超级电容的应用分类.ppt

超级电容的应用分类.ppt

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超级电容的应用分类,超级电容器（supercapacitor），又叫双层电容器（ElectricalDoule-LayerCapacitor）、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储存层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。

什么是超级电容？

你需要超级电容吗？

如果需要以下其中一项，超级电容就最适合。

要求瞬间比较大电流放电。

如USB产品要用0.5A以上电流，闪光灯、电动工具。

要用电池，但永远不更换，免维护。

如太阳能道钉灯、地埋灯。

智能水、电、气表。

要求快速充电，如警卫手电筒、玩具、电动工具。

要求充放次数多过电池，浮充也不需要更换电池，如应急灯。

要求在零下40度也能正常保持能量工作，如汽车、电动车泠起动。

要求将微弱至大电流能量快速回收，如独力太阳能发电、节能电梯、环保汽车。

要求轻的移动电源，如遥控飞机。

要求比电池安全，永远不会爆炸的储能产品。

应用广泛,（在有记忆储存功能的电子产品中做后备电源，数据保护和备份，适用于带CPU的）玩具、手电筒、洁具、自行车尾灯、音响、助听器、礼花、充电器、DVD机、收音机、冰箱、空调、背投和液晶电视、洗碗机、鱼漂、消毒柜、电子门锁、热水器、燃气灶、电饭煲、熨衣架、待机转嫁器、数码相框、机顶盒、微波炉、遥控器、汽车黑匣子,公用电器、工业及医疗电器：

（用作小功率器件的电源）税控机、控制器（温度控制器）、触摸屏、摄像头、扫描仪、投影仪、考勤钟、计数器、显示屏、彩票机、银行终端、公汽读卡器、身份识别、复印机、打印机、X光机、磁共振、道钉机、电焊机、皮带机、激光器、矿灯、工业仪表、雷管、电动工具。

网络通讯：

（中型模组、模块、工作时间不是很长的、瞬间工作的）电脑、电话、手机、信息终端、通讯站、GPS、电力数据传输。

风光发电：

风力发电、变浆、接收转换、太阳能发电（储能）、太阳能灯（警示灯、标识灯、道钉灯、地埋灯）、太阳能手电。

交通工具：

摩托车启动、机车启动、电动汽车辅助动力、汽车启动、电动自行车辅助动力、汽车音响、车载监控。

后备电源：

开关柜、直流屏、负荷调整电源、故障定位、变频器、脉冲电源、应急灯、救生绳、报警器、卷帘门、与电池配套电源、断电保护。

能量回收：

吊车、矿井、机车、电梯、抽油机。

军工：

战斗机、军车、坦克、雷达、精准炮弹、激光炮、电磁炮、警棍。

一、运输业,混合动力电车,用于公交车和卡车的混合电力、氢气和基于燃料电池的动力系统提高了燃油效率，降低了有害排放。

该类型混合架构对于执行大量“停走”驱动的大型车辆特别有吸引力，如市内运输公交车和货运卡车。

传统的公交车和卡车的效率很低，产生高度有害的排放，因为它们硕大的引擎（通常是柴油机）持续不断地给车辆加速和减速-这是一种效率最低的产生动力的方式。

在串联混合系统中，较小的引擎与发电机紧密配合，在恒定、有效的速度和功率输出级上工作。

当车辆动力暂时需要增加的时候，如加速期间或爬山时，要从车上由电池和超级电容组成的能量储存系统吸取电力。

当车辆的动力需求较低时，该能量储存系统被充电。

这样不仅仅能量效率增加了，而且车辆能够通过再生制动（regenerativebraking）在它减速时重新回收（加速时付出的）能量。

提高混合电力、燃料电池的动力效率电容用于大量“停走”,加速期间或爬山时适用于观光车,市内公交车,机场等每辆车用8-12只48V模块延长电池寿命提供大电流放电及停刹车能量回收,超级电容电动游览车,技术参数：

