超级电容直流储能系统方案

..前言课题背景超级电容直流储能系统的发展概况由于石油资源日趋短缺,并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重〔尤其是在大、中城市,人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究开发,取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点,一直没有很好的解决办法。而超级电容器以其优异的特性扬长避短,可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源,并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此,世界各国〔特别是西方发达国家都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。其中美国、日本和俄罗斯等国家不仅在研发生产上走在前面,而且还建立了专门地国家管理机构〔如：美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等,制定国家发展计划,由国家投入巨资和人力,积极推进。就超级电容器技术水平而言,目前俄罗斯走在世界前面,其产品已经进行商业化生产和应用,并被第17届国际电动车年会〔EVS—17评为最先进产品,日本、德国、英国、法国、澳大利亚等国家也在急起直追,目前各国推广应用超级电容器的领域已相当广泛。在我国推广使用超级电容器,能够减少石油消耗,减轻对石油进口的依赖,有利于国家石油安全；有效地解决城市尾气污染和铅酸电池污染问题；有利于解决战车的低温启动问题。目前,国内主要有10余家企业在进行超级电容器的研发。1.2超级电容在国内外相关技术发展现状1.2.1国外超级电容的生产及发展状况目前,在超级电容产业化方面,美国、日本、俄罗斯处于领先地位,几乎占据了整个超级电容市场。这些国家的超级电容产品在功率、容量、价格等方面各有自己的特点与优势。1.2.2国内超级电容的研究现状1.2.3超级电容的应用研究现状1.2.3.1超级电容做混合型电动机车的启动或加速用辅助电源目前,大部分内燃机车、混合动力汽车、电动汽车、车辆低温启动、轨道车辆能量回收、航天航空、电动叉车、起重机1.2.3.2超级电容是方便可靠的储能设备超级电容放电速度快、体积小、重量轻,可以为众多电子产品和存储器提供电源或后备电源,同时又可以提供大功率的脉冲电流,可以满足通讯设备对电源的要求。手电筒、直流屏储能系统、应急照明灯储能系统1.2.3.3超级电容在电力系统中的应用超级电容在电力系统中的应用主要有以下两个方面：<1>提高供电质量在电力变配电所系统中,变配电设备主要是由直流电源装置直流屏来提供直流电源的。<2>UPS系统和应急电源为了解决工厂车间因为停电而带来的经济损失,通常的储能设备是用UPS系统。1.3.3.4超级电容在军用领域有重要用途卫星等空间飞行器的电源大多是:<1>调节飞行器配电系统的电压电动飞行器配电系统直流线电压是270V,它是由一个400Hz的交流电整流得到的,美国军用标准规定电压波动范围是250V－280V。<2>提供军用重型车的动力美国军方对超级电容用于重型卡车、装甲运兵车以及坦克很感兴趣[1]。<3>提供激光设备的电源激光探测器和激光武器需要大功率脉冲电源,超级电容1.3.4超级电容在应用中需要解决的问题<1>超级电容放电时端电压的衰减问题当超级电容作为直流电源输出给负载时,由于电容的电荷减少,所以其电压也在下降。……<2>超级电容器串并联模组的体积优化组合单体超级电容的耐压比较小,在高压应用中需要许多电容的串联,但是多个电容串联的同时等效串联内阻也要增大,所以……<3>超级电容串联均压和过压保护问题由于单体电容器的容量有差异,所以串联使用时电压分配不平衡。解决这个问题最简单的方法是……<4>与蓄电池组合使用的计算方法一般来说……超级电容实际电参数模型的建立第二章：超级电器2.1超级电容器原理：又叫双电层电容器<ElectricalDoule-LayerCapacitor>、电化学电容器<ElectrochemcialCapacitor,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。超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知,插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷,从而使相间产生电位差。那么,如果在电解液中同时插入两个电极,并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压,这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动,并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层,即双电层,它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似,从而产生电容效应,紧密的双电层近似于平板电容器,但是,由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多,因而具有比普通电容器更大的容量。