超級電容器作為與蓄電池相提并論的儲能器件，最顯著的特性是功率密度高，容量大，可快速充電，大電流放電，可充放電次數多（50萬次），安全，環保。缺點是體積大，能量密度低，自放電率高，單體耐壓低。而且跟蓄電池相比，與其它電容相同，放電過程中它的電壓是持續下降的。基于以上特點，超級電容器不適合作為主要能量存儲單元，而是在能量回收系統，改善啟動性能方面廣泛應用。??電容器的充電有兩種方式：固定電阻和固定電流方式。固定電阻方式比較簡單，但在電阻上的損失功率比較大，而且充電慢，一般在預充電（per-charge）時用。固定電流充電，跟鋰電池的充電類似，但充電電流可以大得多。根據超級電容器的特性，它的主要應用之一就是與動力電池并聯，在負載突然增大時提供大電流。

電機正常工作時由鋰電池組提供電流，這個額定電流由電池的特性決定。同時系統啟動時通過充電電路，由電池向超級電容器充電。

當電機啟動，或者負載突然增加時，這時電機需要的電流是額定電流的幾倍。而對于電池來講，突然提供一個很大的電流將會使電池電壓迅速降低，從而電機的性能不能達到正常水平。

如果如上圖所示并聯了超級電容器，那么這個突然增加的電流可以由電容器提供。這樣，電池兩端電壓變化，電池流出的電流變化都會大大減小，不僅對改善電機的性能有很大幫助，對于電池壽命的影響也大大減小。

下面兩張圖是汽車啟動時，電池端并聯超級電容器前后電池電壓和電流的比較。可以明顯的看出，有了超級電容器，電池的瞬間輸出功率顯著增加。

作為鋰電池，能夠提供的瞬間電流跟鉛蓄電池相比要小得多，所以在以鋰電池為動力的電動汽車或者混合動力車上，配合超級電容器使用應該是不錯的選擇。至于選擇的容量，需要根據電池，電機的功率來計算，并且要經過在各種情況下的試驗之后才能確定。畢竟這東西，容量小了達不到理想效果，容量大了，浪費錢。

使用超級電容器有效提供高功率脈沖輸出的主要擔當，動力電池的壽命自然更長，就更容易用輸出功率稍差一點的電池成功完成使用的目的。

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超級電容器簡介

超級電容器是近幾年才發展起來的一種專門用于儲能的特種電容器，有著法拉級的超大電容量，比傳統的電解電容器的積能密度高上百倍，漏電流小近千倍，它的放電比功率較蓄電池高近十倍，不需要任何維護和保養，壽命長達十年以上，是一種理想的大功率物理二次電源，已成功的用作內燃發動機的啟動電源；電動車的起步、加速、爬坡電源；高壓開關的分合閘操作電源及用于電傳動裝甲車和大型充磁設備中。

目前我國已成功開發、生產出此類電容器。其系列技術指標為：電容量：0.2F-600F，工作電壓：14V-400V，最大電流400A-2000A。

我國六十~八十年代建設的35KV變電站及10KV開關站，絕大多數高壓開關（斷路器）操動機構是CDX型電磁操動機構。在這些站的配電室中專門配有相應的直流系統，作為分、合閘操作、控制、保護用的直流電源。這些直流電源設備，主要是電容儲能式硅整流分合閘裝置和部分由蓄電池組構成的直流屏。

