超級(jí)電容器可以代替電池作為備用電源嗎

從智能電表到機(jī)器再到車輛，超級(jí)電容器在各種應(yīng)用中不斷涌現(xiàn)。他們會(huì)更換電池嗎？也許目前并非在所有應(yīng)用中都適用，但在某些設(shè)計(jì)中，超級(jí)電容器確實(shí)提供了優(yōu)于電池的優(yōu)勢(shì)。

在他最近的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)“使用 MAX38888 簡(jiǎn)化超級(jí)電容器備份應(yīng)用”中，Maxim 核心產(chǎn)品事業(yè)部產(chǎn)品定義總監(jiān) VA Krishnan 概述了超級(jí)電容器，并強(qiáng)調(diào)了它們?cè)谀男┣闆r下更適合使用。

那么，什么是超級(jí)電容器？大容量電容器，超級(jí)電容器彌合了電解電容器和可充電電池之間的差距。沒有電介質(zhì)。正如 Krishnan 解釋的那樣，它的結(jié)構(gòu)是這樣的，即固體電極和液體電解質(zhì)形成帶有隔膜的雙電層，以防止短路。你得到的結(jié)是典型電容器的兩倍。電容作用是由離子的物理運(yùn)動(dòng)形成的。Krishnan 說，與電池不同，沒有化學(xué)反應(yīng)，因此超級(jí)電容器具有出色的充電和放電生命周期。由于電極中的細(xì)孔增加了電極的活性表面積，超級(jí)電容器還具有極高的電容。

Krishnan 然后概述了超級(jí)電容器在備用應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)包括：

由于高電容，比傳統(tǒng)電池更長(zhǎng)的備用時(shí)間

由于出色的充電/放電生命周期，使用壽命可能比電池更長(zhǎng)

比電池更容易運(yùn)輸和處理過程（特別是與鋰離子類型相比）

支持復(fù)雜有線應(yīng)用中的分布式備份

需要考慮的一些缺點(diǎn)包括：

超過 12V 的昂貴備份，因?yàn)槊總€(gè)超級(jí)電容器的最大額定電壓限制為 3V

成本比電池高

低溫下的等效串聯(lián)電阻 （ESR） 比室溫下的 ESR 高 3-4 倍

目前的技術(shù)在高溫操作方面并不普遍（在高溫下壽命會(huì)縮短）

基于所有這些，超級(jí)電容器何時(shí)是備用應(yīng)用比電池更好的選擇？根據(jù) Krishnan 的說法，答案在于您對(duì)以下問題的回答：

如果電源消失》100ms 是否正常？您的電源是否有限，例如 USB？

主系統(tǒng)電壓是否 《12V？

備份時(shí)間是否小于 120 秒？

您的環(huán)境溫度是否 《105°C？

如果您對(duì)以上任何一個(gè)問題的回答是肯定的，那么超級(jí)電容器比傳統(tǒng)電池更值得考慮。隨著時(shí)間的推移，超級(jí)電容器的成本將繼續(xù)下降。使用超級(jí)電容器，“您可以采用復(fù)雜的有線系統(tǒng)并備份您需要備份的節(jié)點(diǎn)，而不是讓巨大的電池備份軌道并在其上運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)，”Krishnan 說。

受益于超級(jí)電容器的應(yīng)用

備份期間的電源要求已發(fā)生變化；隨著系統(tǒng)變得越來越智能，它們需要更多的功能。這增加了所需的電容量。例如，公共汽車或出租車監(jiān)控設(shè)備（如黑匣子）可能需要在備份期間將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 SD 卡上。更復(fù)雜的應(yīng)用，如消防安全執(zhí)行器，可能需要在主電源斷電時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及通信和其他核心功能。

備份期間的負(fù)載電流曲線不是恒定的。當(dāng)所有系統(tǒng)都在運(yùn)行時(shí)，峰值功率的時(shí)期決定了功率傳輸?shù)拇笮?。備用期間提供的總負(fù)載曲線和能量決定了超級(jí)電容器的大小。Krishnan 解釋說，超級(jí)電容器的大小和備用頻率決定了充電電路的大小。

在他的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上，Krishnan 強(qiáng)調(diào)了超級(jí)電容器有價(jià)值的一些應(yīng)用。便攜式條形碼掃描儀就是一個(gè)很好的例子。通常，這些掃描儀由鋰離子電池供電，并且大部分時(shí)間都在充電座中。Krishnan 指出，這里并不真正需要電池，因?yàn)槌?jí)電容器可以提供必要的電力。“這樣做的最大好處是您的運(yùn)輸和處理成本顯著下降。電池。。.。。.可能是一個(gè)額外的系統(tǒng)成本。超級(jí)電容器更寬容 - 你不需要涓流充電等等，”他說。

為簡(jiǎn)化超級(jí)電容器備用應(yīng)用的開發(fā)，MAX38888等可逆降壓/升壓穩(wěn)壓器可以提供幫助。MAX38888 支持 0.8V 至 4.5V 電容電壓范圍。更換電池時(shí)無需斷電，備用電源可在降壓和升壓模式下運(yùn)行。圖 2 顯示了沒有和使用 MAX38888 的公共汽車/出租車監(jiān)控應(yīng)用。如您所見，使用 MAX38888 消除了一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)線性充電器。

現(xiàn)有的巴士/出租車監(jiān)控應(yīng)用程序

使用 MAX38888 的公交車/出租車監(jiān)控應(yīng)用

圖 1. 由于 MAX38888 具有 2% 的調(diào)節(jié)精度，并且是一個(gè)雙向系統(tǒng)，當(dāng)使用 MAX38888 可逆降壓/升壓穩(wěn)壓器重新架構(gòu)時(shí)，該總線/出租車監(jiān)控系統(tǒng)不需要降壓轉(zhuǎn)換器和線性充電。

“Maxim 解決方案為備份應(yīng)用提供了最簡(jiǎn)單、最優(yōu)化的解決方案，”Krishnan 說。

審核編輯：郭婷