超级电容（EDLC）技术指南连载（四）：村田超级电容的电气特性

由 judy 提交于周四, 4 五月 2017 - 13:36

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100mA（I=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。V1、V2 分别是额定电压的80%、40%的值。

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。

<h3>5.3. 恒定电流放电</h3>

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。
<img alt="图23 超级电容的恒定电流放电" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="13972f5d-f2e2-490c-86e0-2a1188fa85b1" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE23%20%20%E8%B6%85%E7%BA%A7%E7%94%B5%E5%AE%B9%E7%9A%84%E6%81%92%E5%AE%9A%E7%94%B5%E6%B5%81%E6%94%BE%E7%94%B5.JPG" />
<img alt="图24 恒定电流放电（品名： DMT334R2S474M3DTA0 、4.2V的放电 @25°C）" data-entity-type="file" data-entity-uuid="1da4e305-126b-45c8-83ee-ae271f16a0e5" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE24%20%20%E6%81%92%E5%AE%9A%E7%94%B5%E6%B5%81%E6%94%BE%E7%94%B5%EF%BC%88%E5%93%81%E5%90%8D%EF%BC%9A%20DMT334R2S474M3DTA0%20%E3%80%814.2V%E7%9A%84%E6%94%BE%E7%94%B5%20%4025%C2%B0C%EF%BC%89.JPG" />

<h3><a>5.4. 恒定输出放电</a></h3>

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。

<h3><a>5.5. 容量、</a>ESR、厚度的温度依存性</h3>

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。

<h3><a>5.6. 充电电流和漏电流</a></h3>

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。