由于電容儲能式硅整流分、合閘裝置具有結構簡單、成本低、維護量小的特點，因此在當時的這些末端站得到了廣泛的應用，但是這些裝置在實際使用中暴露出一個致命的令用戶不可容忍的缺陷：事故分閘的可靠性差，其原因是使用的儲能電解電容器組的容量有限（只有幾千個微法），漏電流較大。有限的儲能及停電后較大的漏電，使其無法在任何情況下保證事故分閘所需要的能量，由此造成的嚴重事故時有發生。不得已有些用戶將其換成小容量的蓄電池組，其目的就是為了能保障分閘的能量，然而先拋開蓄電池組價格昂貴、壽命有限不說，單就從必須按規定對其進行維護保養才能正常工作這一點來說，就是讓人頭疼的問題，因為這里的蓄電池組不承擔合閘任務，長時間處于備用狀態，有些問題（如單個電池不良，記憶效應）不象蓄電池組直流屏那樣從合閘操作中發現，這就要求工作人員主動定期的對蓄電池進行維護保養，由于工作量大，實際上這些工作在現場很難做到百分之百落實，甚至有些工作人員編造工作記錄蒙哄過關，因此蓄電池組的內部狀態是否時刻正常已很難保證，比如不及時發現蓄電池組中有問題的蓄電池進行更換，以及不定期消除鎘鎳電池的記憶效應。一旦供電線路出現事故需迅速分閘時，就有可能提供不了足夠的能量，有可能造成更大的事故。這些現象在有些站特別是大行業的用戶站，已不止一次發生過。

由蓄電池組成的直流屏，能存儲很大的電能而實現停電后的長時間的直流供給，在一些重要站（如110KV及以上級別的變電站）這是必要的功能，然而象有些不重要的末端站及用戶站，實際上并不需要停電后長時間的直流供給。考慮到要保證事故分閘的可靠性而使用了這樣的設備，然而帶來的卻是很高的運營成本。經常的維護保養以及不長的使用壽命。另外故障率也因其電池的多節串聯而增加（任何一節電池有問題，都將影響整個蓄電池組的照常工作。

對上述設備不盡如人意的問題，人們迫切希望有較好的辦法來解決，超級電容器的出現及其具備的優良性能為解決這一問題帶來了希望。

超級電容器的應用方案之一

本方案適用于在用電容儲能（或已更換蓄電池組）式硅整流分合閘裝置。在原電路上改造的電路原理如圖一所示：其中圖中虛線框內所包含的線路圖右上角打叉的為改造要去掉的電解電容器組或蓄電池組。圖中虛線框內所包含的線路圖右上角打勾為為需加入的超級電容器及電路，每只超級電容器參數為0.85F/280V，（85萬微法）兩只超級電容器采用同時工作，互為熱備的工作方式。R1R2為充電限流電阻，根據所需充電速度的大小可選擇500W或1000W鹵鎢燈（或100W~200W白熾燈）其冷態電阻較熱態電阻小5~6倍，比較適合電容器電壓建立后宜減小限流電阻的要求。這一方案的優勢為：

1.在保留了原設備結構簡單，成本低，維護量小的特點的同時，保證了分閘能量供應的絕對可靠，這是因為超級電容器的儲能較原電解電容器組大了幾百倍，在停電后可保證數百次的分閘，安全余量非常大。

2.極小的漏電使其荷電保持能力非常強，停電數天后應有上百次的分閘能力。

3.一旦其中一只電容出現問題不會影響另一只的獨立工作，其檢查功能，在不影響另一只正常投入工作的情況下可在例行的檢查中發現故障超級電容而更換掉。

超級電容應用方案之二

本方案主要適用于生產廠改型的電容儲能式分合閘裝置。本方案是將原電容儲能式分合閘裝置的大功率合閘整流電源部分換成小功率電源，只供超級電容器充電和一些經常負荷，去掉原裝置中的電壓補償電解電容器組，由超級電容器負責高壓開關的合閘及事故失電分閘。在這里合閘一次電壓只降低3V左右，而這一電壓降將很快被充電補充，適合連續合閘，這一方案的成本將低于原電容儲能式硅整流分合閘裝置，有著同方案一同樣的優勢，還可以在停電后有數分鐘的經常負荷供電能力，較原裝置是一個進步。C1、C2、R1、R2的選擇同方案一。L、R的作用是只允許經常負荷電流通過，抑制合閘沖擊電流的通過。

