超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用.doc

本文由俸天承运贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 超级电容器是一种新型的储能元件 , 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 和研发新的电子线路扩展其应用领域是电力电子技 术领域科技工作者的一个热门课题 。 1 超级电容器的结构及原理 1. 1 超级电容器结构 图 1 为超级电容器的模型 。超级电容器的实际 电极是活性碳多孔化电极 ,引出电极为铝箔 ,类似于 铝电解电容器的阴极 , 中间用电解电容器纸作为两 个电极的隔膜在除了引出电极 、 多孔化活性碳和隔 膜外的所有空间均填充电解液 , 这样做可以获得比 被深度腐蚀的铝箔的实际面积与空间面积比大得 多 ,同样 ,具有流动性的电解液可以与多孔化的活性 碳电极紧密接触使实际电极具有更大的有效极板面 积 ,可以达到每克 200 平方米 。尽管超级电容器 的实际电极是活性碳粉 , 仍比电解液的离子半径大 得多 ,因此 ,容量可以应用平板电容器的容量公式确 定: 基金项目 : 北华航天工业学院科研基金资助项目 ( KY22008205) 收稿日期 : 2008 - 12 - 03 从事高效率功率变换 、 电源技术 、 智能控制研究 。 1 第 19 卷第 4 期 北华航天工业学院学报 Vol119 No 14 2009 年 8 月 Journal of Nort h China Institute of Aerospace Engineering Aug12009 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 闫晓金 孙晋豪 徐利娜 ( 北华航天工业学院 电子工程系 , 河北 廊坊 065000) 摘 : 简要叙述了超级电容器的基本结构和工作原理 , 详细介绍了超级电容器的主要电参数和测试条件 , 分 要 析了影响电特性的因素和机理 , 最后给出了超级电容器在独立光伏系统中的应用及注意事项 。 关键词 : 超级电容器 ; 等效串联电阻 ; 阻抗频率特性 ; 独立光伏 中图分类号 : TP271 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 - 7938 ( 2009) 04 - 0016 - 04 C = ? 0 S d ( 1) 其中 、 、 、 分别为极板间介质的相对真空 d 0 S 的介电系数 、 电介质的相对介电常数 、 电容器的极板 面积 、 极板间的距离 。 1. 2 工作原理 2 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 。 图1 超级电容器结构框图 图2 双电层示意图 当外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 荷在两个不同向的接触面上 , 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 。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 作者简介 : 闫晓金 (1982 - ) , 男 , 助教 , 硕士 , 辽宁庄河人 , 主要 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 16 第4期 闫晓金等 : 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 2009 年 8 月 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。 综上所述 , 图 1 的结构与双电层原理相结合就 组成了电容量极大且货真价实的超级电容器 , 即便 是数千法拉的电容量也是不奇怪的了 。 2 超级电容器主要特性分析 2. 1 额定容量 还有浪涌电压 ( 可以短时承受的端电压 ,通常为额定 电压的 105 % 110 %) , 实际上超级电容器的击穿 电压远高于额定电压 ( 约为额定电压的 1. 5 倍左右 或更高) 。 2. 3 额定电流 额定电流是指超级电容器充到额定电压后 , 充 电电压保持 30 秒到一分钟后 ,在 5 秒时间内将超级 电容器的端电压放电到额定电压的一半时所需要的 电流 。 2. 