了。而且上了法拉的电容都是很贵的，再加上一个逆变器，初期成本就太高了。生意人，以降低成本为宗旨之一，对吧。

第四个问题是，即使你成功购买到了这样的电容和逆变器，电容的输出电压也是随着时间缓慢降低的。输出电压和放电时间之间的关系可以用下面的图片表示。

对于家用电器来说，如果输入电压下降到额定电压的90%以下，电器的工作就已经很可能出现异常了。而电容的全部电能并非都是在电压稳定的曲线段输出的，有相当一部分能量是在电压的急剧下降段输出的。所以理论值需要1487.6法拉的电容，实际上还不止。要真正使用的话，大约需要2000法拉的电容。

最后一个问题是，交变电流输出的有效值实际上只有峰值的约70.7%，也就是说，如果你购买电容的话，电容的耐压值也必须在220V/0.707=311V以上，考虑到电容的使用寿命和富余耐压值成正比，和耐温值也成正比，所以你不得不购买耐压在400V以上，耐温在115?以上，电容值在2000F以上的电容。

综上所述，使用电容器来带微波炉，不是一个明智的选择。

建议:购买小型汽油(柴油)发电机。根据理论计算和实际观察，每日耗油是很少的，同时，也免去了电容器每天充电的麻烦和危险性

电容的作用:

滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容(由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰。

耦合作用:在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合(为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。电容的重要性汹涌的河水流入到湖泊中,再让它流出来,那就显得平静而柔和了.电容就应该是充当了湖泊的作用吧.让电流更纯净没有杂波.

所谓电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电，当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。在计算机系统的主板、插卡、电源的电路中，应用了电解电容、纸介电容和瓷介电容等几类电容，并以电解电容为主。

纸介电容是由两层正负锡箔电极和一层夹在锡箔中间的绝缘蜡纸组成，并拆叠成扁体长方形。额定电压一般在63V,250V之间，容量较小，基本上是pF(皮法)数量级。现代纸介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装，不易老化，又因为它们基本工作在低压区，且耐压值相对较高，所以损坏的可能性较小。万一遭到电损坏，一般症状为电容外表发热。

瓷介电容是在一块瓷片的两边涂上金属电极而成，普遍为扁圆形。其电容量较小，都在pμF(皮微法)数量级。又因为绝缘介质是较厚瓷片，所以额定电压一般在1,3kV左右，很难会被电损坏，一般只会出现机械破损。在计算机系统中应用极少，每个电路板中分别只有2,4枚左右。

电解电容的结构与纸介电容相似，不同的是作为电极的两种金属箔不同(所以在电解电容上有正负极之分，且一般只标明负极)，两电极金属箔与纸介质卷成圆柱形后，装在盛有电解液的圆形铝桶中封闭起来。因此，如若电容器漏电，就容易引起电解液发热，从而出现外壳鼓起或爆裂现象。电解电容都是圆柱形(图1)，体积大而容量大，在电容器上所标明的参数一般有电容量(单位:微法)、额定电压(单位:伏特)，以及最高工作温度(单位:?)。其中，耐压值一般在几伏特,几百伏特之间，容量一般在几微法,几千微法之间，最高工作温度一般为85?,105?。指明电解电容的最高工作温度，就是针对其电解液受热后易膨胀这一特点的。所以，电解电容出现外壳鼓起或爆裂，并非只有漏电才出

现，工作环境温度过高同样也会出现。

1.电容器主要用于交流电路及脉冲电路中，在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用。 2.电容既不产生也不消耗能量，是储能元件。

3.电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件;在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。

4.因为在工业上使用的负载主要是电动机感性负载,所以要并电容这容性负载才能使电网平衡.

5.在接地线上,为什么有的也要通过电容后再接地咧?

答:在直流电路中是抗干扰，把干扰脉冲通过电容接地(在这次要作用是隔直——电路中的电位关系);交流电路中也有这样通过电容接地的，一般容量较小，也是抗干扰和电位隔离作用.

6.电容补尝功率因数是怎么回事?

答:因为在电容上建立电压首先需要有个充电过程，随着充电过程，电容上的电压逐步提高，这样就会先有电流，后建立电压的过程，通常我们叫电流超前电压90度(电容电流回路中无电阻和电感元件时，叫纯电容电路)。电动机、变压器等有线圈的电感电路，因通过电感的电流不能突变的原因，它与电容正好相反，需要先在线圈两端建立电压，后才有电流(电感电流回路中无电阻和电容时，叫纯电感电路)，纯电感电路的电流滞后电压90度。由于功率是电压乘以电流，当电压与电流不同时产生时(如:当电容器上的电压最大时，电已充满，电流为0;电感上先有电压时，电感电流也为0)，这样，得到的乘积(功率)也为0～这就是无功。那么，电容的电压与电流之间的关系正好与电感的电压与电流的关系相反，就用电容来补偿电感产生的无功，这就是无功补偿的原理。

1、滤波

2、电容既不产生也不消耗能量，是储能元件

3、抗干扰和电位隔离

4、在工业上使用的负载主要是电动机感性负载,所以要并电容这容性负载才能使电网平衡 5、通交隔直(交流通过，直流隔断)

6、电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件;在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件

7、补尝功率因数

变频跟直流没关系变频是交流的频率变化是交流(AC)变交流(AC)

通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制品闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM—VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技

术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用。

变频器一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

VVVF变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，因此人们又研究出矢量控制变频调速。

矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic、通过三相—二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。

矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。并且变频技术所应用到的行业越来越广泛,和能源相关的行业都能用到. 举例:生活中空调,冰箱,洗衣机等等,工业:起重机等等

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流回路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。

变频技术与家用电器

20世纪70年代，家用电器开始逐步变频化，出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调器、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等。

20世纪90年代后半期，家用电器则依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。比如，要求具有高速高出力、控制性能好、小型轻量、大容量、高舒适感、长寿命、安全可靠、静音、省电等优点。

首先是电冰箱，由于它处于全天工作，采用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，可以彻底消除因压缩机起动引起的噪声，节能效果更加明显。

其次，空调器使用变频后，扩大了压缩机的工作范围，不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制，达到降低电力消耗，消除由于温度变动而引起的不适感。近年来，新式

的空调器已采用无刷直流电动机实现变频调速，其节能效果较交流异步电动机变频又提高约10,—15,。为了进一步提高装置的效能，近年来，日本的空调器又逐步从单纯的PWM控制改为PWM十PAM混合控制方式。即较低速时采用PWM控制，保持U,f为一定;当转速大于一定值时，将调制度固定在最大值附近，通过改变直流斩波器的导通占空LL，提高逆变器输入直流电压值，从而保持变频器输出电压和转速成比例，这一区域称为PAM区。采用混合控制方式后，变频器的输入功率因数、电机效率、装置综合效率都比单独PWA4控制时有较大幅度的提高。

近年来，新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化，而且利用高速运行能实现大幅度时快速冷冻;在洗衣机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，新流行的洗衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因此不但安全，还大幅度提高加热效率，其工作频率高于听觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声;IH电饭堡得到的火力比电加热器更强，而且利用变频可以进行火力微调，只要合理设计加热感应线圈，可得到任意的加热布局，炊饭性能上了一个档次;变频微波炉利用高频电能给磁控管必要的升压驱动，电源结构小，炉内空间更宽敞，新式微波炉能任意调节电力，并根据不同食品选择最佳加热方式，缩短时间，降低电耗;照明方面，荧光灯使用高频照明，可提高发光效率，实现节能，无闪烁，易调光，频率任意可调，镇流器小型轻量。