超級電容器應用方案之三

本方案適用于在不重要的末端站（不需要停電后長時間的直流電供給）使用了由蓄電池組組成的直流屏的改造，其中圖中虛線框內所包含的線路圖右上角打叉的部分為改造要去掉的部分。圖中虛線框內所包含的線路圖右上角打勾的部分為改造要加入的部分。本方案的功能同方案二，由于舍去了蓄電池組，從而大幅度降低了使用成本，減小了維修保護量，電源壽命延長，同時由于電容充電很快，因此不像蓄電池組那樣，停電分閘后，怕虧電。R1R2的選擇同方案一。

超級電容器應用方案四

本方案是設計一種新型的直流屏。我們知道蓄電池組容量的選擇必須同時滿足兩個條件：第一是滿足沖擊負荷最大放電電流合閘要求。第二是滿足經常負荷電流下的時間要求：當根據沖擊負荷最大電流選擇的電池容量（安時數）大于經常負荷的容量要求時，就可以將超級電容器與蓄電池組組成復合電源，由超級電容器承擔沖擊負荷，由蓄電池承擔經常負荷，蓄電池組的容量就按經常負荷的要求選小些，這樣既降低了成本、減小了維護量，同時又使蓄電池組免受大電流的沖擊而延長使用壽命。這種復合電源的原理如圖四所示：L、R的作用同方案二，R1的選擇同方案一。

另外，也可將具有（超）高倍率放電能力的鎘鎳蓄電池換成同等容量的免維護鉛酸蓄電池，按圖四與超級電容器組成復合電源，這樣既保留了蓄電池體積小的特點，又大幅度降低了蓄電池的成本，獲得了與使用鎘鎳蓄電池同樣的效能。

超級電容器在稅控機、稅控收款機上的應用

稅務部門推廣使用稅控裝置，運用國際先進的監控手段堵塞發票漏洞，相當于給每一臺稅控裝置裝上了類似飛機的“黑匣子”，能儲存企業近期的經營信息、***的情況等，于是出現了一系列的稅控產品，如稅控收款機、IC卡稅控加油機。

此類稅控裝置都應該具有斷電保護功能，即當出現突然斷電時，仍能將數據存儲，并能進行短時間IC讀寫卡的操作過程，這時需要有后備電源作保護。一般常用的方法是利用蓄電池進行供電，但存在某些弊端，如下表。超級電容器又叫法拉電容，是一種新型的儲能元件，其特性介于電池及普通電容器之間，可以作為稅控裝置可靠的后備電源。

在斷電時，由超級電容器為控制電路提供能量，CPU可在短時間執行數據存儲過程，讀寫完成后，電容器再提供瞬間脈沖電流（幾A），將IC卡彈出。

超級電容器在太陽能光伏產品上的應用

◆LED：高亮發光二極管

◆R1，R2：限制電阻

◆C：陶瓷電容

◆D1：普通二極管

◆K：受控開關

◆工作過程簡述如下：

當白天光線較強時，光電轉換器將光信號轉換為

電信號通過二極管給超級電容器充電，受控開關

K處于斷開，LED不亮；夜間光線弱時，光電轉

換器停止向超級電容器充電受控開關K導通，超

級電容器開始向LED放電，直至光電轉換器再次

工作。

◆超級電容器充放電時間計算方法

一般應用在太陽能指示燈上時,LED都采用閃爍發

光,例如采用一顆LED且控制每秒閃爍放電持續時間為0.05秒,對超級電容器充電電流100mA,LED放電電流為15mA.

下面以2.5V50F在太陽能交通指示燈上的應用為例,超級電容器充電時間計算如下：

C×dv=I×t

C:電容器額定容量；

V：電容器工作電壓；

I：電容器充電；

t:電容器充電時間

故2.5V50F超級電容器充電時間為：

t=(C×dv)/I

=(50×2.5)/0.1

=1250s

超級電容器放電時間為：

C×dv-I×C×R=I×t

C:電容器額定容量；

V：電容器工作電壓；

I：電容器放電電流；

t:電容器放電時間；

R：電容器內阻

則2.5V50F超級電容器從2.5V放到0.9V放電時間為：

t=C×(dv/I-R)

=50×[（2.5-0.9）/0.015-0.02]

=5332s

應用在LED上工作時間為5332/0.05=106640s=29.62小時