利用超级电容给系统供电真的靠谱吗？

目录

一、背景

二、超级电容的特点

三、如何计算超级电容的充放电时间

基本参数

基本公式

 实际案例

---

一、背景

用纽扣电池做MPOS的电源，但是纽扣电池的供电电流太小才几个mA。MPOS机器工作的时间就十几秒左右。利用超级电容储能，在MPOS机不工作时通过纽扣电池给他充电，在MPOS工作的时间内，由超级电容放电支持。这样就可以避免纽扣电池大电流工作。为了项目需求，研究了下关于超级电容的使用。这里整理汇总下最近的研究成果吧。

二、超级电容的特点

超级电容与电池进行比较：

（1）充电速度快。

（2）循环使用寿命长，充放电大于50万次，是锂离子电池的500倍，是镍氢和镍镉电池的1000倍。深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”。

（3）大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%。

（4）超低串联等效电阻(ESR)，功率密度高，可达300W/KG~5000W/KG，相当于电池的5~10倍，适合大电流放电。

（5）产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源。

（6）充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护。 

（7）超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃。

三、如何计算超级电容的充放电时间

基本参数

C(F)： 超电容的标称容量；

Vwork(V)：正常工作电压；Vmin(V)： 截止工作电压；

t(s)： 在电路中要求持续工作时间；

I(A)： 负载电流；

基本公式

 公式1——保持所需能量=超级电容减少的能量

公式2——保持期间所需能量=1/2It(Vwork+ Vmin)；

公式3——超电容减少能量=1/2C(Vwork2 -Vmin2)，

 公式4——由于1/2/3可得(忽略由IR引起的压降)：C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)

 实际案例

某工业控制系统，利用超级电容作备份供电，系统掉电后采用超级电容保持系统工作，需要支持200mA电流。持续时间需求为5s。MCU的工作电压标准5V，截止工作电压为4.3V，那么超级电容选择？

已知条件：

 工作起始电压 Vwork＝5V，工作截止电压 Vmin＝4.3V，工作时间 t=5s，工作电源 I＝0.2A；

通过公式1/2/3/4可知：

 C=(Vwork+ Vmin)It/( Vwork2 -Vmin2)

 =(5+4.3)*0.2*5/(5 -4.3)

 =2.30F

 因此可选超级电容2.3F，工作电压大于6V。选择工作电压6V是为了冗余设计，当然也可以选择大于5V的即可。