变频技术正在给形形色色的家电带来新的革命，并将给用户带来更大的福音。今后变频技术还将随着电力电子器件、新型电力变换拓扑电路、滤波及屏蔽技术的进步而发展。家用太阳能发电系统还将给家电增添新的能源。

电力电子装置带来的危害及对策

电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变，不但大大降低了系统的功率因数，还引起了严重的谐波污染。另外，硬件电路中电压和电流的急剧变化，使得电力电子器件承受很大的电应力，并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EMl)，而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准，国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也分别于1984年和1993年制定了限制谐波的有关规定。

1(谐波与电磁干扰的对策

(1)谐波抑制为了抑制电力电子装置产生的谐波，一种方法是进行谐波补偿，即设置谐波补偿装置，使输入电流成为正弦波。

传统的谐波补偿装置是采用lC调谐滤波器，它既可补偿谐波，又可补偿无功功率。其缺点是，补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，效果也不够理想。但这种补偿装置结构简单，目前仍被广泛应用。

电力电子器件普及应用之后，运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是，从补偿对象中检测出谐波电流，然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。它已得到人们的重视，并将逐步推广应用。

另一种方法是改革变流器的工作机理，做到既抑制谐波，又提高功率因数，这种变流器称单位功率因数变流器。

大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦，但电路结构越复杂。

几千瓦到几百千瓦的高功率因数变流器主要采用PWM整流技术。它直接对整流桥上各电力电子器件进行正弦PWM控制，使得输入电流接近正弦波，其相位与电源相电压相位相同。这样，输入电流中就只含与开关频率有关的高次谐波，这些谐波次数高，容易滤除，同时也使功率因数接近1。采用PWM整流器作为AC,DC变换的 PWM逆变器，就是所谓的双PWM变频器。它具有输入电压、电流频率固定，波形均为正弦，功率因数接近1，输出电压、电流频率可变，电流波形也为正弦的特点。这种变频器可实现四象限运行，从而达到能量的双向传送。

小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数，一般采用二极管整流加PWM斩波，常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。

(2)电磁干扰抑制解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du,dt，目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:

?开关器件上串联电感，这样可抑制开关器件导通时的di,dt，使器件上不存在电压、电流重叠区，减少了开关损耗;

?开关器件上并联电容，当器件关断后抑制du,dt上升，器件上不存在电压、电流重叠区，减少了开关损耗;

?器件上反并联二极管，在二极管导通期间，开关器件呈零电压、零电流状态，此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。

目前较常用的软开关技术有:

?部分谐振PWM。为了使效率尽量与硬开关时接近，必须防止器件电流有效值的增加。因此，在一个开关周期内，仅在器件开通和关断时使电路谐振，称之为部分谐振。

?无损耗缓冲电路。串联电感或并联电容上的电能释放时不经过电阻或开关器件，称无损耗缓冲电路，常不用反并联二极管。

在电机控制中主开关器件多采用 IGBT，IGBT关断时有尾部电流，对关断损耗很有影响。因此，关断时采用零电流时间长的ZCS更合适。

2、功率因数补偿早期的方法是采用同步调相机，它是专门用来产生无功功率的同步电机，利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而，由于它是旋转电机，噪声和损耗都较大，运行维护也复杂，响应速度慢，因此，在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。

另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点，但由于其铁心需磁化到饱和状态，损耗和噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负载的不平衡，所以未能占据静止无功补偿装置的主流。

随着电力电子技术的不断发展，使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展，其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点，而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后，可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是，静止无功发生器使用的电抗器和电容元件小，大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。

收音机变频原理:

所谓“变频”，就是通过一种叫“变频器”的电路，将接收到的电台信号变换成一个频率比较低但节目内容一样的“中频”，然后对“中频”进行放大和“检波”(取出电台高频信号中携带的音频信号[“表示声音的电信号”]，供收听)。

因为中频比电台信号频率低(现在有些机器的中频比电台信号频率高，另当别

论)，放大容易，不容易引起自激，灵敏度高，且可以针对固定的中频做很多的“调谐回路”，选择性好。带有自动增益(放大倍数)控制电路(即所谓的AGC)，使强、弱电台的音量差距变小

电容上携带能量的计算公式

电容上携带的能量(焦耳)，是二分之一乘以电容量(法拉)再乘以电容电压(伏特)的平方。

1法拉5V的电容携带的能量为12.5焦耳。1焦耳,1瓦每秒

全新1.2伏1.8A时的镍氢充电电池充满后携带的能量为1.2*1.8*3600,7776焦耳。我手头有一个1法拉5.5伏的电容，在中关村买的10元一个。体积比壹圆硬币大3倍左右。AA电池的体积是1法拉5V电容的2.5倍。

我的结论:在现在的商业环境条件下，镍氢充电电池和法拉电容的体积能量比为250:1，价格比为1:2。另外电容放电需要特殊的恒压输出调整电路

范文三：超级电容器的工作原理

根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器(Electric double layer

capacitor, EDLC)和赝电容器(Pesudocapacitor)。

2.1 双电层电容器原理

双电层电容器是通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型元器件，当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力、原子间力的作用，使固液界面出现稳定的、符号相反的双层电荷，称为界面双层。

双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料，有活性炭(活性炭粉末、活性炭纤维)、碳气凝胶、碳纳米管。双电层电容器的容量大小与电极材料的孔隙率有关。通常，孔隙率越高，电极材料的比表面积越大，双电层电容也越大。但不是孔隙率越高，电容器的容量越大。保持电极材料孔径大小在2,50 nm 之间提高孔隙率才能提高材料的有效比表面积，从而提高双电层电容。

2.2 赝电容器原理

赝电容，也叫法拉第准电容，是在电极材料表面或体相的二维或准二维空间上，电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。由于反应在整个体相中进行，因而这种体系可实现的最大电容值比较大，如吸附型准电容为2 000×10–6 F/cm2。对氧化还原型电容器而言，可实现的最大容量值则非常大[9]，而碳材料的比容通常被认为是20×10–6 F/cm2，因而在相同的体积或重量的情况下，赝电容器的容量是双电层电容器容量的10,100 倍。目前赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。

金属氧化物超级电容器所用的电极材料主要是一些过渡金属氧化物，如:MnO2、V2O5、

2、NiO、H3PMo12O40、WO3、PbO2和Co3O4等[10]。金属氧化物作为超级电容器电RuO2、IrO

极材料研究最为成功的是RuO2，在H2SO4电解液中其比容能达到700,760 F/g。但RuO2稀有的资源及高昂的价格限制了它的应用。研究人员希望能从MnO2及NiO等贱金属氧化物中找到电化学性能优越的电极材料以代替RuO2。用导电聚合物作为超级电容器的电极材料是近年来发展起来的。聚合物产品具有良好的电子电导率，其典型的数值为1,100 S/cm。一般将共轭聚合物的电导性与掺杂半导体进行比较，采用术语“p掺杂”和“n掺杂”分别用于描述电化学氧化和还原的结果。导电聚合物借助于电化学氧化和还原反应在电子共轭聚合物链上引入正电荷和负电荷中心，正、负电荷中心的充电程度取决于电极电势[9]。导电聚合物也是通过法拉第过程大量存储能量。目前仅有有限的导电聚合物可以在较高的还原电位下稳定地进行电化学n型掺杂,如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等。现阶段的研究工作主要集中在寻找具有优良的掺杂性能的导电聚合物，提高聚合物电极的充放电性能、循环寿命和热稳定性等方面。

