法拉储能，第 2 部分：超级电容器和电池

本文前一部分建立了超级电容器的背景，并用简单的术语解释了它们的结构;显然，这是一个具有深厚物理、化学、材料科学考虑和制造问题的组件。第一种广泛使用的标准超级电容器于 20 世纪 70 年代末和 80 年代初进入市场。它们主要用于易失性存储器的内存备份，但由于成本和性能问题，它们并未被大众市场接受。然而，到了 20 世纪 90 年代，超级电容器以适中的价格上市，具有卓越的性能和可靠性，因此开始被常规设计到系统中。相关的维基百科参考资料对其历史进行了相当详细的介绍，同样重要的是，引用了许多信誉良好的来源，包括行业媒体上的新闻和学术期刊上的论文。

超级电容器特性

除了其他差异之外，超级电容器的充电/放电特性与电池不同，无论电池化学成分如何(请注意，每种可充电电池化学成分都有自己的充电/放电曲线)。图 1是这些设备的充电(顶部)和放电(底部)曲线的一般曲线。

图：(顶部)超级电容器的电压/电流充电(顶部)和放电(底部)曲线与大多数可充电电池(如锂离子电池)的曲线非常不同。

与电池甚至非超级电容器一样，没有“典型”的超级电容器，但代表性系列可以概述其基本特性。例如，伊顿的 HB 系列圆柱形超级电容器是一种带引线的器件系列，用于通孔 PC 板安装，输出为 2.5 V (图 2)。该系列成员的电容和尺寸范围从 21 毫米长、8 毫米直径封装中的 3 法拉到 60 毫米长、18 毫米直径封装中的 110 F。超级电容器还提供“硬币”封装，以兼容纽扣电池插座。

图 2：尽管超级电容器的法拉额定值高得多，但它们的外观与传统电容器相似，尺寸和封装也类似，这些引线式装置也显示出这一点。

这些超级电容器的其他重要参数是它们的等效串联电阻 (ESR)，最大的范围从 0.16 欧姆到 0.020 欧姆，脉冲电流为 1 A 到 24 A，连续电流为 1.1 A 到 8.7 A(分别从最小版本到最大版本)。

那么电池呢?

自商业化以来，超级电容器主要用于提供持续电力以及在电源备份、能量收集和脉冲功率传输应用中的短期能量存储。对于其中一些情况，单独使用电池可能效果不错，但它们的一些固有特性会使它们不太合适。超级电容器单独用于小型、极低功耗应用，例如收集/物联网模块。它们也可以串联/并联组合作为大型 UPS 装置的电容器电源组。它们在为医院等关键任务提供“桥接”电源方面特别有用，以便在主电源发生故障和备用发电机启动之间保持电力可用(通过逆变器)。

任何对超级电容器与可充电电池的一般比较都只是一种概括，因为很大程度上取决于所比较的具体电池类型。尽管如此，(图 4)的表格很好地概括了超级电容器与锂离子电池的相对属性。然而，当然，这两种技术的功能和特性也在不断变化和进步——因此，仅将表格用作粗略的指南和起点。

图 3：超级电容器和锂基可充电电池的顶级特性之间的比较是一个起点概括，因为两者都存在许多变化以及不断的进步。

本文的第三部分探讨了组件管理和令人着迷的混合超级电容器/锂电池设备。