使用超级电容器(supercapacitor)并在便携式微功率应用中取代电池这一概念的发展势头越来越猛(参考文献1)。事实上,它已成为时下更引人注目的技术趋势之一。
当把诸如Maxwell TECHNOLOGIES的BOOSTCAP和Elna的DYNACAP等超级电容用作电源时,它们具有比传统可充电电池大得多的优势。例如,它们对短路具有很强抵抗力、充电周期很短以及实际上几近无限的充放电次数(可达100万次,而充电电池才1000次),从而提供了一种环保、“没有一次性器件”的方案。此外,大多数超级电容满足欧盟对有害物质(RoHS)方面的使用限制。
从设计角度看,超级电容和电池的根本区别在于电容器在充/放电周期发生的显著电压变化。充电时,理论上,电容器的电压从零上升到其最高额定电压,而电池的端电压在其工作周期中变化很小。超级电容是电子电容器的一个子集。可通过下式得出能从超级电容放电周期中(放电周期是指电容器的端电压从其最大值VMAX变为最低工作电压VMIN的过程)获得的有效能量EEFF:
EEFF = 1/2 × C × ( V2MAX – V2MIN) (1)
相应地,有效能量比(EER)可定义为:
EEFF/ EMAX = 1–(VMIN/VMAX)2 (2)
其中EMAX代表电容器存储的总能量。等式2明确表明,随着我们通过减少电容器内的驻留电能,而降低了被供电电路的最低工作电压VMIN,有效能效比可获得极大地提升。对任何以电容供电的电路来说,能效比都是一个非常重要的设计考虑。
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