超级电容器作为一种新型的储能元件，具有如下优点:

(1)超高的容量。超级电容器的容量范围为0.1,6 000 F，比同体积的电解电容器容量大2 000,6 000倍。

(2)功率密度高。超级电容器能提供瞬时的大电流，在短时间内电流可以达到几百到几千安培，其功率密度是电池的10,100倍，可达到10×103 W/kg左右。

(3)充放电效率高，超长寿命。超级电容器的充放电过程通常不会对电极材料的结构产生影响，材料的使用寿命不受循环次数的影响，充放电循环次数在105以上。 (4)放置时间长。长时间放置超级电容器的电压会下降，再次充电可以充到原来的电位，对超级电容器的容量性能无影响。

(5)温度范围宽，达– 40,+70 ?。超级电容器电极材料的反应速率受温度影响不大。 (6)免维护，环境友善。超级电容器用的材料是安全、无毒的，而铅酸蓄电池、镍镉蓄电池用的材料具有毒性。

超级电容器的不足之处表现为能量密度偏低，漏电流较大，单体工作电压低。水系电解液超级电容器单体的工作电压只有1 V左右，要通过多个电容器单体的串联才能得到较高的工作电压。而多单体电容器串联对电容器单体的一致性要求很高。非水系电解液超级电容器单体的工作电压高一点，可以达到3.5 V。但非水系电解液要求有高纯度、无水等很苛刻的条件。

范文四：超级电容器的原理

超级电容器的原理

2008年01月29日天外来客 6,084 views

超级电容器双电层介质在电容器的二个电极上施加电压时，在靠近电极的电介质界面上产生与电极所携带的电荷极性相反的电荷并被束缚在介质界面上，形成事实上的电容器的二个电极。很明显，二个电极的距离非常小，只有几nm．同时活性炭多孔化电极可以获得极大的电极表面积，可以达到200 m2/g。因而这种结构的超级电容器具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量。就储能而言，超级电容器的这一特性介于传统电容器与电池之间。当二个电极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上的电荷不会脱离电解液，超级电容器处在正常工作状态(通常在3 V以下)，如果电容器二端电压超过电解液的氧化还原电极电位，那么，电解液将分解，处于非正常状态。随着超级电容器的放电，

正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液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不同。

品牌

类别

封装外合众汇能 HCC 直插型号结构 HCAPC-HE 2R7 508 固定

圆柱形

形

HCC 2.7V5000F具有超高能量密度，在能量密度上有了质的飞跃，达到10.8wh/l

和9.7wh/kg，是常规产品能量密度的两倍以上，为全球法拉电容的产品中最高

值，且具有最优越的性价比。

产品应用领域：

1.太阳能灯的主电源

2.大型设备的后备电源

3.风力发电的中间存储电源

4.替代电池作为主能源

产品技术参数：

随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件,

因为其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。在一些需要高功率、高效率解决方案的设计中，工程

师已开始采用超级电容器来取代传统的电池。

电池技术的缺陷

Li离子、NiMH等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛使用。众所周知，

化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，

这也同样是采用铅酸电池（蓄电池）的设计者所面临的困难。同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，

因此，对于要求长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池就显出种种不足。

超级电容器的特点和优势

超级电容器的原理并非新技术，常见的超级电容器大多是双电层结构，同电解电容器相比，这种超级电容

器能量密度和功率密度都非常高。同传统的电容器和二次电池相比，超级电容器储存电荷的能力比普通电

容器高，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。

除了可以快速充电和放电，超级电容器的另一个主要特点是低阻抗。所以，当一个超级电容器被全部放电

时，它将表现出小电阻特性，如果没有限制，它会拽取可能的源电流。因此，必须采用恒流或恒压充电器。

１０年前，超级电容器每年只能卖出去很少的数量，而且价格很贵，大约１～２美元／法拉，现在，超级

电容器已经作为标准产品大批量供应市场，价格也大大降低，平均0.01～0.02美元／法拉。在最近几年中，

超级电容器已经开始进入很多应用领域，如消费电子、工业和交通运输业等领域。

图1 超级电容器循环寿命长，具有很高的功率密度、安全性和效率

超级电容器的结构虽然，目前全球已有许多家超级电容器生产商，可以提供许多种类的超级电容器产品，但大部分产品都是

基于一种相似的双电层结构，超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料，

如图2所示。

图2 在结构上，超级电容器和电池或电解电容器的主要区别是电极材料

早期的超级电容器的电极采用碳，碳电极材料的表面积很大，电容的大小取决于表面积和电极的距离，这

种碳电极的大表面积再加上很小的电极距离，使超级电容器的容值可以非常大，大多数超级电容器可以做

到法拉级，一般容值范围为1～5000F。

使用超级电容器

超级电容器具有广泛的用途。与燃料电池等高能量密度的物质相结合，超级电容器能提供快速的能量释放，

满足高功率需求，从而使燃料电池可以仅作为能量源使用。目前，超级电容器的能量密度可高达20kW/kg，

已经开始抢占传统电容器和电池之间的这部分市场。

在那些要求高可靠性而对能量要求不高的应用中，可以用超级电容器来取代电池，也可以将超级电容器和电池结合起来，应用在对能量要求很高的场合，从而可以采用体积更小、更经济的电池。

超级电容器的等效串联电阻ESR值很低，从而可以输出大电流，也可以快速吸收大电流。同化学充电

原理相比，超级电容器的工作原理使这种产品的性能更稳定，因此，超级电容器的使用寿命更长。对于像

电动工具和玩具这种需要快速充电的设备来说，超级电容器无疑是一个很理想的电源。

一些产品适合采用电池／超级电容器的混合系统，超级电容器的使用可以避免为了获得更多的能量而使用

大体积的电池。如消费电子产品中的数码相机就是一个例子，超级电容器的使用使数码相机可以采用便宜

的碱性电池（而不是使用昂贵的Li离子电池）。

超级电容器单元（cell）的额定电压范围为２.5～2.7V,因此，很多应用需要使用多个超级电容器单元。当串联这些单元时，设计工程师需要考虑单元之间的平衡和充电情况。