双电层电容器与铝电解电容相比内阻较大,因此,可在无负载电阻情况下直接充电,如果出现过电压充电的情况,双电层电容器将会开路而不致损坏器件,这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时,双电层电容器与可充电电池相比,可进行不限流充电,且充电次数可达10^6次以上,因此双电层电容不但具有电容的特性,同时也具有电池特性,是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。2.2超级电容的工作原理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,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相之间的接触面上,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,因此电容非常大。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。2.3超级电容的技术原理超级电容器属于双电层电容器,是世界上容量最大的双层电容器之一。其工作原理与其它种类的双电层电容一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构来获得超大的容量。传统物理电容的储电原理是电荷在两块极板上被介质隔离,两块极板之间为真空或一层介电物质所隔离。超级电容结构原理如图1所示,电容值为？？？？？？。其中A为极板面积,d为介质厚度,所储存的能量为E=0.5C<OV>平方图1超级电容结构原理图〔看网页2.2超级电容器的特点和优势表1超级电容的特点①体积小、容量大、电容量比同体积电解电容容量大30~40倍,容量范围：0.1F~1000F；②.充、放电电路简单,无需蓄电池那样的充电电路,阵阵免维护；③充、放电能力强,且充电速度快,10秒内达到额定容量的95%；④失效开路,过电压不击穿,安全可靠；⑤超长寿命,可长达40万小时以上；⑥单体电压类型：2.5V~2.7V;表2与传统电容比较①电容是以将电荷分隔开来的方式储存能量的,储存电荷的面积越大,电荷被隔离的距离越小,电容越大；②传统电容是从平板2.3超级电容的特性2.3.1工作特性超级电容器在分离出的电荷中存储能量,用于存储电荷的面积越大、分离出的电荷越密集,其电容量越大。传统电容器的面积是导体的平板面积,为了获得较大的容量,导体材料卷制得很长,有时用特殊的组织结构来增加它的表面积。传统电容器是用绝缘材料分离它的两极板,一般为塑料薄膜、纸等,这些材料通常要求尽可能的薄。超级电容器的面积是基于多孔炭材料,该材料的多孔结够允许其面积达到2000m2/g,通过一些措施可实现更大的表面积。超级电容器电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的。该距离〔<10Å和传统电容器薄膜材料所能实现的距离更小。这种庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离使得超级电容器较传统电容器而言有惊人大的静电容量,这也是其"超级"所在。2.3.2技术特性超级电容器的技术特性1.充电速度快,充电10秒~10分钟可达到其额定容量的95%以上；超级电容器的技术特性2.循环使用寿命长,深度充放电循环使用次数可达1~50万次；超级电容器的技术特性3.能量转换效率高,过程损失小,大电流能量循环效率≥90%；超级电容器的技术特性4.功率密度高,可达300W/KG~5000W/KG,相当于电池的5~10倍；超级电容器的技术特性5.产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染,是理想的绿色环保电源；超级电容器的技术特性6.安全系数高,长期使用免维护；超级电容器的技术特性7.超低温特性好,可工作于摄氏零下30℃的环境中；超级电容器的技术特性8.检测方便,剩余电量可直接读出。2.4超级电容的主要性能参数超级电容的主要性能参数决定于电容器电极、电解液的材质和制造工艺。超级电容的性能参数主要有：电容容量：超级电容能够存储电荷的最大容量。等效串联内阻ESR〔EquivalentSeriesResistance：当超级电容模拟成电阻、电容、电感的等效模拟电路时,其中串联部分的电阻就是等效串联内阻。理想存储能量：电容器存储能量的理想值。对于一个最简单的电化学电容器,其理想存储能量可以通过式<2－1>来计算。E=<2-1>式中——电容器的容量；——电容器的工作电压最大输出功率：当为电容器外接一个合适的负载时,其可以达到的最大输出功率,计算公式为式〔2－2所示。P=<2-2>式中——电容器的初始电压；ESR——电容器的等效串联内阻2.5超级电容等效串联内阻〔ESR的测量2.5.1超级电容的等效模型超级电容的等效模型如下图2-1所示。图2-1超级电容的等效模型2.5.2测量超级电容ESR的方法2.5.2.1利用电压跃变计算ESR由于电容ESR的影响,电容在充、放电<1>放电电压跃变法这种方法的原理图如图2-2所示。图2-2中,输出端子a接至图2-2测量ESR的实验电路<2>充电电压跃变法此方法的实验原理如图2-3所示。RRC恒压电源函数记录仪R1图2-3测量ESR的实验电路由公式<2-5>计算出等效串联电阻ESR[20]。<2-5>式中U0——开始充电瞬间电容器两端电压,该电压可由函数记录仪记录的充电曲线得到2.52.2利用恒流充电计算ESR利用恒流充电计算ESR的方法按照……特点2.5.2.3时间常数法计算ESR此方法的实验原理如图2-6所示……RRR0C0UR1K图2-6测量ESR的实验电路2.5.2.4基于一阶滤波器的ESR计算方法用超级电容和电阻组成一阶滤波器电路如图2-7所示,仿真电路原理图如图2-8所示。