电机输出功率：

5.0kW充电器配置：

150A/90V超级电容器组件：

组件构成：

180只单体。

组件额定电压：

90V组件工作电压区间：

90V-55V基本使用工况：

100%充电时间：

10分钟，其后需恒压充电5分钟100%充放电循环寿命：

50000次续驶里程：

20km（100%充电后，时速30km/h，工作电流30A）上海张江高科技园区“创新示范线项目”上海崇明岛超级电容电动游览车示范线项目,电动汽车,为电机启动提供强大启动力距吸收马达制动过程中能量保护蓄电池过放电，延长使用寿命提高电动机车性能如加速，制动等超级电容能在短时间内提供和吸收大的功率，而且能量回收效率高、充放电次数高、循环寿命长、工作温度区域宽；适合频繁加速和减速的城市交通工况。

超级电容价格相对于电池要便宜,适合低成本方案。

尽管超级电容比能量比较低，但是可以通过控制策略的研究，合理地进行能量分配,汽车微混fuel-savingstop-startsystem,减少汽油耗能,当速度低于20km/h（12mph）,发动机关掉.在城市内可多跑15%里程并减少15%二氧化碳释放利用新型2.2KW起动电机,比第一代电机效能提升70%.e-booster模块提供强大启动力距及功率确保发动机即使在零下40度也能顺畅起动模块在400微秒加速起动发动机至理想速度,从而减低起动噪音,此起动速度是目前正常系统的一倍.重新起动发动机时不会影响其汽车电子产品用电如音响,车灯及雨刷等.在停车及减速时将能量回收对e-booster超级电容模块进行充电.PSAPeugeotCitroen将在2012对旗下30%出厂燃油车配备e-booster模块来达到欧盟对汽车节能要求。

PSAPeugeot-Citroene-HDi,电动自行车,+,安装于电动自行车上与24V铅酸电池并联使用10只2.7V220F超级电容最高电压27V重量非常轻:

38克/电容冷起动:

-40快速充电:

2分钟内脚踏和滑行能量回收效率为90%，电池只有30%延长电池寿命达一倍,环保超级电容:

充放电寿命为50万次,混合动力挖掘机,小松混合动力挖掘机（KomatsuHybridexcavator）,节能平均25%.最多41%转动/刹车能量蓄存大电流放电协助马达/发动机工作,起重机,一种利用超级电容的轮胎式龙门集装箱起重机，它的主要工作机构有起升机构、小车机构和大车机构。

起升机构在起升时耗电，由柴油发电机组供给，下降时其势能转换成电能反馈给轮胎式龙门集装箱起重机，小车机构和大车机构在驱动和运行时耗电，在制动时反馈电能给轮胎式龙门集装箱起重机。

原理：

由柴油发电机组发出的三相交流电源经交流变频器的整流装置转换成直流电源DC，DC电源通过变频装置将DC电源转换成频率和电压可控的交流电源AC，用于驱动起升、大车或者小车机构；将超级电容并联在DC电源总线上，利用DC总线监测电压变化范围，电压上升时充电，电压下降时放电，随着超级电容不断放电，其端电压下降，DC总线电压也下降，当检测到此电压低于柴油发电机组的电源整流电压时，柴油发电机组开始供电，在制动时反馈电能给超级电容，超级电容不断得到反馈能量的充电，又不断释放电能；当起重机的工作机构处于再生反馈状态时，机构将能量反馈到DC总线上，DC总线电压在电压变化范围内逐步上升，使超级电容不断吸收电能；当DC电压由工作机构电机再生反馈电能引起上升时，超级电容进入充电状态，随着超级电容不断充电，其端电压上升，DC总线电压也上升，所有机构的反馈能量都被超级电容吸收。

利用超级电容器，可以短周期大电流充电和放电，将能量吸收，起到节能环保的作用。

叉车,铲车（燃料电池）铅酸电池的替代品燃料电池和超级电容配合工作超级电容负责抬升为客户减少燃料和维护开支补充燃料电池的初始功率特性起动快,能量高,电池寿命长加快充电时间,纯电动（电池+超级电容器）燃料电池超级电容器系统柴油机超级电容器系统,车辆低温启动,超级电容器与蓄电池并联应用可以提高机车的启动性能。