任何超级电容器都会在通电的情况下，通过内部并联电阻放电，这个放电电流就称为漏电流，它会影响超

级电容器单元的自放电。同某些二级电池技术相似，超级电容器的电压在串联使用时需要平衡，因为存在

漏电流，内部并联电阻的大小将决定串联的超级电容器单元上的电压分配。当超级电容器上的电压稳定后，

各个单元上的电压将随着漏电流的不同而发生变化，而不是随着容值不同而变化。漏电流越大，额定电压

越小，反之，漏电流小，额定电压高。这是因为，漏电流会造成超级电容器单元放电，使电压降低，而这

个电压会随后影响和它串联在一起的其他单元的电压（这里假定这些串连的单元都使用同一个恒定电压供

电）。

为了补偿漏电流的变化，常采用的方法是，在每一个单元旁边并联一个电阻，来控制整个单元的漏电流。

这种方法有效地降低了各单元之间相应并联电阻的变化。

另一个推荐使用的方法是主动单元平衡法（active cell-balancing），采用这种方法，每一个单元都会被

主动监视，当有电压变化时，即进行互相平衡。这种方法可以降低单元上的任何额外负载，使工作效率更

高。

如果电压超过单元的额定电压，将会缩短单元的使用寿命。对于高可靠性超级电容器来说，如何维持电压

在要求的范围内是关键的一点，必须控制充电电压，以保证它不能超过每个单元的额定电压。

国产超级电容器已进入实用化阶段

据上海奥威科技开发有限公司介绍，该司法拉级的超级电容器年产量已达几百万只，批量应用于各种数据贮存系统和低功耗无电源器具，大容量级的超级电容器已在高尔夫车和公交车等交通工具上进行应用试验。48V的高尔夫车使用80只5万法拉的双电层电容器，每2只并联后再串联，工作电流为30A ，电容器组的体积与48V180Ah的蓄电池相近，70A充电10分钟，可行驶20千米。公交车系统由传统无轨电车改制而成，11.5米长，采用360只8万法拉的双电层电容器串联而成，电容器安装在电车的贮物箱中，工作电压为590至400V，160A充电近2分钟，汽车空载行驶可达8.9千米，负载6吨并带空调的情况下可行驶3.5千米；该车已试验运行近万千米，公司已在上海浦东郭守敬路建示范自动充电站一座，给电容器充电由自动控制系统自动完成。该司计划在适当的时候首先将大容量超级电容器应用于公交车，在公交车的首发站和终点站建立自动充电系统，对于线路较长的公交车，可在中途增加适量充电站，利用上下乘客的时间给电容器补充电。上海奥威科技开发有限公司是我国目前规模最大的非对称双电层电容器的开发和生产企业，该司开发的双电层电容器，其比容量目前已达到蓄电池的1/4至1/3

纯电动汽车“产业化不适症”有药可解

文章类别: 应用状况作者：樊春艳来源：节能与新能源汽车网时间：2008/06/10 [参看评论(0)]

纯电动汽车的零排放和不依赖于化石能源的两大优势使其在新能源汽车领域一直备受关注，但电池成本居高不下、电能生产及回收中的污染等阻碍产业化的难题也一直困扰着业内人士。纯电动汽车真的只能成为一个遥遥无期的远景吗？答案或许可以更乐观一些：记者从国内从事电动汽车研究与生产的专家处了解到，纯电动汽车在我国已经有了一定的产业基础，而且纯电动汽车产业化的几个难题并非无解之题，专家还预计在2010年，我国纯电动乘用车年产量将达到8万辆左右，以年驶2万公里，对比耗油8L/百千米，可实现年替代燃油10万吨，年减少CO2排放30余万吨的目标，看来，我们有理由对纯电动汽车在近期寄予更大的希望。

纯电动汽车已具备一定的产业化基础

首先，我国的纯电动轿车已实现了批量出口美国。

就在人们还在讨论纯电动汽车的种种“市场不适症”时，其实中国的纯电动汽车早已

出口美国市场，出口量呈现出了连年增长的势头，天津清源的幸福使者纯电动车从2005年底的首批100辆到2008年的200至250辆出口美国，至今已累计出口1200辆，市场反应

良好，目前还有10辆纯电动车在欧洲做相关认证，进入欧洲市场也指日可待。

纯电动汽车成本过高可通过三种渠道解决

业内普遍认为纯电动车产业化最大的障碍之一就是成本过高，其实这并不仅仅是国内纯电动车发展所面临的问题，而是全球化的难题，但纯电动汽车推广较好的国家给了我们启示：成本问题并非无药可解。

其次，在技术层面，一方面，整车企业可以通过全球采购给电动车配备上价格较低、

解决电能生产环节的污染未来可依赖绿色电力

电池寿命及废弃电池的污染问题寄望技术进步

车用动力电池的回收污染问题也一直受到人们的关注，可以想象，当越来越多的纯电动汽车驶上街头，动力电池的回收污染就一定会成为问题，那么纯电动汽车除了在排放上可以做到零污染，在电池的回收上又有什么减少污染的方法呢？有关专家提出了几点令人信服的建议，可以让那些担心废弃电池污染的人们打消一些顾虑。

干块电池从而带来严重污染的问题将不再严峻。另外，日本关于下一代动力电池的规划（见表1）也给了人们一个信息：永远不要低估技术进步的力量。

表1日本下一代车辆燃料行动计划中对电动汽车动力电池发展的预期和目标

充电设施的建设寻求合作共赢

这又是一个鸡生蛋和蛋生鸡的问题。汽车企业强调电网公司要配合建设电动汽车充电站，而电网公司则反问：充电站建好了，谁来充电？

让市场决定、合作共赢，汽车生产企业和电网公司人士应该达成上述共识。其实这个问题也有很好的解决方案。

场应该将充电设备纳入规划。

其次，如果能在全国范围内实施峰电和谷电分别计费，对多数情况下在夜间

利用谷电充电的电动汽车使用者将是一个很大的利好。

当然，纯电动汽车产业化存在的问题不止这些：比如奇瑞汽车工程研究院的专家就提出动力电池的管理系统的复杂性应该引起重视，因为其难度和复杂性相当于传统内燃机的ECU；另外就是纯电动整车的生产资质和产品准入的问题，这也是纯电动汽车在我国面临的最大问题之一。尽管还有这样那样的问题，但可以说，纯电动汽车产业化在技术层面一直困扰业内人士的几大问题都不是不解之题，那么，我们确实需要给纯电动汽车一个成长的空间了。

用电容来带微波炉？

首先，请问你的电器是用的直流电还是交流电呢？如果使用直流电的话，可以直接用电容来带。如果你是用交流电的话，必须加上一个换流设备，也就是我们俗称的逆变器。

再者，你的电器是多少伏的额定电压呢？如果按你说的微波炉来算的话，那么是220V的交流电，这样的话，根据电容的储能公式：E＝?CU2，E是电容携带的总能量，C是电容器的电容值，U是输出电压，那么计算下来，10千瓦小时的总能量为36000000焦耳，U2为48400平方伏特。这样，你的电容值应该为 1487.6 法拉。

回到原始问题上。价格暂且不谈，可是现在电子器材市场上能买到的电容多以皮法（1法拉的万亿分之一）或者微法（1法拉的百万分之一）为单位，鲜有以法拉作为单位的，更不说上千法的电容了。而且上了法拉的电容都是很贵的，再加上一个逆变器，初期成本就太高了。生意人，以降低成本为宗旨之一，对吧。

最后一个问题是，交变电流输出的有效值实际上只有峰值的约70.7%，也就是说，如果你购买电容的话，电容的耐压值也必须在220V/0.707=311V以上，考虑到电容的使用寿命和富余耐压值成正比，和耐温值也成正比，所以你不得不购买耐压在400V以上，耐温在115℃以上，电容值在2000F以上的电容。

综上所述，使用电容器来带微波炉，不是一个明智的选择。

建议：购买小型汽油（柴油）发电机。根据理论计算和实际观察，每日耗油是很少的，同时，也免去了电容器每天充电的麻烦和危险性

电容的作用：

滤波作用，在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容．由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容，以滤除高频及脉冲干扰。

耦合作用：在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。电容的重要性汹涌的河水流入到湖泊中,再让它流出来,那就显得平静而柔和了.电容就应该是充当了湖泊的作用吧.让电流更纯净没有杂波.