n5n5图2-7一阶滤波器的等效电路图2-8ESR仿真原理图2.6超级电容放电实验和漏电流的估算2.6.1实验过程及结果分析用一个+5V直流电压源对600F/2.7V,300F/2.7V、50F/2.7V的三个超级行充电,……可以得到600F、50F、300F超级电容的等效并联电阻分别如表2-3、表2-4、表2-5所示。表2-3600F的电容不同放电时段的等效并联电阻Table2-3EPRof600Fsupercapacitoratdifferenttime放电时间<h>0-1010-2020-3034-4560-80120-140等效并联电阻<Ω>130347366428451658图2-12三个不同容量的超级电容放电曲线比较表2-450F的电容在各个时段的等效并联电阻放电时间<h>0.550.55-1010-2023-3333-43等效并联电阻<Ω>21918549000878011250放电时间<h>92-102162－173190－200240－250287－297等效并联电阻<Ω>12183146942166032114492142.6.2影响超级电容放电速度的因素图2-14给出了一超级电容在充电至额定电压1V时并恒压保持……图2-14恒压时间对漏电流的影响这种现象的原因可作如下解释：电极/溶液界面双电层由第三章：RLC谐振电路3.1RLC谐振电路的特点1因为理论值都是严格的数据推论,在试验当中采用的元件数值,和环境温度都是具有偏差,其相差是各个数值偏差乘积的关系,所以显示相差很大。2因为串联谐振发生后元件的串联端电压升高许多,称为串联谐振。人们利用这个效应发明了收音机的选频电路。并联谐振的发生表现为线路电流增加许多,所以称作并联谐振。人们利用这个特性,开发出陷波电路,专门吸收某个不希望的频率。3谐振状态的电压升高是若干元件的特性因数共同起作用的一种表现,一旦改变了特性因数升压也就消失。所以不可以用负载的因素加入。3.2.2RLC串联谐振电路的特性当外来频率加于一RLC并联谐振电路时,它有以下特性：〔1RC串联电路的稳态特性选择正弦波信号,保持其输出幅度不变,用示波器测量不同频率时Uc,可取C=0.01µF,R=1K¤,也可根据实际情况自选R、C参数。自拟数据记录表格,根据测量结果作RC串联电路的幅频特性图。用双通道示波器观测时可用一个通道监测信号源电压,另一个通道测量Uc,但需要注意两通道的接地点应位于线路的同一点,否则会引起电路短路。〔2RC串联电路的暂态特性选择方波作为信号源进行实验。选择合适的R和C值,根据时间常数τ,选择合适的方波频率,一般要求方波的周期T>10τ,这样能较完整的反应暂态过程,做出RC电路的暂态响应曲线。改变方波频率,观察波形的变化情况,分析相同的τ值在不同频率时的波形变化情况。〔3RLC串联电路的稳态特性选择正弦波信号进行实验。选择合适的L值,C值和R值,用示波器的两个通道分别测量信号源电压U和电阻电压UR。选择合适的正弦波频率范围,从低到高调节频率,当电阻电压UR为最大时的频率既为谐振频率,观测RLC串联电路的幅频特性。谐振电路振荡频率和品质因数定义RLC串联谐振的振荡频率是[23]：<3-1>RLC并联谐振的振荡频率是[23]：<3-2>谐振回路的品质因数Q〔也称谐振系数反映的是谐振电路的性能[23],定义为,<3-3>式中——谐振角频率；——串联谐振电路的特性阻抗,=3.3超级电容串联谐振可能性与谐振条件研究3.3.1串联谐振仿真实验方法串联仿真实验所采用的电路原理如图3-1所示。图3-1中……n112n112图3-1.串联谐振仿真电路原理图Fig.3-1Schematicdiagramofseriesconnectionresonancesimulation3.3.2串联谐振仿真实验结果根据以上的仿真结果,可以得出……：超级电容是……从仿真看来,……3.4超级电容并联谐振可能性与谐振条件研究3.4.1并联谐振仿真实验方法3.4.2并联谐振仿真实验结果3.5超级电容串联均压与保护电路设计3.5.1超级电容串联均压的必要性分析3.5.2超级电容串联均压的途径<1>电阻均压电路这种方法是……<2>齐纳二极管稳压电路这种方法……<3>电力电子buck-boost电路解决电容矩阵电压平衡问题……3.5.3超级电容串联保护电路设计3.6本章小结本章……问题,得出以下结论：<1>由于超级电容……<2>要……超级电容充电器设计4.1引言4.2电容器的充电方法的选择4.3超级电容充电器硬件系统设计4.3.1PWM控制器芯片UC38424.3.2IR2117驱动芯片驱动芯片IR2117的主要功能特点IR2117是由……4.3.2.2自举电容的计算与选择由于IR2117是依靠自举电容的充电来……自举电路Vbs集成电路……影响自举电源的因素一般来讲,影响……图4-6IR2117的自举电路充电实验结果采用本文设计的恒流电源对300F/2.7V和600F/2.7V图4-7300F超级电容充电电流图图4-8600F超级电容充电电流图4.4超级电容充电器软件系统设计4.4.1MC68HC908GP32单片机的资源4.4.2上位机和下位机之间的通信协议4.4.3上位机用户程序的功能4.5本章小结超级电容在应用中的计算方法5.1引言5.2超级电容计算方法的原理分析5.2.1超级电容的放电过程分析超级电容应用系统中的主要性能参数5.3超级电容用作后备电源的计算方法实例分析5.3.1超级电容型号已知的解决方案5.3.2超级电容型号未知的解决方案5.4超级电容和蓄电池的并联组合的计算方法5.4.1蓄电池的等效模型简介发动机驱动……5.4.2影响蓄电池的容量的因素5.4.3蓄电池和超级电容并联组合的计算方法超级电容器原理：又叫双电层电容器<ElectricalDoule-LayerCapacitor>、电化学电容器<ElectrochemcialCapacitor,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。