将16.2V-250F超级电容与12V45A的蓄电池并联启动1.9L柴油机的汽车在-10时平稳起动，尽管在这种情况中，当不连接超级电容器，蓄电池也可以启动，但采用超级电容器与蓄电池并联时启动电动机的速度和性能都非常好。

在-20时，由于蓄电池的性能大大下降，很可能不能正常启动或需多次启动才能成功，而超级电容器与蓄电池并联时则仅需一次点火。

其优点非常明显。

由于电源的输出功率的提高，启动速度由仅用蓄电池的时候启动速度300/min，用超级电容器与蓄电池并联时就会增加到450/min；提高汽车在冷天的起动性能.,ColdStart,轻轨和地铁能量回收系统,能量存储系统:

独立的工作方式或设计在车辆能量系统中,Timet1车辆制动时能量存储系统会将制动时产生的能量储存起来,应用:

车辆加速时，分时传递制动时产生的能量方案:

可采用独立工作方式，也可设计在车辆本身的能量系统中优点:

通过减少主能源的消耗从而降低实际使用成本,独立工作方式,能量存储系统,H,H,H,航空航天,为开启门提供爆发动力，16x56UCs使用寿命25年，140000飞行小时已交付多于100kPC100产品设计变成BCAP0140产品每个A380上紧急启动16个门，2个长期使用的登机门，14个应急门在地面上，正常操作和紧急操作时，门必须被打开；在飞行时，门必须被关上并锁紧滑道必须在紧急情况被需要的时候膨胀工作峰值负载60A待机时间8小时，（要求低自放电）总能量11000W可预测的充电级别，充电状态持续监视门控制器冗余电源限制质量和体积应用超级电容器的优势质量小高循环寿命高可靠性免维护,二、工业,智能三表（热量表、煤气表、智能水表）传统的智能水表，在控制水阀开启和关断时，普遍采用的方法是内装锂电池的优点在于重量轻、能量大、自放电率低等。

锂电池使用到一定时间后，不得不更换电池。

需要上门为用户更换电池或水表，这是一件繁琐的事。

另外，电池电量不足的情况出现是随机的，如果不精确和及时的监测电池电量，将无法可靠的关断水阀，造成无法计费、逃水现象等情况出现。

这是内部安装了锂电池的智能水表的致命缺点，直接影响到它的推广和使用。

用超级电容代替锂电池可以解决这个问题。

超级电容是一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子（而不依靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。

智能三表、后备电源,超级电容器在智能水表中设计电路优点如下：

a.将电池从水表中分离出来，从而可以不考虑电池寿命对水表的影响，延长了水表的使用时间。

b.另一方面，超级电容的大电流放电特性保障了水阀关断的可靠性，在外接干电池电量不足时，仍能利用存储在超级电容上的能量将水阀关断。

c.以前一味追求的漏电流指标，主要是为了保障电池的使用寿命，改用超级电容后，漏电流指标变得不重要。

如果电池电量不足，用户可以随时更换。

这样，不仅使电路设计简化，减少产品的出厂检验工序，还使产品的成本降低。

便携式除颤器,便携电源超级电容器可以作为便携式除颤器的放电电容。

由电容所提供的大脉冲能量约为200-360J，单方向通过电极的全部电流加到病人身上。

发达国家的一些公共场合开始采用便携式除颤器，这样可以尽早地挽救生命。

其中的储能电容器以采用超级电容器为最佳方案，如400J储能仅需25F即可，即使按100F计算，其体积也仅仅为25*45mm。

由于超级电容器的电压很低，可以使用超级电容模组或用功率变换器将电压提高到需要的水平。

PaceMaker心脏起搏器,用超级电容加小马达充电,永久不用更换电池.,LED快充/动能手电筒,生命的光UC3.400（LightforLifeFlashlightUC3.400手电筒描述:

