超級電容器：備用電源解決方案
需要瞬時備用電源的應用的增多促使對超級電容器的需求增加。超級電容器
（supercapacitor，也稱為 ultracapacitor），是具有比常規電容器存儲更多能量的能力的電
化學電容器。超級電容器可以比電池更快的充電和提供能量。圖 1 比較了常規電容器、超
級電容器、常規電池和燃料電池的功率和能量密度。
圖 圖 1 ：不同能量存儲設備的能量與功率密度
超級電容器的顯著優點是其在老化之前可以循環數千次，而電池則只能循環數百次。此外，
與圖 2 所示的電池相比，超級電容器具有深度放電的能力。然而，由於電解質的分解電壓，
大多數超級電容器的最大額定值為 2.7V-3V。圖 2 比較了超級電容器和電池的充電/放電曲
線。
圖 圖 2 ：超級電容器和電池的充電/ 放電循環
超級電容器的最新發展已經引入可充電至較高電壓（高達 4V）的鋰離子混合電容器，該電
容器自放電較少，因此具有較高的能量密度。這些超級電容器的缺點是不能放電到低於約
2.2V，否則將被損壞。
超級電容器的組成使得它們的自放電率明顯高於電池。超級電容器的工作溫度越高，充電的
電壓越高，老化越快；超級電容器的電容會減小，等效串聯電阻（ESR）增加。這意味著
超級電容器可以為應用提供的能量減少。超級電容器的能量可以用公式 1 表示：
W 是超級電容器提供的能量，C 是超級電容器的電容，V 是超級電容器的電壓。電容器的
ESR 增加了系統的功率損耗。
圖 3 顯示了溫度和電壓對超級電容器老化的影響。溫度僅僅增加 10°可以將超級電容器的壽
命減少一半。此外，通常的做法是將超級電容器充電至低於標稱電壓的電壓，以增加其壽命。
圖 圖 3 ：超級電容器不同溫度下的使用壽命與電容器電壓
由於超級電容器充電的最大電壓在 2.7V 和 3V 之間，因此，對於大多數應用來說有必要串
聯連接幾個超級電容器。因此，必須平衡超級電容器；否則一個單元可能比另一個單元更多
地充電，導致不相等的電容器老化，降低電容器組為應用提供所需能量的能力。
平衡超級電容器採用的方法包括：使用電阻器串的無源平衡，使用開關電阻器，使用齊納二
極管和有源平衡。前三種方法會導致電阻器中的功率損耗，第四種方法是最有效的，但也是
最貴的。
當超級電容器用於備用電源應用時，必須監控其電容和 ESR，以確保能夠提供應用所需的
最低能量。
-----摘自網絡並整理
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