超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知,插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷,从而使相间产生电位差。那么,如果在电解液中同时插入两个电极,并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压,这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动,并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层,即双电层,它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似,从而产生电容效应,紧密的双电层近似于平板电容器,但是,由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多,因而具有比普通电容器更大的容量。双电层电容器与铝电解电容相比内阻较大,因此,可在无负载电阻情况下直接充电,如果出现过电压充电的情况,双电层电容器将会开路而不致损坏器件,这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时,双电层电容器与可充电电池相比,可进行不限流充电,且充电次数可达10^6次以上,因此双电层电容不但具有电容的特性,同时也具有电池特性,是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。分类按原理分超级电容器的类型比较多,按不同方式可以分为多种产品,以下作简单介绍。按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器：双电层型超级电容器\o"查看图片"分类多样1.活性碳电极材料,采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。2.碳纤维电极材料,采用活性炭纤维成形材料,如布、毡等经过增强,喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。3.碳气凝胶电极材料,采用前驱材料制备凝胶,经过炭化活化得到电极材料。4.碳纳米管电极材料,碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性,采用高比表面积的碳纳米管材料,可以制得非常优良的超级电容器电极。以上电极材料可以制成：1.平板型超级电容器,在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极,另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器,可以达到300V以上的工作电压。2.绕卷型溶剂电容器,采用电极材料涂覆在集流体上,经过绕制得到,这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。赝电容型超级电容器包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料,金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料,活性炭作为负极材料制备的超级电容器,导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极,以此制备超级电容器。这一类型超级电容器具有非常高的能量密度,目前除NiOx型外,其它类型多处于研究阶段,还没有实现产业化生产。按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：水性电解质1.酸性电解质,多采用36%的H2SO4水溶液作为电解质。2.碱性电解质,通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质,水作为溶剂。3.中性电解质,通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质,水作为溶剂,多用于氧化锰电极材料的电解液。有机电解质通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质,有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂,电解质在溶剂中接近饱和溶解度。其他分类1.液体电解质超级电容器,多数超级电容器电解质均为液态。2.固体电解质超级电容器,随着锂离子电池固态电解液的发展,应用于超级电容器的电解质也对凝胶电解质和PEO等固体电解质进行研究。充放电时间超级电容器可以快速充放电,峰值电流仅受其内阻限制,甚至短路也不是致命的。实际上决定于电容器单体大小,对于匹配负载,小单体可放10A,大单体可放1000A。另一放电率的限制条件是热,反复地以剧烈的速率放电将使电容器温度升高,最终导致断路。