长度-11.5in,29.2cm筒直径-13/4in,4.5cm头直径（最宽点）-2.75in,7cm重量-约16盎司由耐用的聚合物影响,耐磨,耐水在90秒内充电。

运行时间=120分钟包含3x格力1wLED额定超过50000小时。

Utracapacitor生活:

50000周期,应急照明灯储能系统,为了确保应急照明灯具有节电、高亮度、长寿命和不间断性，采用由直流电源供电的半导体照明灯LED。

采用LED灯后，节约了大量的电能，维修费用，同时也确保了照明质量。

采用超级电容器作为储能元件，确保了应急照明灯的超长寿命和免维护、可靠性强灯特性。

超级电容取代锂电池,免维护,免换电,寿命特长.超高可靠性不會擔心電池實效失去電源适合應用在要求較高場合提供全整方案.,电动工具辅助电池使用,美国SuperiorToolCo设计.与7.2V电池并联使用,提供初始大电流供电满足冲击大电流供电需求,保护电池,延长电池寿命充满情况下,可切割100次,每次约3-5秒,相对没有超级电容要5秒以上快每次充完电的切割数量提高30%,电动工具纯超级电容,无绳电动螺丝刀充电90秒产品主要针对不长用业余用家,但需要快速电及突然大量使用充满可安装22只螺丝,用电池可安装37只螺丝但充电时间为90秒,电池需要30分钟以上.如果需要安装100只螺丝,要等电池充电,超级电容可不断快速充电.50万次充放电寿命,没有电池般记忆效应,一辈子不用更换电池.,ColemanFlashcellScrewdriver（$80）thisultracapacitor-poweredcordlessscrewdrivercanberechargedinjust90seconds,andits“battery”willlastalifetime.,税控收款机,税控收款机是一种具有法律严肃性和不可破坏性的带有计税功能的收款机。

它内部装有自动记录但不能更改和抹掉的计税存储器，记录着每日的营业数据和应纳税额，是向纳税机关纳税的凭据。

纳税户销售商品在税控收款机中的记录与相关的时间等信息可在机内保留510年，不可修改、不可清除。

有关数据由税务部门用专用IC卡读出，以便稽查。

每台税控收款机经税务部门发行处理后具有唯一性。

此税控收款机都具有断电保护功能，即当出现突然断电时，仍能将数据存储，并能进行短时间IC读写卡的操作过程，这时需要有后备电源作保护。

后备电源有两种解决方案：

超级电容器和电池。

超级电容器与电池相比具有放电电流大，循环寿命长、绿色环保等特点。

使用超级电容器增强了税控收款机的可靠性，免除了电池需要每隔2-3年维护更换一次的工作。

在断电时，由超级电容器为控制电路提供能量，CPU可在短时间执行数据存储过程，读写完成后，电容器再提供瞬间脉冲电流（几A），将IC卡弹出。

IT产品,无线节能鼠标,无线手写板,SSD固态硬盘,免用电池，无废电池污染问题采用超级电容，充电迅速（90240秒）充饱一次电可以使用60240分钟充放电次数500,000次使用27.042MHz免认证无线频段256组随机随机数配对码采用磁性连接充电，方便迅速对位充电电力供应使用一般USB（5V/500mA）埠有效传送范围;约3尺（1米）每秒撷取图像1,700次每秒位传输速度4.8k（bps）分辨率800/1000cpi，每秒最高位移24.9inches自动安装，无需额外驱动程序,FeatureofEnterprisemodeldesignSDRAMtocacheFAT+Data.NeedPowerbackuptoflushtoNAND,车载刷卡终端,车载POS机的时钟电源：

