超级电容工作时间计算
超级电容(法拉电容/EDLC)具有超大电容量,广泛应用于备用电源和能量回收系统。其工作时间取决于放电模式。
一、超级电容储能公式
$E = \dfrac{1}{2}CV^2$文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/chaojidianronggongzuoshijianzaixianyijianjisuangongjujisuanqi.html
$C$ 为电容量(F),$V$ 为充电电压(V),$E$ 为储存能量(J)。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/chaojidianronggongzuoshijianzaixianyijianjisuangongjujisuanqi.html
二、恒流放电时间
$t = \dfrac{C \cdot (V_1 - V_2)}{I}$文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/chaojidianronggongzuoshijianzaixianyijianjisuangongjujisuanqi.html
$V_1$ 为初始电压,$V_2$ 为截止电压(最低工作电压),$I$ 为恒定放电电流。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/chaojidianronggongzuoshijianzaixianyijianjisuangongjujisuanqi.html
三、恒阻放电
$V(t) = V_0 \cdot e^{-\frac{t}{RC}}$文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/chaojidianronggongzuoshijianzaixianyijianjisuangongjujisuanqi.html
放电至 $V_2$ 所需时间:$t = RC \cdot \ln\dfrac{V_0}{V_2}$文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/chaojidianronggongzuoshijianzaixianyijianjisuangongjujisuanqi.html
四、计算示例
超级电容 $C=100\text{F}$,充电至 $5\text{V}$,以恒流 $I=0.1\text{A}$ 放电至 $3\text{V}$:文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/chaojidianronggongzuoshijianzaixianyijianjisuangongjujisuanqi.html
$t = \dfrac{100 \times (5-3)}{0.1} = \dfrac{200}{0.1} = 2000\text{s} \approx 33\text{分钟}$文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/chaojidianronggongzuoshijianzaixianyijianjisuangongjujisuanqi.html
五、与电池对比
| 特性 | 超级电容 | 锂电池 |
|---|---|---|
| 能量密度 | 低(5-10 Wh/kg) | 高(150-250 Wh/kg) |
| 功率密度 | 极高 | 中等 |
| 循环寿命 | 50万-100万次 | 500-2000次 |