超级电容器的电阻阻碍其快速放电,超级电容器的时间常数τ在1-2s,完全给阻-容式电路放电大约需要5τ,也就是说如果短路放电大约需要5-10s〔由于电极的特殊结构它们实际上得花上数个小时才能将残留的电荷完全释放优缺点优点在很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电路；和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响；从环保的角度考虑,它是一种绿色能源；超级电容器可焊接,因而不存在像电池接触不牢固等问题；缺点如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；和铝电解电容器相比,它内阻较大,因而不可以用于交流电路；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：断电时齿盘驱动头的复位。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>。超级电容器应用广泛下面提供了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下等效串联电阻；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=I<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0.5F。因为5V的电压超过了单体电容器的标称工作电压。因而,可以将两电容器串联。如两相同的电容器串联的话,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>\o"查看图片"电容板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<DCESR=ACESR*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0.6ms。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,ACESR：0.200Ohms,DCESR：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串联．一般地,串联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。使用注意事项1、超级电容器具有固定的极性。在使用前,应确认极性。2、超级电容器应在标称电压下使用：当电容器电压超过标称电压时,将会导致电解液分解,同时电容器会发热,容量下降,而且内阻增加,寿命缩短,在某些情况下,可导致电容器性能崩溃。3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中,高频率的快速充放电会导致电容器内部发热,容量衰减,内阻增加,在某些情况下会导致电容器性能崩溃。4、超级电容器的寿命：外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。5、当超级电容器被用做后备电源时的电压降：由于超级电容器具有内阻较大的特点,在放电的瞬间存在电压降,ΔV=IR。不同领域的运用6、使用中环境气体：超级电容器不可处于相对湿度大于85%或含有有毒气体的场所,这些环境下会导致引线及电容器壳体腐蚀,导致断路。7、超级电容器的存放：超级电容器不能置于高温、高湿的环境中,应在温度-30+50℃、相对湿度小于60%的环境下储存,避免温度骤升骤降,因为这样会导致产品损坏。8、超级电容器在双面线路板上的使用：当超级电容器用于双面电路板上,需要注意连接处不可经过电容器可触及的地方,由于超级电容器的安装方式,会导致短路现象。9、当把电容器焊接在线路板上时,不可将电容器壳体接触到线路板上,不然焊接物会渗入至电容器穿线孔内,对电容器性能产生影响。10、安装超级电容器后,不可强行倾斜或扭动电容器,这样会导致电容器引线松动,导致性能劣化。11、在焊接过程中避免使电容器过热：若在焊接中使电容器出现过热现象,会降低电容器的使用寿命,例如：如果使用厚度为1.6mm的印刷线路板,焊接过程应为260℃,时间不超过5s。12、焊接后的清洗：在电容器经过焊接后,线路板及电容器需要经过清洗,因为某些杂质可能会导致电容器短路。13、将电容器串联使用时：当超级电容器进行串联使用时,存在单体间的电压均衡问题,单纯的串联会导致某个或几个单体电容器过压,从而损坏这些电容器,整体性能受到影响,故在电容器进行串联使用时,需得到厂家的技术支持。14、其他：在使用超级电容器的过程中出现的其他应用上的问题,请向生产厂家咨询或参照超级电容器使用说明的相关技术资料执行超级电容是最近几年才批量生产的一种无源器件,它介于电池与普通电容之间,具有电容的大电流快速放点优点,也有电池的储能特性。可重复使用、寿命长。放电时导体间电子移动,而不依靠化学反应,可以为设备提供电源。超级电容器/法拉电容/超级电容器的应用方案之一本方案适用于在用电容储能〔或已更换蓄电池组式硅整流分合闸装置。在原电路上改造的电路原理如图一所示：其中图中虚线框内所包含的线路图右上角打叉的为改造要去掉的电解电容器组或蓄电池组。图中虚线框内所包含的线路图右上角打勾为为需加入的超级电容器及电路,每只超级电容器参数为0.85F/280V,〔85万微法两只超级电容器采用同时工作,互为热备的工作方式。R1R2为充电限流电阻,根据所需充电速度的大小可选择500W或1000W卤钨灯〔或100W~200W白炽灯其冷态电阻较热态电阻小5~6倍,比较适合电容器电压建立后宜减小限流电阻的要求。这一方案的优势为：1.在保留了原设备结构简单,成本低,维护量小的特点的同时,保证了分闸能量供应的绝对可靠,这是因为超级电容器的储能较原电解电容器组大了几百倍,在停电后可保证数百次的分闸,安全