时钟芯片供电电池必须是可充电方式。

一般的纽扣电池的使用寿命是二年，由于电池内电能随着使用时间逐步衰减，当电能衰减到一定程度时，会影响计时的精准度，甚至会造成时钟数据丢失归初始状态。

由于IC卡内写有有效期，由于POS机时钟的误差，会发生锁卡的现象，这会对持卡人带来一些不便。

严重时会干扰发卡部门的正常工作。

（目前徐州就处于这种状况）此外，每二年对POS机进行一次更换时钟电池的工作量也非常大，如采用可充电时钟电源采用超级电容（1.5F）,其优点是：

使用时间长，可与POS同寿命，在POS机使用寿命周期内不需要更换，输出电压电流稳定，确保时钟精准和车载POS机工作正常。

目前国内的机具型号较旧，都采用不可充电方式，右图是华捷公司车载刷卡终端,Automobileaftermarket汽车后装市场,CarAudio,BraimsUltraCapacitor,HQR-1.3F,madeinJapan,短时间不间断电源（USP）,在动力UPS系统中，用超级电容器作为变频器或逆变器的直流储能组件，有蓄电池或电解电容器无可比拟的优势。

尤其在中、高压时，避免了由数十节甚至上百节蓄电池串联所带来的一系列问题；和电解电容相比，不但便于维护，而且降低成本，提高了UPS设备的可靠性。

延长电池寿命减少电池用量,不需要用电池提供长时间后备电源,当市电断开时，由超级电容器短时供电，为逆变器提供直流电压，供给负载，同时为发电机启动提供足够的启动电流发电机启动可靠，消除电池作为候备电源带来不稳定因素当发电启动后，超级电容器在逆变器的直流回路又可以做为一个超级滤波器，消除发电机在负载波动的条件下电压的波动，如市电高压、市电低压、电压瞬时落、减幅振荡、高压脉冲、电压波动、浪涌电压、谐波失真、杂波干扰，频率波动等电源问题。

从于保证对负载供电稳定,应用:

半导体制造、CNC、纺织、医院、电讯、广播发射站等最佳备用供电时间:

1秒至2分钟使发电机起动或将系统进入睡眠状态EPS柴油发电机变成长时间更可靠UPS,电信,铅蓄电池为电信和数据通信提供能量存储，这些备用电源通常只需提供几分钟到几小时的电源。

此外，它们还“桥接”发电机、燃料电池或其他长期备用电池作为短期储能装置。

铅蓄电池是合用的，因为它成本低。

但它们在典型的工作条件下的可靠性常常受到关注。

在许多系统中。

蓄电池主要在秒数量级的短期中断时起作用。

能量脉冲重复地瞬时中断将使蓄电池降低可靠性和缩短寿命己发现有两种技术能解决这些问题。

一是飞轮储能基（Flywheelbased）系统使用大的旋转飞轮存储机械能，当需要时再转变成所需的电能。

二是超级电容器（也称电化学双层电容器）储能方法。

由于性能、尺寸、需要的维护和成本的不同它们各适用于不同的场合。

电信工业采用超级电容器结合了超级电容器电子电路开发的电能超高速缓冲存储器（Powercache）储能模式，创造一种模仿48V电池工作的装置，它只提供几秒钟的备用电源。

同时，它还桥接长期电源。

这种以超级电容器技术为基础的电信产品具有十分卓越的优点不须维修地工作10年，能快速再充电和抗干扰能力强。

但是，它的成本是48V电池的23倍，然而，该装置的寿命又是蓄电池的34倍。

这样这种新产品的附加成本仍是可以接受的。

电梯,应急电源1）用于到达下一层2）用于打开门3）用于呼叫和照明系统分布式电源1）重型门2）修理时期动力供给3）动力平衡4）减少电梯系统电缆,电动玩具,在电子玩具中，常要求瞬时大电流，而电池无法提供，将超级电容器与电池组合可以解决问题，超级电容器也可以作为电源对电子玩具供电，可降低使用成本、减轻质量。

最典型的就是可以飞的玩具级电动飞机，电动玩具飞机之所以不能飞起来的主要原因是就现在的材料水平而言，玩具飞机如果不计电源和电动机的质量将是极其轻的，电动机也可以做得很轻，最重的便是电池。