纸介电容是由两层正负锡箔电极和一层夹在锡箔中间的绝缘蜡纸组成，并拆叠成扁体

长方形。额定电压一般在63V～250V之间，容量较小，基本上是pF(皮法)数量级。现代纸介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装，不易老化，又因为它们基本工作在低压区，且耐压值相对较高，所以损坏的可能性较小。万一遭到电损坏，一般症状为电容外表发热。

瓷介电容是在一块瓷片的两边涂上金属电极而成，普遍为扁圆形。其电容量较小，都

在pμF(皮微法)数量级。又因为绝缘介质是较厚瓷片，所以额定电压一般在1～3kV左右，很难会被电损坏，一般只会出现机械破损。在计算机系统中应用极少，每个电路板中分别只有2～4枚左右。

电解电容的结构与纸介电容相似，不同的是作为电极的两种金属箔不同(所以在电解电容上有正负极之分，且一般只标明负极)，两电极金属箔与纸介质卷成圆柱形后，装在盛有电解液的圆形铝桶中封闭起来。因此，如若电容器漏电，就容易引起电解液发热，从而出现外壳鼓起或爆裂现象。电解电容都是圆柱形(图1)，体积大而容量大，在电容器上所标明的参数一般有电容量(单位:微法)、额定电压(单位:伏特)，以及最高工作温度(单位:℃)。其中，耐压值一般在几伏特～几百伏特之间，容量一般在几微法～几千微法之间，最高工作温度一般为85℃～105℃。指明电解电容的最高工作温度，就是针对其电解液受热后易膨胀这一特点的。所以，电解电容出现外壳鼓起或爆裂，并非只有漏电才出

现，工作环境温度过高同样也会出现。

1.电容器主要用于交流电路及脉冲电路中，在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用。

2.电容既不产生也不消耗能量，是储能元件。

3.电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件；在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。

4.因为在工业上使用的负载主要是电动机感性负载,所以要并电容这容性负载才能使电网平衡.

5.在接地线上,为什么有的也要通过电容后再接地咧?

答：在直流电路中是抗干扰，把干扰脉冲通过电容接地（在这次要作用是隔直——电路中的电位关系）；交流电路中也有这样通过电容接地的，一般容量较小，也是抗干扰和电位隔离作用.

6.电容补尝功率因数是怎么回事?

答：因为在电容上建立电压首先需要有个充电过程，随着充电过程，电容上的电压逐步提高，这样就会先有电流，后建立电压的过程，通常我们叫电流超前电压90度（电容电流回路中无电阻和电感元件时，叫纯电容电路）。电动机、变压器等有线圈的电感电路，因通过电感的电流不能突变的原因，它与电容正好相反，需要先在线圈两端建立电压，后才有电流（电感电流回路中无电阻和电容时，叫纯电感电路），纯电感电路的电流滞后电压90度。由于功率是电压乘以电流，当电压与电流不同时产生时（如：当电容器上的电压最大时，电已充满，电流为0；电感上先有电压时，电感电流也为0），这样，得到的乘积（功率）也为0！这就是无功。那么，电容的电压与电流之间的关系正好与电感的电压与电流的关系相反，就用电容来补偿电感产生的无功，这就是无功补偿的原理。

1、滤波

2、电容既不产生也不消耗能量，是储能元件

3、抗干扰和电位隔离

4、在工业上使用的负载主要是电动机感性负载,所以要并电容这容性负载才能使电网平衡

5、通交隔直（交流通过，直流隔断）

6、电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件；在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件

7、补尝功率因数

变频跟直流没关系变频是交流的频率变化是交流(AC)变交流(AC)

通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术

变频器一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

矢量控制变频调速的做法是：将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic、通过三相—二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

变频技术与家用电器

首先是电冰箱，由于它处于全天工作，采用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，可以彻底消除因压缩机起动引起的噪声，节能效果更加明显。

的空调器已采用无刷直流电动机实现变频调速，其节能效果较交流异步电动机变频又提高约10％—15％。为了进一步提高装置的效能，近年来，日本的空调器又逐步从单纯的PWM控制改为PWM十PAM混合控制方式。即较低速时采用PWM控制，保持U／f为一定；当转速大于一定值时，将调制度固定在最大值附近，通过改变直流斩波器的导通占空LL，提高逆变器输入直流电压值，从而保持变频器输出电压和转速成比例，这一区域称为PAM区。采用混合控制方式后，变频器的输入功率因数、电机效率、装置综合效率都比单独PWA4控制时有较大幅度的提高。

近年来，新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化，而且利用高速运行能实现大幅度时快速冷冻；在洗衣机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，新流行的洗衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容；电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因此不但安全，还大幅度提高加热效率，其工作频率高于听觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声；IH电饭堡得到的火力比电加热器更强，而且利用变频可以进行火力微调，只要合理设计加热感应线圈，可得到任意的加热布局，炊饭性能上了一个档次；变频微波炉利用高频电能给磁控管必要的升压驱动，电源结构小，炉内空间更宽敞，新式微波炉能任意调节电力，并根据不同食品选择最佳加热方式，缩短时间，降低电耗；照明方面，荧光灯使用高频照明，可提高发光效率，实现节能，无闪烁，易调光，频率任意可调，镇流器小型轻量。

电力电子装置带来的危害及对策

1．谐波与电磁干扰的对策

(1)谐波抑制为了抑制电力电子装置产生的谐波，一种方法是进行谐波补偿，即设置谐波补偿装置，使输入电流成为正弦波。

另一种方法是改革变流器的工作机理，做到既抑制谐波，又提高功率因数，这种变流器称单位功率因数变流器。

大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术：将多个方波叠加以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦，但电路结构越复杂。

几千瓦到几百千瓦的高功率因数变流器主要采用PWM整流技术。它直接对整流桥上各电力电子器件进行正弦PWM控制，使得输入电流接近正弦波，其相位与电源相电压相位相同。这样，输入电流中就只含与开关频率有关的高次谐波，这些谐波次数高，容易滤除，同时也使功率因数接近1。采用PWM整流器作为AC／DC变换的 PWM逆变器，就是所谓的双PWM变频器。它具有输入电压、电流频率固定，波形均为正弦，功率因数接近1，输出电压、电流频率可变，电流波形也为正弦的特点。这种变频器可实现四象限运行，从而达到能量的双向传送。

小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数，一般采用二极管整流加PWM斩波，常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。

(2)电磁干扰抑制解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du／dt，目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是：

①开关器件上串联电感，这样可抑制开关器件导通时的di／dt，使器件上不存在电压、电流重叠区，减少了开关损耗；

②开关器件上并联电容，当器件关断后抑制du／dt上升，器件上不存在电压、电流重叠区，减少了开关损耗；

③器件上反并联二极管，在二极管导通期间，开关器件呈零电压、零电流状态，此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。

目前较常用的软开关技术有：

①部分谐振PWM。为了使效率尽量与硬开关时接近，必须防止器件电流有效值的增加。因此，在一个开关周期内，仅在器件开通和关断时使电路谐振，称之为部分谐振。

②无损耗缓冲电路。串联电感或并联电容上的电能释放时不经过电阻或开关器件，称无损耗缓冲电路，常不用反并联二极管。

在电机控制中主开关器件多采用 IGBT，IGBT关断时有尾部电流，对关断损耗很有影响。因此，关断时采用零电流时间长的ZCS更合适。

收音机变频原理：

所谓“变频”，就是通过一种叫“变频器”的电路，将接收到的电台信号变换成一个频率比较低但节目内容一样的“中频”，然后对“中频”进行放大和“检波”（取出电台高频信号中携带的音频信号[“表示声音的电信号”]，供收听）。

