超级电容@@(EDLC)技术@@指南连载@@(四@@):村田超级电容@@的电气特性@@

5.1. 公称容量@@@@

村田的超级电容@@中有@@220Mf~1,000mF范围的公称容量@@@@产品@@。将这些容量@@定义为在@@@@100mA的恒定电流@@放电@@间的电压下降速度@@(图@@21)。首先@@,超级电容@@达到@@额定电压之前@@,以@@500mA进行充电@@,持续@@30分钟@@。然后以@@@@100mAI=0.1A)进行放电@@。

村田的超级电容@@容量@@使用@@以@@下公式@@,用@@V1到@@V2 的时@@间计算得出@@。V1V2 分别是额定电压的@@80%40%的值@@。

图@@21  容量@@的测量@@@@

5.2. ESR

如第@@4节所示@@@@,村田的超级电容@@的等价串联阻抗@@(ESR)的范围是@@40mΩ~300mΩ。使用@@阻抗计用@@@@1kHZ的交流法测量@@ESR(图@@22)。测量电流为@@10mArms,不施加偏置电压进行测量@@。

图@@22  ESR的测量@@

5.3. 恒定电流@@放电@@

超级电容@@通过一定的电流放电时@@@@,随着时@@间的流逝电压几乎呈直线下降趋势@@(图@@23)。

因为超级电容@@内部阻抗@@(ESR),放电开始后@@,可以@@看到@@初始电压下降@@(∆V ≈ I*ESR)。放电电流越大初始电压下降越大@@@@。此外@@,在@@ESR高的超级电容@@中@@,初始电压下降变大@@。

初始电压下降后@@,随着时@@间的流逝超级电容@@的电压也下降@@。下降的速度由电流值和@@静电容量@@值决定@@(∆V/∆t ≈ I/C)。电流值越高或@@者容量@@值越低@@,电压下降会更快@@。但是@@,∆V/∆t ≈ I/C是理想的关系@@(参照图@@@@8的左图@@@@@@)。非常高的电流和@@非常低的电流放电时@@@@,下降速度无法用@@这个关系式表达@@。原因是多个超级电容@@并联连接的@@C构成的等价电路构造@@(参照图@@@@8的右图@@@@@@)。

图@@24和@@图@@@@25所示@@是恒定电流@@放电@@实际的超级电容@@的动态图@@@@。超级电容@@可进行高达@@10A的放电@@。

图@@23  超级电容@@的恒定电流@@放电@@@@

图@@24  恒定电流@@放电@@(品名@@: DMT334R2S474M3DTA0 、4.2V的放电@@ @25°C)

图@@25  恒定电流@@(品名@@:DMF3Z5R5H474M3DTA0 、5.5 V的放电@@ @25°C)

5.4. 恒定输出放电@@

超级电容@@以@@固定输出放电时@@@@,随着时@@间的流逝电压降低@@(图@@26)。由于超级电容@@的低内部阻抗@@(ESR),放电开始后@@即可以@@发现初始电压下降@@(∆V ≈ P*ESR/Vc)。放电输出越大@@,初始电压下降越大@@。此外@@,ESR高的超级电容@@中@@,初始电压下降也变大@@。初始电压下降后@@,随着时@@间的流逝超级电容@@的电压也降低@@。电压降低的速度由放电输出@@、静电容量@@值以@@及每个时@@刻的电压级决定@@dv/dt = P/CVn)。放电输出越高或@@者容量@@值越低@@,电压降低越快@@。此外@@,时@@间和@@电压级下降@@,所以@@伴随着时@@间流逝电压下降速度增快@@(图@@26)。但是@@dv/dt = P/CVn 是理想的关系@@(参照图@@@@8左图@@@@)。以@@非常大的输出和@@非常小的输出放电时@@@@,电压降低速度不能用@@这个关系式表示@@。 原因是超级电容@@是由多个并联连接的@@@@C构成的复杂等价电路构造@@。(参照图@@@@8右图@@@@)

恒定输出放电@@时@@超级电容@@的实际状态如图@@@@27、图@@28所示@@。在@@30W以@@上的状态下@@可以@@放电@@。

图@@26 超级电容@@的恒定输出放电@@@@

图@@27  恒定输出放电@@(品名@@:DMT334R2S474M3DTA0 、4.2 V的放电@@ @25°C)

图@@28  恒定输出放电@@(品名@@:DMF3Z5R5H474M3DTA0 、5.5 V的放电@@ @25°C)

5.5. 容量@@、ESR、厚度的温度依存性@@@@

村田的超级电容@@的容量@@@@、ESR、厚度与温度的依存性@@(图@@29、图@@30)。

DMT334R2S474M3DTA0时@@,容量@@值在@@低温状态下@@减少@@,低于@@-40°C的状态下@@比@@25°C时@@减少@@70%。这与@@DMT系列在@@低温状态下@@内部阻抗特别高@@,在@@电极表面的深孔离子很难放电有关系@@(图@@8)。也就是说低温状态下@@不能进行@@100%负荷放电@@。ESR也会随着温度变化而变化@@。随着温度升高降低@@,随着温度降低增加@@。低于@@85℃的状态下@@是@@@@25℃时@@候值的@@一半@@,另一方面@@@@低于@@@@-40°C状态下@@是@@25℃时@@候值的@@9倍@@。这是由于电解液的粘性阻抗的温度依存性@@@@。另一方面@@@@,无论是低温状态下@@还是高温状态下@@厚度几乎没有发生变化@@。ESR则会随着温度降低而增加@@,-40°C状态下@@的值@@是@@25°C时@@候的@@2.5倍@@。这也是由于电解液的粘性阻抗的温度特性@@。高温下厚度增加@@,70℃状态下@@,与室内温度下相比@@,增加了@@0.25mm,虽然很少但确有增加@@。

图@@29 DMT334R2S474M3DTA0的温度依存性@@

图@@30  DMF3Z5R5H474M3DTA0的温度依存性@@

5.6. 充电电流和@@漏电流@@

超级电容@@显示充电时@@电流的特性工作状态@@。电容和@@超级电容@@充电时@@理想的工作状态如图@@@@31和@@图@@@@32所示@@。

理想的电容时@@@@,随着时@@间的流逝充电电流急速下降@@,短时@@间内充电完成@@。充电完成后@@,存在@@漏电流@@。

一方面@@,超级电容@@如@@1.3所示@@,活性炭电极表面有各种大的孔@@,是复杂的等价电路@@(图@@8,图@@32)。多个并联连接的@@C和@@串联连接的@@R对充电电流有影响@@。一般电极表面浅的孔上有小的@@C和@@R,所以@@在@@非常短的时@@间内大电流流入@@。另一方面@@@@,电极表面深的孔上有大的@@C和@@R,所以@@微弱的电流要花费很长时@@间才能流入@@。因此@@,超级电容@@完全充电要花费很长时@@间@@,通过微弱电流慢慢充电@@。

大多用@@途中@@,无需考虑这种微弱的充电电流@@@@,像能量收集这种低输出的充电用@@途上使用@@超级电容@@时@@@@,则需要考虑@@。

村田超级电容@@的实际充电电流状态如图@@@@33和@@图@@@@34所示@@。在@@数百个小时@@内都能看到@@微弱的电流@@。实际的漏电流是@@1 uA

图@@31  理想电容的充电电流@@@@

图@@32  超级电容@@的充电电流@@@@

图@@33 DMT334R2S474M3DTA0的充电电流@@(4.2 V 25°C, n=10)

图@@34  DMF3Z5R5H474M3DTA0の的充电电流@@(5.5 V 25°C, n=10)