超級(jí)電容器的高能量密度、長(zhǎng)壽命(常溫下10年,高于蓄電池)、極長(zhǎng)的充放電循環(huán)壽命(50~100萬次,遠(yuǎn)高于蓄電池)、高能量密等優(yōu)異性能而得到越來越多地應(yīng)用。然而,在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)明顯低于datasheet給出的數(shù)據(jù)。特別是超級(jí)電容器串聯(lián)后組成電容器模塊后,會(huì)由于超級(jí)電容器各單體在應(yīng)用后會(huì)出現(xiàn)參數(shù)發(fā)散的現(xiàn)象。從而加速了電容量落后的單體電容量的衰減,最終造成超級(jí)電容器模塊的壽命縮短。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要清楚影響超級(jí)電容器的各種因素,并采取措施來避免不利于超級(jí)電容器壽命的因素出現(xiàn)。
影響超級(jí)電容器的因素主要有:高溫環(huán)境;施加電壓、均壓電路的俊雅特性等。
1.高溫環(huán)境對(duì)超級(jí)電容器壽命的影響
首先看常溫壽命,超級(jí)電容器制造商在超級(jí)電容器的datasheet中均標(biāo)出室溫下為10年。如果按電解電容器的溫度與壽命關(guān)系“10度法則”就會(huì)推算出在最高工作溫度(65Ω)下的壽命為5475小時(shí),或7.6月和228天。
然而在實(shí)際應(yīng)用中,超級(jí)電容器的高溫壽命遠(yuǎn)比推算的結(jié)果短得多。因此需要分析其原因。通過仔細(xì)對(duì)datasheet分析,會(huì)在其中游的超級(jí)電容器制造商給出了高溫壽命,而且不同的超級(jí)電容器制造商在其datasheet中給出的高溫壽命是不同的。如某超級(jí)電容器制造商給出的超級(jí)電容器高溫壽命為1500小時(shí),而有的超級(jí)電容器制造商則給出1000小時(shí)的高溫壽命。
高溫壽命不同的原因是制造水平和封裝形式有關(guān),圖1為不同超級(jí)電容器制造商的封裝形式。
圖中左1、左2是普通電解電容器的封裝形式,成本相對(duì)低,但是這種封裝方式的高溫壽命大約為1000小時(shí)(圖1中左1超級(jí)電容器制造商的datasheet中給出的是1000小時(shí)),采用圖1的左3封裝形式則給出的高溫壽命為1500小時(shí)。
如果常溫下均為10年,則普通電解電容器封裝形式的常溫/高溫壽命比值為87.6倍,對(duì)應(yīng)的壽命減半的溫度差ΔT為:
公式(1)表明采用普通電解電容器封裝形式的超級(jí)電容器的壽命減半的溫度差大約為6.2℃。這樣,對(duì)應(yīng)在環(huán)境溫度為50℃時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度差為15℃,為6.18℃的2.43倍,即多出來2的1.43倍,對(duì)應(yīng)的實(shí)際壽命約為:
即2694小時(shí)。而不是按10℃法則得到的11000小時(shí)左右。
圖1左3的封裝形式的常溫/高溫壽命比值為58.4倍,對(duì)應(yīng)的壽命減半的溫度差ΔT為:
公式(3)表明采用圖1左3封裝形式的超級(jí)電容器的壽命減半的溫度差大約為5.87℃。這樣,對(duì)應(yīng)在環(huán)境溫度為50℃時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度差為15℃,為5.87℃的2.56倍,即多出來2的1.56倍,對(duì)應(yīng)的實(shí)際壽命約為:
即4433.8小時(shí)。很顯然,公式(4)得結(jié)果是公式(2)的1.64倍。這樣,在環(huán)境溫度為50℃的條件下,普通電解電容器封裝形式的價(jià)格是圖1左3封裝形式價(jià)格的61%才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)。在選擇超級(jí)電容器品牌與規(guī)格時(shí)需要考慮超級(jí)電容器的高溫壽命。
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