4 最大存储能量 在额定电压是放电到零所释放的能量 , 以焦耳 (J ) 或瓦时 ( Wh) 为单位 , 以 2. 7V 、 5000F 为例 : 最大 存储能量为 18. 225kJ , 放电到额定电压的一半时 为 :13. 669kJ ,尺寸为 47 60 165mm 。 2. 5 能量密度 最大存储能量除以超级电容器的重量或体积 ( Wh 或 Wh) 已达到 5. 82Wh 或 7. 11Wh 。 l kg l kg 2. 6 功率密度 单位 : 法拉 ( F ) 。测试条件 : 规定的恒定电流 (如 10F 以上的超级电容器规定的充电电流为 5A , 10F 以下的为 3A 或 1A ) 充电到额定电压后保持 1 分钟 ,在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压 为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值 , 即: I? t ( 2) C = V 由于等效串联电阻 ( ESR ) 比普通电容器大 , 因 而充放电时 ESR 产生的电压降不可忽略 , 如 2. 7V 600F 超级电容器的 ESR 为 0. 6m ,在 100A 电流放 电时的 ESR 电压降为 60mV ,占额定电压的 2. 2 % ; 在 150A 电流放电时的 ESR 电压降为 90mV 占额定 电压的 3. 3 % , 表明在额定电流下放电容量比额定 容量仅减小 3. 3 % , 这一特性将在图 3 中看到 。这 种测试方法与通常测试电容量的方法测得的电容量 低 ,其原因是 : 等效串联电阻与充 、 放电电流的乘积 占据了超级电容器的部分电压 ; 超级电容器的多孔 化电极结构使结构深处的电解也不能被及时充分极 化 ,这一特性与蓄电池的容量随放电电流增加而减 小特性类似 。 2. 2 额定电压 额定电压是指可以使用的最高安全端电压 ( 如 2. 3V 、 5V 、 7V 以及不久将来的 3V ) , 除此之外 2. 2. 图 3 7 V 2. 600F 超级电容器放电特性曲线 17 在匹配的负载下 ,超级电容器产生电 热效应各 半时的放电功率 ,用 kW 或 kW 表示 ,已达到 5. kg l 24kW 或 6. 4kW 。 kg l 2. 7 等效串联电阻 测试条件 : 规定的恒定电流 ( 如 600F 以上的超 2. 8 阻抗频率特性 2. 9 工作与存储温度 级电容器规定的充电电流为 100A ,100F 以下的为 3A) 和规定的频率 ( DC 和大容量的 100 Hz 或小容量 的 kHz) 下的等效串联电阻 。通常交流 ESR 比直流 ESR 小 ,随温度上升而减小 。 超级电容器的阻抗频率特性如图 4 , 相对较大 的电容量和 ESR 造成平坦底部的原因 ,超级电容器 的频率特性是电容器中频率特性最差的 。除此以 外 ,超级电容器的阻抗频率特性优于电解电容器 ,以 某国 产 4. 7F 5V 超 级 电 容 器 的 直 流 ESR 为 2. 80m ,实测的交流阻抗频率特性为 :10 Hz 200kHz 的频率范围内 ( 在交流电流有效值为 1A 的测试条 件下) 为 60m 。 通常为 - 40 + 60 70 ,存储温度还 或 可以高一些 。 2. 10 漏电流 由于超级电容器的电容量非常大 , 真实的漏电 流需要很长时间才能表现出来 。漏电流测试需要的 时间至少 12 小时 , 甚至是 72 小时 。超级电容器的 2009 年 8 月 北华航天工业学院学报 第 19 卷 漏电流大致为每法拉 24 A 。 蓄电池中实现对能源的充分利用 。超级电容器即 使在微弱电流下也可有效充电 , 若超级电容器充满 电后用 DC 变换器将超级电容器的电能有效地 DC 传输到蓄电池中存储 。这样可使太阳能电池在阴 天、 黄昏的不利条件下也能聚集能量充到蓄电池 中。 随着城市现代化进程的加快 , 城市中常常需要 地灯那样的亮化工程 ,如果采用交流市电 ,不仅要铺 设供电线路而且要消耗电网中的电能 , 还要接受由 于电线的老化以及突发性事件而造成的电线短路的 事故 。太阳能地灯是利用太阳能电池吸收阳光的能 量转化成电能 ,并将这部分电能存储到超级电容器 中 。最后由超级电容器对 L ED 提供电能实现亮化 照明功能 。在这里为什么不采用蓄电池的原因是蓄 电池需要维护 ,而地灯最好是免维护的 。 另外 , 在一些航道需要许多的浮筒作为一种警 示标志 。在晚上就需要用电源使它发光 , 而现在的 浮筒是把白天太阳能的能量储存在电池中 。