因为中频比电台信号频率低（现在有些机器的中频比电台信号频率高，另当别

论），放大容易，不容易引起自激，灵敏度高，且可以针对固定的中频做很多的“调谐回路”，选择性好。带有自动增益（放大倍数）控制电路（即所谓的AGC），使强、弱电台的音量差距变小

电容上携带能量的计算公式

电容上携带的能量（焦耳），是二分之一乘以电容量（法拉）再乘以电容电压（伏特）的平方。

1法拉5V的电容携带的能量为12.5焦耳。1焦耳＝1瓦每秒

全新1.2伏1.8A时的镍氢充电电池充满后携带的能量为1.2*1.8*3600＝7776焦耳。我手头有一个1法拉5.5伏的电容，在中关村买的10元一个。体积比壹圆硬币大3倍左右。AA电池的体积是1法拉5V电容的2.5倍。

我的结论：在现在的商业环境条件下，镍氢充电电池和法拉电容的体积能量比为250：1，价格比为1：2。另外电容放电需要特殊的恒压输出调整电路

范文五：超级电容器的应用

第5卷第6 20期61 年1 1

储月能科与学技术nergE ytoSrge Sacenie ancd Tehcnlogo

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级超电器专容刊特：评约述

级电超容器的应

陈用雪 1，丹硕陈翼2 乔志军 1，傅冠生，1 阮，波殿1 （1

宁中车波能新科技有源限公，司江浙宁波31 511；2 科学技术部高2技术究研展中心，北京 10发040）4

摘

：与要统传二电次池比相超，级电容因其具有寿器命长、功率度密大等特点，够能满电动汽足车、子电存设储备、用家气电、航航天空设备等一应些用领对域功高率储能装的置需，因此自其求世问以来，种储能这器件的应用便急速扩展本文。双电对电层器容混合型和超级容器进电行简了单介，并绍其应用进行综对述关键词。超：级容电器E；LCD混；型超级合电器容；应用od: 10.i12082j./sis.20n95-2439.0216.0074 图分类号中TM：5 3文献标码志：A文章编号：2059-24932（01）066800-0-7

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随

近着些年来石能源的化消耗以气及候的变

15 达Wkk/）g 且，具较有宽工的作温范围和度长极的使用命寿因此在，一些求高要率的领功域超，级电器容有其着独特的势优[2]。

，社会化需求与索的探目逐渐转向可光续、持可生再能，源如太能阳风能、，同等时电动车和混汽电合汽车由动于C O 2排量放低也展发迅。为保速证辆车够能一段在间时内稳被定动，储能系统驱不可或，缺而其中当首冲的其便是池、电化学电电容一类器电化的学储能统[系]。电1池、电学电化容和器电器容是当今大主三的要化电学储器能件，图 1 几是种能储系的比统率比能量功Ra goen图，可看出锂，离子池电拥有较高h kg）/ 的能密度（量商业化品产可达 18 0·W，但其功率密度相对较低约（ k2Wk/g ，相比较）言，超而电级容器能量密度较的，但低功其率度密高很可

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日期：稿016-20-17；4改修稿日期：012-068-0。1基金目：宁项市波重大科技项专（012061ZDA-10108和）中国2 160 年工强业基工[0程741-MTE0C-55932包（5）] 。第一者作陈：雪（1丹99—0），女，硕士，助工理程，研师方究为电向池电容储器能，件E-aim：ldxhecncr@rccapc.mo通讯；联人系：阮殿波，教级授高工级师程，-mail：rEundainaob@rcrcac.com。p

超级电容器1的介简电化学电

容（器eletcrcheoimcl aacacitoprE，）

第

期

雪丹陈等超：电级器容应的用

年01

8又超称级容电器（ speuracacpito）r超大容量电容或器（ultacapractio）[3r。与传]电容器统（容在电法拉微和毫拉的法范围）相比超级，电容虽器同样是物然存理电储荷但由于，电极其用高采比表积面材料，并在电极面表形双成电层荷存储电，个单级电超容器存可更储高的额定容（高量数达十、数百至甚上千法）拉而；由于理物储存荷不依电赖化反应速率学与，池（电循环寿寿命<15命0 0次）相比超，级电容器又="" 有近拥无限乎的寿="">

和极大的充放电功

率。近年些，美来、日本、国俄斯罗、国等众韩国家多，超级对电容器其及应用开展究研我，虽起步国晚较，随但着研的不断究深以及入视程重的加度深，目已前得取为显较的著成，果并一在需求领些域以得用应超。级容电按其器能储理机可分为 3，种分别为电双电层器容（EDL ） C、电赝容和器合型电容混器，图 2 常见类型是容器电分类；按电的对称性极又可分为称型和对非对型称两[种3]

。2图 ig.F

2电

化电学器容类分3[

Cl]assficaiitono fcmomn oCE[3s]

1双

电层超电容级器E（LC）

DC L作超级电为器容典的型表，其储代能原是理电极在面吸附表电解离质，在电极和电解子质面双电界来实现能量的存层，储一种是物纯理电吸脱静附的充放电机制ED。C L的电材极主要为料具有比高表面的多积孔碳材（料括活包性炭粉末、活性炭纤、维纳碳米管及以碳凝气胶等）其，，中性炭粉末不仅活材料原源来广，泛制备工其也相对简艺，单又其比因面表高积且格适中价，是目前用最应广泛的种材一。料DECL 由电于上不发生极拉第法反应，双以电层-双电为主层机制要，极上不发电生化反学应相变过与，程因此不电受学化动学限制力，电存储不荷赖化学依反速应率，离扩子速散远度大电于中池学化反速率，应在电大流放充电过程中有高也度的可性，因逆此ED C L有以下几方面具性特点[能-6]：4① 功率密度，高实可现量的快能速释放吸收和②；充放时间短，可电完成十秒几充内放电；循环③

寿命

长，充放电可循环百万次；④电解液选不受择限； ⑤工温作度范围大可在?，0465 ℃～境环下工作目。前世上界生产E DL 的公司主要C美国、有韩 Evna、s Coopre 、NES SCA、 P、国日的本 MXAELLW、L 、松S下NEC、公等司及以内国的中国中、车京北星、集上海威奥。等表 1给出种几DECL单的参体。 1数. 赝2容电电容器氧还化原赝容电 ps（uedoc-aapitacnec）与 E LDC不，同电赝容容电通器过一在定电势的围内在电范极电或表面极生发快、可速的逆化氧原反还应来实以准电容-现电容为主要准机制的速快能储，相同在电极面的情积况，下容量是EDCL 的10～010 [7倍]。研究中普遍最赝电容电极材料是的过金渡属氧物化金或氢氧属物（化如R uO 、2C o3O 4、 2OV5、 nMO2等）导电聚和合物，如吡咯聚（PP）y 聚苯胺、（PANI）聚噻和的吩衍物（生TPh）。等 .31 合型超混级容器基电锂离子于池电能量密优度势及双电层电以

