超级电容器的分类与优缺点分析_李海生
()文章编号:10093664201106008902---
技术交流
超级电容器的分类与优缺点分析
李海生
()中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局,广西柳州545006
在许多电子设备中得到了广泛的运用。由于新时期行业技术的迅速发 摘要:电容器是储存电荷的常用电子器件,展,早期的电路结构逐渐被更复杂的电路形式取代,普通的电容器已经满足不了电路运行的需要。为了达到高负荷或超负荷电路运行的需要,国内开始推广使用超级电容器,这种器件在性能上比传统电容器更加优越。文中阐述了电容器的原理、基本功能、优缺点等。
关键词:超级电容器;分类;优缺点中图分类号:TM53
文献标识码:A
TheClassificationoftheSuerCaacitorandAnalsisit'sAdvantaesandDisadvantaes ppygg
LIHaishen -g
(,,)ChinaSouthernPowerGridCo.Ltd.LiuzhouBureauofEHV TransmissionComanLiuzhou545006,China py:,AbstractCharestoraecaacitoriscommonlusedinmanelectronicdevicesithasbeenwidelaliedintheelec -ggpyyypp
,radualltroniceuiment.Astheraiddevelomentofindustrtechnolointheneweratheearlcircuitstructureis gyqpppygyy
;relacedbmorecomlexformsofcircuitsthenormalcaacitorhasfailedtomeetneedsofthecircuitoeratin.Inorder pypppg ,,toachievehihloadoroverloadcircuitrunninneedsthesuercaacitorshavebeenstartedtoromotetheusinathome ggpppg
,erformanceaerrincilethisdeviceismoresueriortoconventionalcaacitors.Thisexoundstheofcaacitorbasic ppppppppp
,roblems.functionsadvantaesanddisadvantaesandotherrelated pgg
:;;Kewordssuercaacitorclassificationadvantaesanddisadvantaes yppgg
负荷较小的电路运 常规电容仅能满足结构简单、
行要求,对于大负荷的电路运行则难以起到储存电荷的效果。近年来,超级电容器的推广应用有效地解决保证了电力电子设备使用了大负荷电路运行的难题,性能的正常发挥。
超级电容器的如图1。因电容器结构组合上的改进,
电容储存量极大。此外,如果超级电容器两极板间电势小于电解液的标准电位时,超级电容器则是正常的
相反则不正常。根据超级电容器原理,其在工作状态,
运用过程中并没有出现化学反应,仅仅是在物理性质因而超级电容器的稳定性更加可靠。上的变化,
1 超级电容器原理与应用
超级电容器实际上属于电化学元件,引起电荷或
电能储存流程可相互逆转,其循环充电的次数达到10万次。凭借多个方面的性能优势,超级电容器的应用范围逐渐扩大,掌握该装置的原理有助于正常的操作使用。
1.1 超级电容器的原理
“双电层原理”是超级电容器的核心,这是由该装置的双电层结构决定的。超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压作用于普通电容器的两个极板时,装置存储电荷的原理是一样的,即正电极与正电负电极与负电荷对应。而超级电容器除了这荷对应、些功能外,若其受到电场作用则会在电解液、电极之间产生相反的电荷,此时正电荷、负电荷分别处于不同的
,接触面,这种条件下的负荷分布则属于“双电层”原理
图1 超级电容的结构原理
1.2 超级电容器的应用
目前,超级电容器凭借强大的储存容量及存储性能,在许多大中小型设备中得到了普遍运用,且涉及到的行业较为广泛。具体运用在:真空开关、仪器仪表、数码相机等微小电流供电的后备电源;太阳能产品以及小型充电产品的充电电池。由于超级电容器的功能优势显著,在使用时可适当添加辅助元件以优化电容器结构,从而进一步增强了超级电容器的结构性能。
收稿日期:20110825--
