超级电容将替代可充电电池

针对大型设备的超级电容

虽然看起来似乎所有电子设计都在缩小尺寸，设计师在拚命地争夺每纳米空间，但仍有许多领域微型化既不可能也没必要，包括汽车和运输、再生能源、军用和航空。在这些领域，通常采用更大尺寸的超级电容。

Maxwell Technologies公司推出的突破性BOOSTCAP产品设定了事实上的标准，基于其私有电极技术的产品可提供单节和多节模块化配置。

模块化BOOSTCAP配置由涵盖14个模块的BPAK和BMOD系列组成(图8)。根据具体的应用，用户可以从下列电容值/工作电压组合中选取合适的产品：15Vdc下有20、23、52和58F；16.2Vdc下有110、250或500F；48.6Vdc下有165F；75Vdc下有94F；125Vdc下有63F。这些模块的外形尺寸也不等，从约178x52x32mm到超过515x263x211mm。目标应用包括工业、汽车和消费类市场。


Maxwell Technologies公司还有许多大型的具有很高容量的BOOSTCAP品牌单节电容器，不过工作电压比较低。BCAP系列共5节，在2.7Vdc的工作电压下电容值可达650、1200、11500、2000和3000F(图9)。这些电容的主要用途是与电池并行工作，适合要求恒定低功率放电以及峰值负载下提供脉冲功率的应用。



Evans Capacitor公司的3STHQ3和3PTHQ3电容组器件则主要用于任务繁重的军事应用，它将公司的三个THQ3混合电容集成进了一个阳极电镀、环氧密封的铝壳中，整个尺寸为4.47×1.59×1.09英寸(图10)。针对更高的工作电压，3STHQ3组可以串联电容的方式提供以下四种产品：0.004 F/160 Vdc, 0.0028F/200Vdc, 0.0019F/250Vdc和0.0011F/300Vdc。



针对更大的容量，3PTHQ3组器件可以并联电容的方式提供0.45F/10Vdc到0.01F/125Vdc范围内的产品。这两种配置的工作温度范围都是从-55℃到85℃，包括所有必要的平衡电阻和走线。

针对大电流环境，德国制造商Wima提供了全系列的双层圆柱形器件，其工作电流额定值高达400A，脉冲电流承受能力可达1400A。Wima公司的SuperCap C系列和R系列产品由电容值在110到600F范围内的2.7Vdc电容组成，它们的工作电流和脉冲电流额定值分别可达100A和800A。

最大和最强健的SuperCap MC系列则规定了14Vdc的工作电压和400A的电流。该产品的重量为1.7公斤，长宽高尺寸为325x60x90mm，正负电极之间的距离是265mm，可承受高达1.4kA的脉冲电流。

其它参数包括110F±20%的电容量，内部电阻为7mΩ，最大储存能量为10kJ，工作温度范围是-30℃到65℃，工作寿命长达9万小时。

超级电容的未来

如前所述，超级电容有望代替众多设备中的可充电电池。这种演进是合理的，特别是目前人们对绿色技术和高性价比替代能源非常渴求。

最近超级电容制造商CAP-XX和Perpetuum正在就能量收储解决方案展开合作，目的是要成功创建无电池的无线传感器状态监视系统。在去年6月份举行的nanoPower论坛上演讲的一个案例研究就介绍了Perpetuum的PGG17振动能量收储微型发电机如何与CAP-XX的超级电容器配合实现无电池状态监视系统的。这些系统采集并在机器上显示数据，目的是改善资产管理质量。

据这两家公司介绍，传统的状态监视系统需要人工的数据采集，或使用电池供电的无线传感器。据他们宣称，在与这些系统相关的恶劣环境中，电池可能只能用2到5年。显而易见，在一个可能有数千个电池供电的无线传感器节点的工厂中，更换和处理电池的成本将非常高。

在平时工作过程中，PMG17将无用的机械振动转换成电能，可以提供0.5mW到50mW的稳定电源。CAP-XX超级电容器储存这些能量，然后提供在无线网络(如IEEE802.15.4和802.11)上传送传感器状态数据所需的峰值功率。

PMG17可以为间歇性无线传感器系统(如无线HART、SP-100和Wi-Fi)提供必要的电能。然而，它的输出阻抗太高，无法提供传感器节点要求的10到100秒时间长的mW级功率。高容量和低ESR的超级电容器可以解决这个问题，它可以提供约1秒的峰值功率来传送数据。

“微型发电机和超级电容组合消除了电池的可靠性问题和耗时的维护工作，可以极大地节省操作成本和能量使用。”Perpetuum公司的技术管理人员Stephen Roberts表示。

“无线系统制造商现在可以使用这种“安装完就可遗忘的”自发电能源轻松地设计出无电池的系统。”CAP-XX公司应用技术副总裁Pierre Mars指出。