容08 2年

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科学与技术

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数erPfromanc eaprmeaterso sfom eDLCEce ls

l直内流阻/m ≤0Ω1 ≤.027 .0.26≤漏流电m/A≤ 0.2 ≤02 ≤512 .量/g 质4100520 535 能比量 /W h··kg?1 1 1.56 72 5.6. 比功率/ Wk·k ?1 1g.901 161 31 循.环寿命万次 /0101 0010

0容

量/F1 0200 30003 00

了近0十年来能储件器研的热点，并发随且正着极负材料以及电液的解断不展发，混型合级超电容已器经为未来成混合电动车（HVE）有最景前的动解力决案。从广义方来讲，混合上超级型电容可分为器串型内内并型两种和8[-9。] 1..31内串型内串型器是件器指内件部中一其极为离锂子嵌脱极，电另一为极容电极电。正极如为活性炭，负为极L iTi4O125或石墨，是比等较型典一类的因，此通常所说混的型超合电容级就器是这两种体系指，即AC /预锂嵌L（C）I和 CA L/4Ti5Oi21NH（）C，是SC H代的[10-11表] 1.。3. 内并2 内并联器型则是基件内于型串极一一的单活性材炭对料于量密能度局限性的，将 HSC 改进在锂为离子池电正或极负极中混入者活炭，性iL4i5T12 O通被常用负作活极性材，料如(Lin2OM+4AC/L)i4T5O12i[13]、 (LieFOP+4AC)Li/4T5Oi12[14]、 LiCo(O2+C)A/L4Ti5Oi2[11]

5表2Tabl e2正极

CAAC CA 0%L5inM24 O+0%A5C80 L%FiPOe 4+2 0%A 40CLi%nM24O 60+%A 7C%5NCM 25+AC% 负极L4Tii512 锂O化硬碳 i4TLiO12 505%Li4T5iO12+ 05%CALi 4iT51O Li2Ti4O512石

墨

(L和in2OM+4A)C/L(4TiiO51+2AC[16])。等在些体这系，中混合型器可被件认是双为层电容电AC/AC）

（

或内串联锂型离子容器（电A/Ci4Ti5OL21 与锂）子电池的离内部并联。于由Li T45iO2 具1较高的有锂脱嵌位电（1. 5 5 Vsv L.+/Li i），件器的工作电压相对较低限，制器件了能量的比提高，几近对年( LiNi.5Co0.20M0n.O2+3AC/ ) 石墨体系 [1]7的研究则使器件的压窗电口以提得。内高联器并件由于更直观地体现了电池电容的结和，合因此业所说内的池电容电也常是指通此类器。尽件管电池电容的 h/g k以上，甚至可达能量密度可达 30到 W 80· W·h k/g然而由，正于极或负极者中入混的性活炭含量般少于一3 0%，致导池电容的电功密度低率于3 W/kg。k表 2 中列出了一些文中不同 H献S C结的构及比量和能容量密度与。ED C 相L比其优势，与不足都比明了，虽然在能较密量度有所提上升但是其，循寿环命与仍级超容器电存差在。距

不

同离子混合超级锂容器电的构结及比容和能量量密度[8 S]pceiif ccapaicytan de negryden siy to fdfferiet nHCsS[8 ]

电解液电压口窗/ 1.V～3.5 20.0～3.91.0～3.0 0 7～3..01 .0～2.6 1.～22.8 .254～0. 容比量4 63 .5.32 6.29 269 68.— 8.53①

能量

密度78. 754.21 138 21.6 1744.2≈132

②

①

循环寿

命 900 060 0001 —0500 50 00 200

0考参文献 [1 ]2 [18][19 [16]] 1[] [154][1 7]

/Am· h·g? 1

W h·· g?k

om/l LiPL6/FC + EMD 1.C2 mo/L LiPFl/EC 6 +DCE + P CiLPF6E/ +CDE 1 Com/lLLi PF/6NA m1olL/ iClO4L/EC+ MCD +MC 1 Eom/L LilP6F/E C+ MDC +MC E1m l/oL LPiF6/CE + DMC+ DCE

9240.

①基于所正极活性有质质物量②从；器件值估算（数系数子为 8）。因

第5卷

第6 期2 01 年 611

月

储能学科与术技Eergy ntoraSeg cSenci andeTe cnhoolg

lo. 5No.6 Nov 2.06

1下降时

迅完速大成流电充，电回势收转化能电为，能能节保环的时大同降大低油了耗。级电容超以器其异优充放的寿电、命高率密功对针电梯、港口械设机备运货载物上时需升要、度环境友等好特点，得到更广为的泛用应研与究。消很大能耗量下降，时自动会产较大势能的生情，况其，超级中容电器常见应的领用包域括：消电子、这部分势费能传在统机设备械没中得到合理利有用。备后源、电再可能源发电系生、轨道交统领域、通DELC 其大电因流充电放优等良特性能，够现电实军装事备领、航域空天领域等航[12。]目前较看被好梯、港口机设械等在上备升程过中的瞬提升间动启还的是双层电电器和容混型电容合器下文就二，者能量及下降以程中过势的能收回27[。 ]的用应行进纳归举例。

2 超

级电容应器用举

例2

电层双超级电器容用举例

应前目，研究超级电容的器家主要包国括国、中日本、韩、国国美法、国、德国等在技术。水平与制规造模，亚洲处于上时暂

领先的位地。中其DEL C的制、生作产艺最工成为，熟展前发景最宽广。目为前，国外电层电容双器产生厂主家要括 Ma包wxel l 、Nescspa 、L MtSron 、oxIsu 、apCX-X 、 ELI、ETMA、SSftaN、ihiccnoN、ipop Cheni-comn P、ansoani c等。国双内层电电器容生产家厂主要包中括国车中、朝时代、今北京集星上海、威奥北、京众合汇、能州锦凯、美南湖耐普恩天、津力神。等.2.1 可1再生能源领的域应用DEL 在C再生能可源领的应用主域包括要风力：发变桨电控制，高风力发提稳定电性连续性，、光发伏电的能储置以装与太阳能电池结及合用于应路、灯交通示灯等[22指23-。] 照日风和变化速会导可致生再源能发设备输电功率波动出具有，不稳与定不可测性预。而 ELD C其长寿因、命功高率特性，能够适应风能和太阳等的能电流大波，动天阳白充光足风和力劲时可强吸收以能并量存，以待储晚和夜风较弱时力行进放电，起到能高供电的稳提性定和可性的效果[2靠4。 ].212 .工业领域的用应电双电容器在工业领层域可以应于用车叉、起机重、电梯港口、重机起械、各种备电源、后电网力存储电方面[25等]。（）重型机械1域领应用叉的、起车重方面的应用是当叉车或机起机重启时 E动LC 存储的能量D 及会提供其时降所需升瞬时大功的。率同储存在时双电层电器容的电中可以辅能助起重吊装，、从减而油少消耗及的气废排放，可满足其它并要必电气功的[26能。利]用容大量EDLC，可实现以短周期电大充、流放，电设备启即时迅动速完成大电流电，供

a（）田油井钻机

（

）港口b机势能回吊馈

c（储）式重型矿车

能3图F gi3.