,作者简介:李海生(男,工程师,山东淄博人,在读工程1980-)
硕士,主要从事变电运行维护工作。
·89·
2 超级电容器的主要功能
与普通电容器相比,超级电容器在结构上进行了改进调整,且在原理上得到了优化。但在使用期间超级电容器与常规电容器的功能相近。新型电容装置的功能集中表现在:旁路、去耦、储能等方面,这些对于电路运行或存储电荷都有着明显的调控作用。具体功能如下:
()旁路。超级电容器中的旁路电容可以定期储1存电能,但其它元器件在运行中需要能量时,则能及时释放出电荷维持使用。旁路电容器的最大功能表现于稳压器电荷输出的均衡,避免了电荷传输混乱而引起
装置充电、放电的灵活性较强,如图2
。电路故障,
电极材料、聚合物电极材料。前者有:NiOx、MnO2、
活性碳等用于负极材料,后者V2O5等用于正极材料,、有:PPY、PTH、PAniPAS、PFPT等经P型或N型或
/PN型掺杂制取电极。)(根据电解质分类。电解质是溶于水溶液之后2
具备导电性能的化合物。超级电容器里的电解质包括:水性电解质、有机电解质等两种。水性电解质比较普遍的电解质有酸性、碱性、中性之分,不同特性电解质的组成也不相同。如:酸性电解质由36%的H2SO4水溶液构成,碱性电解质由KOH、NaOH等强碱构成等。有机电解质一般选择LiClOTE-4为主的锂盐、有时可根据使用ABF4为主的季胺盐等当成电解质,需要添加相应的溶剂,如:这PC、ACN、GBL、THL等,些对于超级电容器的性能都有明显的改善。
根据电解质对超级电容器分类方法中,还可以结合电解质的具体状态详细分类。如:按照电解质的固态、液态形式又可分为固体电解质超级电容器、液体电解质超级电容器。
4 超级电容器使用的优缺点
图2 旁路电容原理
超级电容器在使用过程中并非每一个方面都是优越的,这就要求在运用超级电容器时能熟练掌握该装置的优缺点。受到制造技术的限制,我国在使用超级
调试等方面的不足。不少设备电容器时还存在安装、
因盲目使用超级电容器造成电路故障,影响了整个设
备性能的发挥。作为电容器的新产品,超级电容器呈现出来的优点要显著大于缺点。
()优点。超级电容器是普通电容装置的升级,在1对早期的电容器实施了多个方面的改良。主要优点在:电容存储量较①电容量。早期使用的常规电容器,小,仅能满足小负荷的电路需求;而超级电容器的电容量级别可达到法拉级,能适合更复杂的电路运行需要。不需要②电路。超级电容器对电路结构的要求较低,设置特殊的充电电路、控制放电电路,且电容器的使用时间不会受到过充、过放的影响。③焊接。普通电容在安装超级电容器时可根据需要进器无法进行焊接,行焊接处理,防止了电池接触不良等现象的发生,提高了电容器元件的使用性能。
()缺点。通过对超级电容器的性能测试,笔者发2现这种新型电容器也存在缺点。如:①泄漏。超级电容器安装位置不合理,容易引起电解质泄漏等问题,破坏了电容器的结构性能。②电路。超级电容器仅限于直流电路的使用,这是由于与铝电解电容器相比,超级电容器的内阻更大,不适合交流电路的运行要求。③价格。由于超级电容器是新一代高科技产品,其刚刚推向市场时价格相对较高,增加了设备运行的成本投入。
(下转第105页)
)去耦。去耦主要是针对电路内产生的“耦合”2 (
现象而言,耦合是由于电路中电流、电阻失去均衡而引
,起的一种“噪声”不利于电路内部载荷的均衡布置。超级电容器使用之后,能有效地消除耦合现象,让电路
中的各项指标参数维持在标准状态。
)(储能。无论是普通的电容器或者超级电容器,3
储存电荷或电能都是极为关键的性能。超级电容器的电荷储存容量更大,能满足更多电子元件的使用需求。超级电容器把存储的能量利用变换器引线传送至电源的输出端之后,经过优化处理能进一步强化电容的存储性能。
3 新型电容器的不同分类
由于超级电容器是一类新型产品,在结构、材料、性能等方面都进行了不同的更新调整。根据不同的内容,对超级电容器进行分类的方法是各不相同的。当前,对于超级电容器的分类一般参照电容器的原理、电每一类超级电容器又可分成不解质等两大要素划分,同的类别。
()根据原理分类。根据不同的作用原理,超级电1
容器主要划分成双电层型超级电容器、赝电容型超级
在制造材料电容器等两大类。双电层型超级电容器,
上进行了更新处理,如:活性碳电极材料,结合高比表
面积的活性碳材料加工后制成电极;碳气凝胶电极材结合前驱材料制备凝胶,再进行碳化活化处理作为料,
电极。赝电容型超级电容器,一般采用了金属氧化物
·90·
年月日第卷第期
周敬森等: 发电厂电能
质量控制的问题探讨
TelecomPowerTechnolo gy
2011,Vol.28No.6Nov.25,
非正弦电流,从而产生谐波。谐波污染对电力系统的
采取相应措施加以抑制减少其危害,这危害是严重的,