但这种 电池每年都需要更换 , 维修和更换的区域相当大且 较分散 ,这就造成了相当高的成本浪费 。如果用超 级电容器取代这种电池 ,来储存太阳能的能量 ,在晚 上用于海上照明则可以大量节省用于更换电池的费 用 。在一些建筑物和马路上也需要灯光来警示或照 明 ,也可以利用太阳能电池板与超级电容器结合供 电 。这样可达到免维修 , 且这种方式无论何时都可 以快速地安装在任何需要的地方 , 不需要经过昂贵 与费时的配线工程和人力资源的浪费 。用太阳能电 池板与超级电容器结合储能代替一般性电池 , 还可 以减少由于废旧电池遗弃所造成的环境污染 。因 此 ,用超级电容器作为电源是未来发展的一种流行 趋势 ,是可以广泛开发的一种新产品 。 太阳能电池与超级电容器 、 ED 组合应用的电 L 路如图 6 。 图6 太阳能电池与超级电容器 、 组合应用的电路 LED 图4 超级电容器阻抗频率特性 2. 11 寿命 在 25 环境温度下的寿命通常在 90000 小时 或 10 年 , 在 60 的环境温度下为 4000 小时 , 与铝 电解电容器的温度寿命关系相似 。寿命随环境温度 缩短的原因是电解液的蒸发损失随温度上升 。寿命 终了的标准为 : 电容量低于额定容量 20 % , ESR 增 大到额定值的 1. 5 倍 。额定温度下汶波电流与寿命 的关系曲线如图 5 所示 。 图5 额定温度下纹波电流与寿命的关系 2. 12 循环寿命 20 秒充电到额定电压 ,恒压充电 10 秒 ,10 秒放 电到额定电压一半 , 间歇时间 : 10 秒为一个循环 。 一般可达 500000 次 。寿命终了的标准为 : 电容量低 于额定容量 20 % , ESR 增大到额定值的 1. 5 倍 。 2. 13 发热 超级电容器发热的原因是纹波电流流过超级电 容器的等效串联电阻 ( ESR) 产生的功率 ( 能量) 损耗 转变为热能 。由于超级电容器的 ( ESR ) 较大 , 因此 在同样纹波电流条件下发热量比一般电容器大 。使 用时应注意 。 3 在独立光伏系统中的应用 对于大多数蓄电池来说微弱电流充电几乎是 不起作用的 ,有时甚至是有害的 。在太阳能电池供 电中 ,存在太阳能电池仅仅能输出微弱电流的情 况 ,如果能够将这部分微弱电流通过某种方式充到 18 当外界有阳光照射时 ,SC1 、 ( 相当于太阳能 SC2 第4期 闫晓金等 : 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 2009 年 8 月 电池) 将光能转成电能 。同时 , 向超级电容 C1 、 C2 ( 由 于 KA431 的 充 电 。当 A 端 的 电 压 达 到 5V VREF 为 2. 5V ) 时 , 电容 C1 、 停止充电 。这时 , C2 升 ,一旦达到 V T + 时 , 施密特触发器输出为低电 平 ,接着电容 C 通过 R 放电 ,当电容放电电压到 V T - 时 ,施密特触发器输出又立即升为高电平 。这样 电能就经 R1 、 向 U1 KA431 流 ,Q2 处于饱和状 R2 态 。故发光二极管不会发光 。 当夜晚来临时 ,没有了外界阳光照射 ,电容 C1 、 C2 会向外电路放电 ,由于 D1 的作用 ,电流只能向升 B 端处于低电位状态 ,D3 导通 , CC4093 无法工作 , RC 振荡电路停振 , 发光二极管不会发光 。当开关 周而复始形成振荡 。 对于 CC4093 若输入端不是接 VDD 而接控制 信号 ,则当控制信号为低电平时 ,振荡器输出为高电 平 ; 当控制信号为高电平时 ,振荡器输出振荡信号 。 4 应用注意事项 plication of ultra capacitor in PV system and notice proceeding of application are introduced. Key words :ultra capacitor ; ESR ;register2frequency character ;stand2alone PV 压型 DC 转换器 L T1937 流入 。在开关闭合时 , DC 烁。 超级电容器在串联应用 ,特别是较大电容量时 , 应采用均压技术以保证每一个超级电容器单体端电 压在额定电压内 , 目前国内已有各种规格超级电容 器的均压电路商品 。 参考文献 : 1 陈 永 真 , 李 锦 . 电 容 器 手 册 M . 北 京 : 科 学 出 版 社 , 2008. 2 陈永真 . 超级电容器原理及应用 C . 中国电源学会第 15 断开时 ,B 点处于高电平状态 ,RC 振动电路起振 ,产 生了方波 。