超级电容应用指南

• 如果过度充电、反向充电、焚烧或加热温度长时间高于 150 °C，超级电容可能会漏气或破裂。
• 请勿挤压、拆毁、穿钉或拆卸。
• 滥用超级电容可能会导致外壳温度过高（燃烧危险）。
• 当超级电容串联并充电时，高电压可能比较危险。

超级电容储能设备采用静电原理，无化学反应，无运动部件。它们可以避免与化学品储存（例如电池）相关的寿命问题，或与飞轮相关的机械问题。它们无毒，专为多年免维护运行而设计。

超级电容用作直流放电的储能。该模块不得用于交流充电或放电。放电可能是恒定电流或恒定功率。关于放电示例，请参见图 1a 和 1b。恒定电流放电时，电压呈直线下降。

由于超级电容的等效串联电阻 (ESR) 较低，因此运行期间产生的热量非常少。但是，因为超级电容可以处理非常高的电流，如果放电和再充电比较频繁（占空比 > 1.5%），高于连续电流，则热量可能会显著上升。

确定应用的电容和 ESR 要求时，必须同时考虑电阻式和电容式放电组件。在高电流应用或短期充电/放电中，电阻式组件至关重要。在低电流应用中，电容式放电组件通常至关重要。I 电流放电 t 秒期间电压降 Vdrop 的公式为：

    Vdrop = I x (R + t/C)。

要更大限度地减少脉冲应用中的电压下降，请使用具有较低 ESR（R 值）的超级电容。要更大限度地减少低电流应用中的电压下降，请使用具有大电容（C 值）的超级电容。请访问 https://tools.eatonelectronics.com/，了解超级电容计算器，预测电气要求并将这些要求与各种超级电容配置/替代方案相匹配。

超级电容可以使用各种方法（包括恒定电流、恒定功率、恒定电压）充电，也可以与能源（即，电池、燃料电池、直流转换器等）并联充电。如果超级电容与电池并联配置，则增加低值串联电阻器将降低超级电容的充电电流，并延长电池的使用寿命。如果使用串联电阻器，请确保超级电容的电压输出直接连接到应用，而不是通过电阻器连接，否则超级电容的低阻抗将失效。当接触高电流放电脉冲时，许多电池系统的寿命会缩短。以下是超级电容的最大建议充电电流 I 的计算方法，其中 Vw 为充电电压，R 为超级电容阻抗：

    I = Vw 5R

连续过流或过压充电可能会导致超级电容过热。过热可导致 ESR 增加、气体生成、寿命缩短、泄漏、排气或破裂。如果您计划使用更高的充电电流，请联系工厂。请勿超过超级电容的最大工作电流。

伊顿超级电容采用对称电极设计，这意味着它们在构成上相似。当超级电容首次组装时，任一电极可被指定为正极或负极。在 100% QA 测试运行期间，超级电容首次充电后，电极就会极化。每个超级电容都有表示极性的负条纹或符号。虽然电极可短路至零伏，但电极保持非常少量的电量。不建议使用反向极性，但之前充电的超级电容已放电至 -2.5 V，在电容或 ESR 方面没有可测量的差异。注意：它们在一个方向上保持充电的时间越长，它们就会变得更加极化。如果在一个方向长时间充电后反向充电，超级电容的寿命将缩短。

超级电容的额定电压为标称推荐工作电压或应用电压。所提供的设定值是为了在其最大额定温度下实现长寿命。如果应用电压超过此推荐电压，则会缩短寿命。如果电压长时间过高，则超级电容内部会产生气体，可能导致安全通风口泄漏或破裂。超级电容通常可容忍短期过压。

温度与电压都会影响超级电容的寿命。通常，环境温度升高 10 °C 会将超级电容的寿命缩短一半（但确切影响因产品系列而异）。因此，建议在尽可能低的温度下使用超级电容，减少内部损坏和 ESR 升高。如果无法做到这一点，则降低超级电容的应用电压有助于抵消高温的负面影响。例如，如果每个超级电容的应用电压降到 1.8 V，则环境温度会达到 +85 °C。如果温度低于正常室温，应用电压可以略高于建议工作电压，而不会显著增加损坏以及缩短寿命。低温时提高应用电压可用于抵消低温时观察到的 ESR 增加。温度较高时 ESR 增加源于超级电容内电解质分解导致的永久退化。但是，低温时，ESR 增加只是电解质粘度增加和离子运动较慢导致的临时现象。图 1 显示了在给定温度下连续运行时，电容在 1.8 V 和 2.5 V 时下降 30% 以及在 2.5 V 时下降 50% 所需的时间。这可用于估计已知最小允许电容值的特定应用的工作寿命。