DLE C在型重械领机域应用的

pApliatcins oo EDfC Ln heaiyvm chainrey area

（2

）动力 US P面方应用的重要的数在中据、心信通中、心络系网统、医系统疗对等电可源靠性要求高较领域，均需采的用 PSU 置装服供电克电网出现断的电、浪、频率涌荡、震压突电、电压波动变故障。等用于 PUS 装置的中储能件通部可采常铅用酸蓄电池、轮飞储能燃和料池等[28电。然]而在源出电现障的故一瞬，以间上储的装置中只能有电池以可实现时瞬电放其它，储能置需装长要一分

达

第6

期

陈雪丹等：超级电

容的应用器

年803

钟的

动启才可到正常达的出输功率但，池的寿命电远不 ED及LC，且使过程用中的维需要消耗护大人量力、力物。DLE 用C动力于UP 储S能以在可分数之钟充内满电其高功率，度输出密特使性在其某特些殊情况下成良好为应急的电源，如炼厂的钢炉高冷却的应水水急电泵，源一停旦电ED，C 可以立即实现L高率输功出，启动油发柴电机，向组高和水炉

泵供电，确保高安炉生产全。（）3在微储能网面的应方微用网电一是种分由布电式组源的成立系独统，某些情况，微下电网会从并模式转换为孤网网模，出现式率缺功，额能储设的安备则有装于助种模式两的平稳过。渡EDL C能储系统可以有地效负将低荷落产生的时多余能进电行存储，并在荷负峰时高电能将馈，回以调整功需求。率将作其为微电的能网量缓环节，冲可充分地用利荷低谷负时机组的发电同，可时免避安装发机电组满足峰来值负荷，避浪费。由免于DEL 优C异的性能得其比使电池更蓄合适理处尖峰负，能够提供荷效的备用有容改善量力电品，改善质统的系靠可度稳定、度[92] 。2.13 .轨交通道领的域用应轨道交具有运通大量、速度、安快、全点、准护环境、节保约源能和地用等点特EDL，C 在道轨交通域领中应用主要包的有轨电括车地铁、动能制量回收装、置内燃机和车内机燃动车启组以及动车卡重型运、输等车辆在车冷寒区地低温的启动[等03] 。中株车机储式现代能轨有电车因采用级电容超为主动力作驱电动，源无架需空线绿，智色，能已得取州广、安、宁淮波、东莞深圳、、汉武等市城10 辆0车列示的线范单，其订广中海珠州和淮线安交线通已开通。储式能代有现轨电因消除了视觉车污染，实制动能量现回收绿，色能，智在际有国轨电领车极域具竞争。力能式储代有轨电现车按得取30 %销份售，对额超电容级求需达将到4 0亿元右。左地列车由于站铁间较短，制动频繁，制动能距量相可观。当前，目界世已上 5有 5国家的个 170 座市建有城地铁，采超级用容电作储能器为制成制件动能回收装置量替代制，动电，阻存储制能动，量车启动的时列候释放再来，对出地铁于能节意义重。目大，由前国中车承中担的8 6 项目3所中研的发 V/310200 F超电级器已在储能容式有电车和轨铁地的量能回系统馈应用，使能量在中储存化与转收回

方面

效的率一进步高。提对内燃于机车机，车柴油的启机是由动铅酸蓄电池电，驱供直动流动电机启，从带动而油柴至机火点柴油，机常正运，这转时止启动停电供机，电油机启柴完动。这种启动方成，式柴油在机始开转动瞬间，蓄电池的要大流深电度放电对，电蓄的使池寿命将用产很生大响，影对电池的容蓄量要求

（a较）储能有轨式电

车（b

）动组低温车动

启c（地）制动能铁回量收系统

40 年（

）d内机燃辅车助统系

储

能

科学与技

20术16年第5 卷

4 图iF.4g

CL在轨道通交领域的用

应A

plipcatois nf EoLC inD rila rtnait srea

a高

。电池蓄的使用温在?2度0℃以上、寿低于命500次，

所以在境温环度较低的情比下，单独况蓄池电的流电放释能下力降，影机车的响动起ED。C 因其使用温度L较（宽?046～ 5）℃、用寿使命长超百（次万）其，低启温动系可替换统酸铅电用于内燃机池启车系动统，使寿用命长 1达 0，年且可在低条件下的频繁温启动，减了空载少待时间，实现“机火熄命”待。国中车研发的超中级电启动系容已应用统于州机杭务调车段机， 1h 约燃油节达1 L。目前全 6国有燃内机约车 04000 ，台每年如安装 001～01500 启列系统，配套超级电动器容年求需10 万～2 万只，内燃0机动系启统值有产望达到 1亿1.5～亿。元2 015年 1 月1 15日，装载着中国车中造制的超电容储能级系的中国出口统洲的欧首动车列在马组其顿成开功。跑电汽车动动的力包括铅源电池酸、氢电池镍锂、离子池电及以燃料电等。池普电通池然虽能密量度高、行驶里长程但，是存其在充电放间时长无、法电大充电流工作寿、命等不足。短与相之比，EDL C 功大率充、速电快、输出度功率大、制能动量收效率高。回二者如成混组合力系统动则当，动汽电车混或合力汽车动加速在程中，过ELD 可C以提供瞬时冲脉功，极大率减地少汽油了等料的消耗燃，并提高且电池使用寿[31]，命也是这前目动汽电车主要发展方的。 2.2向合型混级超电容应用器例举混合超级容电因器容量其大、能量度高、循密环命长以寿充放电电及大等特流点在国防，航、航空天汽、工车、通信业电力、铁路和、消电子等费方应面前用景分十广阔根。据其容电量放电、量大小和电放时间长，混短型超级合容器电要被用作主电主源备、电用源及储能以统系等。图所5示为HS C目前投已的几个入用案例应，图 5 a)为 (0062 投年入营的运海 1上1 路级超容电公车交首，搭载超次电级器作为容交车的公动源力进，一推步了动节能与新源车能辆的展。图发5(b) 所为以示国中车生产的混合中电容器为型主电的超源级容公交电，增加了超车快充交客公车续的航力能。图5( )c所示能为型电量池电应容用于能储路灯的

式示

图，目前意湖耐南恩普司公已基将混于型合超级容电器储能的系应统于用光照明工程，伏将 SC H 的长循环命、寿大存储能量光伏与发电结，将白合天照光量能存用储夜于间照明，现了全天实候明照。图 5(d) 所为混示合型级超电器作容为备后源电应用地于中铁，与铅酸用电能池密度量相的当功率型电池容将电之代，其替命寿是酸电池（400铅次右）左的几十倍并且充电速度，于铅快酸池电。

结

语随

技术的不着发展断，级超电器在各领域容中应用的将越来会

越广在，级超容电储能器器不件断开发中其各，项能性标也指在不的断突破，以满足更的使多用求需代，传统的替电学储能器件将成化为其展趋发势也将，会创更多造社的会效益，们人的生活也逐将渐被变改

。（a）

上海1 1路级电容公交超车

（b）快充超超级电容公

（c交湖）耐南普恩储能式路（能灯量电池电型）容

第

期

陈雪丹等：6级电容器超应的用

ifel[1 4 ]Li(nM2O4+A)C/i4TiL5O2,1hyb rdi

年

b5taetr-sypueracpaicto[r].J

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g图5

几种

合混型超电级器容应用的 Appicltions af oHSs

FCig.5

参

文考献

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806

年

储

能学科与术

技nEeg.r Re.，v013（21）8：316- 236 .24][

160年第卷

5ac

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