这使白光 L ED 得到矩形波电压 ,形成了 外界的灯闪烁 , 这也就成了浮标灯 。若要使灯光不 闪烁 ,可以不采用振荡电路 , 这样就避免了灯的闪 施密特触发器组成多谐振荡器时仅需外接一个 电阻和一个电容 ,电阻 R 跨接施密特触发器输入和 输出端 ,由于电容 C 被充电 , 输入端的电平不断上 届全国技术论文集 . 上海 : 中国电源学会 ,2004 : 499 502. ( Electronic Engineering Department ,Nort h China Institute of Aerospace Engineering ,Langfang 065000 ,China) Abstract :Basic structure and operating principle of ultra capacitor are simply depicted in t his paper. The effect of electric characteristic and measuring condition are introduced. And t he factors affecting electric characteristics and operating principle are analyzed. The ap2 Electric Characteristics of Ultra Capacitor and Application in Stand2Alone PV System YAN Xiao2jin SUN Jin2hao XU Li2na 19 1本文由俸天承运贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 超级电容器是一种新型的储能元件 , 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 和研发新的电子线路扩展其应用领域是电力电子技 术领域科技工作者的一个热门课题 。 1 超级电容器的结构及原理 1. 1 超级电容器结构 图 1 为超级电容器的模型 。超级电容器的实际 电极是活性碳多孔化电极 ,引出电极为铝箔 ,类似于 铝电解电容器的阴极 , 中间用电解电容器纸作为两 个电极的隔膜在除了引出电极 、 多孔化活性碳和隔 膜外的所有空间均填充电解液 , 这样做可以获得比 被深度腐蚀的铝箔的实际面积与空间面积比大得 多 ,同样 ,具有流动性的电解液可以与多孔化的活性 碳电极紧密接触使实际电极具有更大的有效极板面 积 ,可以达到每克 200 平方米 。尽管超级电容器 的实际电极是活性碳粉 , 仍比电解液的离子半径大 得多 ,因此 ,容量可以应用平板电容器的容量公式确 定: 基金项目 : 北华航天工业学院科研基金资助项目 ( KY22008205) 收稿日期 : 2008 - 12 - 03 从事高效率功率变换 、 电源技术 、 智能控制研究 。 1 第 19 卷第 4 期 北华航天工业学院学报 Vol119 No 14 2009 年 8 月 Journal of Nort h China Institute of Aerospace Engineering Aug12009 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 闫晓金 孙晋豪 徐利娜 ( 北华航天工业学院 电子工程系 , 河北 廊坊 065000) 摘 : 简要叙述了超级电容器的基本结构和工作原理 , 详细介绍了超级电容器的主要电参数和测试条件 , 分 要 析了影响电特性的因素和机理 , 最后给出了超级电容器在独立光伏系统中的应用及注意事项 。 关键词 : 超级电容器 ; 等效串联电阻 ; 阻抗频率特性 ; 独立光伏 中图分类号 : TP271 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 - 7938 ( 2009) 04 - 0016 - 04 C = ? 0 S d ( 1) 其中 、 、 、 分别为极板间介质的相对真空 d 0 S 的介电系数 、 电介质的相对介电常数 、 电容器的极板 面积 、 极板间的距离 。 1. 2 工作原理 2 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 。 