就是谐波抑制。解决电能谐波的污染和干扰有很多行
之有效的解决方法,但概括起来主要有以下方法:一是增加换流装置的相数。换流装置是供电系统
换流装置在其交流侧与直流产生的主要谐波源之一,
侧产生的特征谐波次数分别为pk±1和pk(p为整流。当脉动数由p=6增加相数或脉动数,k为正整数)
到p=1可以有效地消除幅值较大的低频项(其2时,
,从而大大地降特征谐波次数分别为12k±1和12k)低了谐波电流的有效值。
二是在电网系统中增加动态无功补偿装置,使供
电系统承受谐波的能力增强。在技术经济分析允许的情况下,可以在谐波源处装设动态无功补偿装置:静止无功补偿装置或更先进的静止同步补偿装置,这样可以获得补偿负荷快速变动的无功需求,从而改善功率因数、滤除系统谐波、减少向系统注入谐波电流,稳定降低三相电压不平衡度等,提高供电系统承母线电压、
受谐波的能力。
三是在电网系统中增加交流滤波装置。这种交流滤波装置在谐波源附近能吸收谐波电流,大大降低连结点的谐波电压,是防止谐波污染的一种有效措施。滤波装置一般由R、利L、C等元件组成串联谐振电路,消除高次谐波。用其串联谐振时阻抗最小的特性,
四是改变电容器的串联电抗器,防止电容器对谐波的放大。在电网中,一些并联电容器组虽然能起到改善无功功率因数的作用。但当有谐波存在时,在一定的参数下,这些并联电容器会对谐波产生放大作用,危及电容器本身与附近电气设备的安全。如果采取改变电容器的串联电抗器,就能避免电容器对谐波的放大。
()抑制电网电压的闪变和波动。包括合理地选择1
在线路出口加装限流电抗器、配电变压器并列运变压器、
行、采用电抗值最小的高低压配电线路方案等方法。()对电力系统电网的电能质量实施监测控制。2
电能质量指标检测可采取连续、不定时和专项监测三非线性负荷种方式。连续检测适用于供电电压偏差、
接入点和电网中枢变电所电能质量指标的实时检测。一般采用统计型电压表。不定时检测适用于需要掌握供电电能质量指标,而连续检测不具备条件所采用的检测方式。专线检测适用于非线性设备接入电网(或
改建)前后、查找电网电能质量污染源、了解某扩建、
些特殊负载或用户对电网电能质量指标影响等检测方式,用以确定电网电能质量指标的背景状况、电能质量污染的实际水平、验证技术措施效果。一般采用电能质量分析仪。
5 结束语
保障电能质量是电力企业义不容辞的责任。发电厂应保证供给用户的供电质量符合国家标准。用户在共同对各种电能质量问题采取有效的安全用电同时,
措施加以抑制。参考文献:
[]编著.电能质量分析与控制[北京:中国电力1M]. 肖湘宁,
出版社,2004.[]肖湘宁,姜 旭.现代电能质量监测技术的发展2 赵逸众,
];():动态[电气技术;J2006,11113.-[]李庚银,周 明.基于质量保险的多质量等级电3 金广厚,
]():能定价方法[中国电机工程学报,J.2006,92224.-[]刘 成.无功补偿技术对低压电网功率因素的影4 辛安国,
]():响[内蒙古石油化工,J.2010,12324.-[]电能质量检测分析系统的研究与设计[上海:5D]. 王勤湧.东华大学,2010.
4 电力系统电网传输的电能质量提升策略
电力系统电网传输的电能质量提升策略如下:
檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨(上接第90页)
[],acitorsJ.JournalofPowerSources1997,66(12):1 --p14.
[]2 孟庆函,刘 玲,宋怀河,凌立成.超级电容器用复合炭
]():极板电极的电化学性能[J.电源技术,2004,280710-
14.
[]3 张治安,杨邦朝,邓梅根,胡永达.超级电容器氧化锰电]:极材料的研究进展[J.无机材料学报,2005,20(3)529-
531.
[]4 张治安,杨邦朝,胡永达,汪斌华.超级电容器氧化锰电]:极电容特性研究[J.材料热处理学报,2005,26(02)3134.-
[]]5J. 王大伟,成会明.超级电容器电极材料研究新进展[
():科学通报,2008,08112115.-
·105·
5 结 论
总之,长期以来国内采用的均是常规的电容器,其
由两片接近并相互绝缘的导体构成电极之后,用于储存电荷、电能的电子元件。超级电容器即“双电层电容
,器”目前是储存电能的新器件。从物理角度看,超级电容器具备了充电耗时短、运行时间长、温控效果好、环保性能强等特点。参考文献:
[]1onwaBE,BirssV,WotowiczJ.Theroleandutiliza C -yj
tionofseudocaacitanceforenerstoraebsuerca -ppgygyp