如果让飞机飞起来，电池能提供的功率与电动机牵引飞机飞起来的功率相差很多。

专业航模的飞机可以不计成本，并且采用高倍率放电的充电电池，个头也相对很大，远远超出玩具的概念，如果采用质量远低于电池甚至远低于电动机的超级电容器就可以很好地解决电源质量与电源功率的矛盾。

一只4.7F超级电容器不到10克，而两节6号电池将重达近50克，三节镍氢电池则更重300克。

太阳能,太阳能灯具和市电灯具的对比：

市电照明灯具安装复杂：

市电灯具首先要铺设电缆，要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。

然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。

而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。

太阳能照明灯安装简便：

太阳能灯具安装时，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。

市电照明电费高昂：

市电灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本高。

太阳能照明免电费：

太阳能照明灯具是一次性投入，无任何维护成本，三年可收回投资成本，长期受益。

市电照明灯具有安全隐患：

市电照明灯具由于在施工质量、景观工程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来安全隐患。

太阳能照明没有安全隐患：

太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠。

太阳能照明的其它优势：

绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。

三、再生能源,太阳能道钉灯,太阳能地砖灯,太阳能交通警示灯,太阳能浮标灯,白天,夜间,太阳能电池太阳能电能,夜间太阳能灯照明,存储于超级电容器组中,风能,超级电容器的特点突出：

高效率、大电流放电、宽电压范围、宽温度范围、状态易监控、长循环寿命、长工作寿命、免维护、环保。

因此它极为适合在风力发电机组这样的工况环境中工作。

风力发电变桨用超级电容器储能系统主要为了使叶轮对电机的驱动功率能够满足电机的所能承受的状态，在不同的风速条件下设定其合适的变桨角度，以满足发电机所处的工作状态在最优状态。

风力发电变桨用超级电容器储能电源的基本工作原理为：

平时，由风机产生的电能输入充电机，充电机为超级电容器储能电源充电，直至超级电容器储能电源达到额定电压。

当需要为风力发电机组变桨时，控制系统发出指令，超级电容器储能系统放电，驱动变桨系统工作。

引入超级电容器使系统具有够大的过载能力.电容器有快速充电特性,充电的电源范围0-52V,可以充分吸收短时,间隙的强大风能.及微小风能太阳能条件下的能量.DC/DC充电及控制器保证系统在微风的条件吸收的能量在低压情况下向蓄电池充电.5.DC/DC充电效率高达85%.,将剧烈波动的能量变成较平滑的能量输入,大型风力电动变桨系统,转换模式电源供应,能量存储,发电机变频器,AC交流变桨发电机,风机桨叶旋转角度的控制：

1、调整桨叶角度，以便产生最佳功率2、空气制动，紧急情况下的停止,电变桨系统的变桨电源,-40oC工作永不需要更换电池,四、军事领域,战车混合电传动系统,采用混合电传动技术的13吨重8轮重型战术卡车，该车将电能存储在超级电容器中，与同级别的卡车相比，燃油消耗率降低了20%，并且可以提供100千瓦的可输出功率。

停车时，发电机能够为一个指挥控制中心或一个野战医院提供所需的电力。

一款被称为“先进地面机动车”的新型混合电传动车辆，该车的通用结构与“影子”侦察、监视与目标指示车（RST-V）相似，车轮由轮毂永磁电动机驱动，发电机也采用磁电动机公司的130千瓦永磁水冷发电机，此外车上还装有一个锂离子电池组，能够产生65千瓦的脉冲功率，可以为短程静默行驶提供动力。

坦克低温启动,超级电容器配合蓄电池应用于内燃发动机电启动系统，能有效保护蓄电池，延长其寿命，减小其配备容量，特别是在低温和蓄电池亏电的情况下，确保可靠启动。

蓄电池在低温环境放电能力明显下降，会造成坦克战车无法启动，影响了军事战备。

超级电容器的工作温度范围宽，可在-40环境工作，保证了电启动系统的正常供电，使坦克战车一次启动成功,舰用声呐/电磁炮,