图1 超级电容器结构框图 图2 双电层示意图 当外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 荷在两个不同向的接触面上 , 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 。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 作者简介 : 闫晓金 (1982 - ) , 男 , 助教 , 硕士 , 辽宁庄河人 , 主要 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 16 第4期 闫晓金等 : 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 2009 年 8 月 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。 综上所述 , 图 1 的结构与双电层原理相结合就 组成了电容量极大且货真价实的超级电容器 , 即便 是数千法拉的电容量也是不奇怪的了 。 2 超级电容器主要特性分析 2. 1 额定容量 还有浪涌电压 ( 可以短时承受的端电压 ,通常为额定 电压的 105 % 110 %) , 实际上超级电容器的击穿 电压远高于额定电压 ( 约为额定电压的 1. 5 倍左右 或更高) 。 2. 3 额定电流 额定电流是指超级电容器充到额定电压后 , 充 电电压保持 30 秒到一分钟后 ,在 5 秒时间内将超级 电容器的端电压放电到额定电压的一半时所需要的 电流 。 2. 4 最大存储能量 在额定电压是放电到零所释放的能量 , 以焦耳 (J ) 或瓦时 ( Wh) 为单位 , 以 2. 7V 、 5000F 为例 : 最大 存储能量为 18. 225kJ , 放电到额定电压的一半时 为 :13. 669kJ ,尺寸为 47 60 165mm 。 2. 5 能量密度 最大存储能量除以超级电容器的重量或体积 ( Wh 或 Wh) 已达到 5. 82Wh 或 7. 11Wh 。 l kg l kg 2. 6 功率密度 单位 : 法拉 ( F ) 。测试条件 : 规定的恒定电流 (如 10F 以上的超级电容器规定的充电电流为 5A , 10F 以下的为 3A 或 1A ) 充电到额定电压后保持 1 分钟 ,在规定的恒定电流放电条件下放电到端电压 为零所需的时间与电流的乘积再除以额定电压值 , 即: I? t ( 2) C = V 由于等效串联电阻 ( ESR ) 比普通电容器大 , 因 而充放电时 ESR 产生的电压降不可忽略 , 如 2. 7V 600F 超级电容器的 ESR 为 0. 6m ,在 100A 电流放 电时的 ESR 电压降为 60mV ,占额定电压的 2. 2 % ; 在 150A 电流放电时的 ESR 电压降为 90mV 占额定 电压的 3. 3 % , 表明在额定电流下放电容量比额定 容量仅减小 3. 3 % , 这一特性将在图 3 中看到 。这 种测试方法与通常测试电容量的方法测得的电容量 低 ,其原因是 : 等效串联电阻与充 、 放电电流的乘积 占据了超级电容器的部分电压 ; 超级电容器的多孔 化电极结构使结构深处的电解也不能被及时充分极 化 ,这一特性与蓄电池的容量随放电电流增加而减 小特性类似 。 2. 2 额定电压 额定电压是指可以使用的最高安全端电压 ( 如 2. 3V 、 5V 、 7V 以及不久将来的 3V ) , 除此之外 2. 2. 图 3 7 V 2. 600F 超级电容器放电特性曲线 17 在匹配的负载下 ,超级电容器产生电 热效应各 半时的放电功率 ,用 kW 或 kW 表示 ,已达到 5. kg l 24kW 或 6. 4kW 。 kg l 2. 7 等效串联电阻 测试条件 : 规定的恒定电流 ( 如 600F 以上的超 2. 8 阻抗频率特性 2. 9 工作与存储温度 级电容器规定的充电电流为 100A ,100F 以下的为 3A) 和规定的频率 ( DC 和大容量的 100 Hz 或小容量 的 kHz) 下的等效串联电阻 。通常交流 ESR 比直流 ESR 小 ,随温度上升而减小 。 超级电容器的阻抗频率特性如图 4 , 相对较大 的电容量和 ESR 造成平坦底部的原因 ,超级电容器 的频率特性是电容器中频率特性最差的 。除此以 外 ,超级电容器的阻抗频率特性优于电解电容器 ,以 某国 产 4. 7F 5V 超 级 电 容 器 的 直 流 ESR 为 2. 80m ,实测的交流阻抗频率特性为 :10 Hz 200kHz 的频率范围内 ( 在交流电流有效值为 1A 的测试条 件下) 为 60m 。 