伊顿超级电容器的使用寿命长于辅助电池，但其使用寿命并非无限。超级电容器的基本报废失效模式是等效串联电阻 (ESR) 增加和电容降低。使用寿命取决于电压和温度。实际报废标准取决于应用要求。长时间暴露于高温、高应用电压和过电流将导致 ESR 增加和电容降低。降低这些参数将延长超级电容器的使用寿命。通常，圆柱形超级电容器在构造上与电解电容器类似，在橡胶塞密封的铝罐里装有液体电解质。多年之后，与电解电容器类似，超级电容器会变干，导致 ESR 增加，最终报废。

具体来说，报废是指电容达到指定条件（电容通常为初始电容的 20% 至 30%，具体取决于产品系列）或 ESR 达到指定条件（通常为额定 ESR 的 100% 至 400%）。以下模型用于估计使用寿命。

插入使用寿命公式

 

其中

    常数 b、g 是实验中发现的常数

    K = 波兹曼常数

    T = 卡式温标温度

从这个方程式可以看出，使用寿命取决于充电电压和温度。电压和温度越低，寿命就越长。

自放电和泄漏电流基本上属于相同的根本原因，但以不同的方式进行参数测量。由于超级电容器结构，从阳极到阴极存在高阻抗内部电流路径。为保持电容器上的电量，需要少量额外电流，这在充电期间称为泄漏电流。当充电电压移除且电容器未加载时，此额外电流将导致超级电容器放电，称为自放电电流。自放电通常根据电压损耗或电压损耗 % 进行测量。为实际测量泄漏或自放电，超级电容器应充电 72 小时或以上，这也是由于电容器构造。超级电容器可以建模为多个并联电容器，每个电容器都有不断增加的串联电阻值。串联电阻值较低的电容器可以快速充电，从而将终端电压增加到与充电电压相同的水平。但是，如果充电电压移除，这些电容器未完全充电，则它们将放电到具有较高串联电阻的并联电容器。其结果是终端电压下降，给人以高自放电电流的印象。应该注意的是，电容值越高，设备充满电的时间就越长，请参见 Measurement Techniques 应用说明，了解更多详情。

单个超级电容器的额定电压高达 3.0 V（更高电压产品包含多个电池）。因为许多应用需要更高的电压，所以超级电容器可以串联配置以增加工作电压。重要的一点是，确保单个超级电容器的单独电压不超过其最大建议工作电压，因为这可能导致电解质分解、气体生成、ESR 增加和寿命缩短。因为充放电期间存在电容差异，并且稳定状态时泄漏电流存在差异，所以可能会发生电容过电压。充电期间，串联电容器充当电压分隔器，因此较低电容的设备将收到更大的电压应力。例如，如果两个 10 F 电容器串联，一个在标称电容的 +20% 处，另一个在 -20% 处。电容器两端的最差电压通过以下方程式计算得出：

    Vcap1 = Vsupply x (Ccap1 / (Ccap1 + Ccap2)

其中 Ccap1 的电容为 +20%。

    对于 Vsupply = 5 V，

    Vcap1 = 5 V x (1.2 / (1.2 + 0.8) = 3.0 V

    Vcap2 = 2.0 V

从这一点可以看出，为避免超过 3 V 的超级电容器浪涌额定电压，串联部件的电容值必须降到 +/-20% 的公差范围。或者，可以使用合适的电压平衡电路来抵消电压不平衡。应该注意的是，电压平衡的最适当方法取决于特定应用。