通常为 - 40 + 60 70 ,存储温度还 或 可以高一些 。 2. 10 漏电流 由于超级电容器的电容量非常大 , 真实的漏电 流需要很长时间才能表现出来 。漏电流测试需要的 时间至少 12 小时 , 甚至是 72 小时 。超级电容器的 2009 年 8 月 北华航天工业学院学报 第 19 卷 漏电流大致为每法拉 24 A 。 蓄电池中实现对能源的充分利用 。超级电容器即 使在微弱电流下也可有效充电 , 若超级电容器充满 电后用 DC 变换器将超级电容器的电能有效地 DC 传输到蓄电池中存储 。这样可使太阳能电池在阴 天、 黄昏的不利条件下也能聚集能量充到蓄电池 中。 随着城市现代化进程的加快 , 城市中常常需要 地灯那样的亮化工程 ,如果采用交流市电 ,不仅要铺 设供电线路而且要消耗电网中的电能 , 还要接受由 于电线的老化以及突发性事件而造成的电线短路的 事故 。太阳能地灯是利用太阳能电池吸收阳光的能 量转化成电能 ,并将这部分电能存储到超级电容器 中 。最后由超级电容器对 L ED 提供电能实现亮化 照明功能 。在这里为什么不采用蓄电池的原因是蓄 电池需要维护 ,而地灯最好是免维护的 。 另外 , 在一些航道需要许多的浮筒作为一种警 示标志 。在晚上就需要用电源使它发光 , 而现在的 浮筒是把白天太阳能的能量储存在电池中 。但这种 电池每年都需要更换 , 维修和更换的区域相当大且 较分散 ,这就造成了相当高的成本浪费 。如果用超 级电容器取代这种电池 ,来储存太阳能的能量 ,在晚 上用于海上照明则可以大量节省用于更换电池的费 用 。在一些建筑物和马路上也需要灯光来警示或照 明 ,也可以利用太阳能电池板与超级电容器结合供 电 。这样可达到免维修 , 且这种方式无论何时都可 以快速地安装在任何需要的地方 , 不需要经过昂贵 与费时的配线工程和人力资源的浪费 。用太阳能电 池板与超级电容器结合储能代替一般性电池 , 还可 以减少由于废旧电池遗弃所造成的环境污染 。因 此 ,用超级电容器作为电源是未来发展的一种流行 趋势 ,是可以广泛开发的一种新产品 。 太阳能电池与超级电容器 、 ED 组合应用的电 L 路如图 6 。 图6 太阳能电池与超级电容器 、 组合应用的电路 LED 图4 超级电容器阻抗频率特性 2. 11 寿命 在 25 环境温度下的寿命通常在 90000 小时 或 10 年 , 在 60 的环境温度下为 4000 小时 , 与铝 电解电容器的温度寿命关系相似 。寿命随环境温度 缩短的原因是电解液的蒸发损失随温度上升 。寿命 终了的标准为 : 电容量低于额定容量 20 % , ESR 增 大到额定值的 1. 5 倍 。额定温度下汶波电流与寿命 的关系曲线如图 5 所示 。 图5 额定温度下纹波电流与寿命的关系 2. 12 循环寿命 20 秒充电到额定电压 ,恒压充电 10 秒 ,10 秒放 电到额定电压一半 , 间歇时间 : 10 秒为一个循环 。 一般可达 500000 次 。寿命终了的标准为 : 电容量低 于额定容量 20 % , ESR 增大到额定值的 1. 5 倍 。 2. 13 发热 超级电容器发热的原因是纹波电流流过超级电 容器的等效串联电阻 ( ESR) 产生的功率 ( 能量) 损耗 转变为热能 。由于超级电容器的 ( ESR ) 较大 , 因此 在同样纹波电流条件下发热量比一般电容器大 。使 用时应注意 。 3 在独立光伏系统中的应用 对于大多数蓄电池来说微弱电流充电几乎是 不起作用的 ,有时甚至是有害的 。在太阳能电池供 电中 ,存在太阳能电池仅仅能输出微弱电流的情 况 ,如果能够将这部分微弱电流通过某种方式充到 18 当外界有阳光照射时 ,SC1 、 ( 相当于太阳能 SC2 第4期 闫晓金等 : 超级电容器的电特性及在独立光伏系统中的应用 2009 年 8 月 电池) 将光能转成电能 。同时 , 向超级电容 C1 、 C2 ( 由 于 KA431 的 充 电 。当 A 端 的 电 压 达 到 5V VREF 为 2. 5V ) 时 , 电容 C1 、 停止充电 。这时 , C2 升 ,一旦达到 V T + 时 , 施密特触发器输出为低电 平 ,接着电容 C 通过 R 放电 ,当电容放电电压到 V T - 时 ,施密特触发器输出又立即升为高电平 。这样 电能就经 R1 、 向 U1 KA431 流 ,Q2 处于饱和状 R2 态 。故发光二极管不会发光 。 当夜晚来临时 ,没有了外界阳光照射 ,电容 C1 、 C2 会向外电路放电 ,由于 D1 的作用 ,电流只能向升 B 端处于低电位状态