被动电压平衡使用与每个超级电容器（或每个并联电池组）并行的电压分配电阻器。这允许较高电压水平的超级电容器周围的电流流动到较低电压水平的超级电容器，从而平衡电压。重要的是选择平衡电阻器值，其提供比超级电容器的预期泄漏电流更高的电流，同时铭记泄漏电流将随温度升高而增加。被动电压平衡仅推荐用于不定期为超级电容器充电和放电，并且能够承受平衡电阻器的额外负载电流的应用。建议选择平衡电阻器，提供的额外电流至少是最坏超级电容器泄露电流的 50 倍（3.3 k 欧姆至 22 k 欧姆，取决于最大工作温度）。虽然较高值的平衡电阻器在大多数情况下都适用，但是它们在严重不匹配的部件串联时不太可能提供足够的保护。

当串联超级电容器快速放电时，低电容值部件的电压可能会变负。如前所述，这不可取，并且可降低超级电容器的使用寿命。防止反向电压的一种简单方法是在电容器上添加二极管并进行配置，使其通常是反向偏离。通过使用适当额定的齐纳二极管代替标准二极管，超级电容器也可以防止过压事件。务必谨慎确保二极管能够承受电源的可用峰值电流。

请参阅产品数据表，了解适用的焊接工艺指南。过热可能导致超级电容器的电气特性退化、电解质泄漏或内部压力升高。请遵循以下详细信息中列出的具体说明。此外：

• 请勿将超级电容器浸入熔化焊料。

• 只可熔断超级电容器的引线。

• 确保超级电容器的套筒与 PC 板或任何其他组件之间没有直接接触。焊接温度过高可能导致套管收缩或破裂。

• 避免在超级电容器下方使用暴露的电路板，防止电气短路。

手动焊接

请勿使用焊棒接触超级电容器的外部套管，否则套管会熔化或破裂。焊棒尖端的建议温度低于 260 °C（最高：350 °C），焊接持续时间应少于 5 秒。尽量减少焊铁与超级电容器接线端子直接接触的时间，因为引线过热可能导致更高的等效串联电阻 (ESR)。

波峰焊接

对于 0.8 mm 或更厚的 PC 板，最大预热时间为 60 秒。预热温度应限制在 100°C 以下。请参见表 1，仅了解有关波峰焊接引线的信息。

回流焊接

请勿使用红外或对流炉加热方法对超级电容器进行回流焊接。

虽然伊顿超级电容器的电阻比其他超级电容器低，但要比铝电解电容器高，并且暴露于纹波电流时更容易产生内部热量。发热会导致电解质分解、气体生成、ESR 增加和寿命缩短。为确保使用寿命长，建议的最大纹波电流不应使超级电容器的表面温度增加 3 °C 以上。

避免清洁电路板，但如果必须清洁电路板，请在标准电路板清洁液中静态浸渍或超声波浸渍 5 分钟以下，最高温度为 60 °C。然后，彻底冲洗并晾干电路板。通常，超级电容器与铝电解电容器的处理方式相同。

请勿在下列任何环境中存储超级电容器：

• 高温和/或高湿度
• 直接接触水、盐水、油或其他化学品
• 直接接触腐蚀性材料、酸、碱或有毒气体
• 直接暴露于阳光下
• 粉尘环境
• 受过度冲击和/或振动影响的环境

如果发现超级电容器过热或闻到甜味，请立即断开超级电容器的所有电源或负载。将超级电容器冷却，然后合理处置。面部或双手不要触摸过热的超级电容器。如果超级电容器泄漏或漏气，请联系工厂获取材料安全数据表。如果接触电解质：

• 皮肤接触：用肥皂和清水彻底清洗接触区域。
• 眼睛接触：用请水冲洗眼睛 15 分钟并就医。
• 摄入：喝牛奶/水并催吐；就医。

注意：通常，采用 NFPA/HMIS（0 至 4）评级系统的电解质具有轻微 (1/4) 的健康和火灾危险，并且具有最小 (0/4) 反应性危险。

伊顿超级电容器根据 OSHA 危险通信标准 (29 CFR 1910.1200) 被评为无危险。

运输需要遵守《联合国危险货物运输法规》。超级电容器根据法规 3499 分类。特殊规定 361 适用于伊顿所有超级电容器，因为它们在总储能方面小于 10 Wh。许多部件号低于 0.3 Wh，因此没有任何限制。注意：额定值根据基础电池（独立电池、电池组或电池模块）的储能情况而定。

导入分类：HS 代码：8532290040

ECCN：3A991.j.2