超级电容器可以代替电池作为备用电源吗

作者：Christine Young

从智能电表到机器再到车辆，超级电容器在各种应用中不断涌现。他们会更换电池吗？也许目前并非在所有应用中都适用，但在某些设计中，超级电容器确实提供了优于电池的优势。

在他最近的网络研讨会“使用 MAX38888 简化超级电容器备份应用”中，Maxim 核心产品事业部产品定义总监 VA Krishnan 概述了超级电容器，并强调了它们在哪些情况下更适合使用。

那么，什么是超级电容器？大容量电容器，超级电容器弥合了电解电容器和可充电电池之间的差距。没有电介质。正如 Krishnan 解释的那样，它的结构是这样的，即固体电极和液体电解质形成带有隔膜的双电层，以防止短路。你得到的结是典型电容器的两倍。电容作用是由离子的物理运动形成的。Krishnan 说，与电池不同，没有化学反应，因此超级电容器具有出色的充电和放电生命周期。由于电极中的细孔增加了电极的活性表面积，超级电容器还具有极高的电容。

Krishnan 然后概述了超级电容器在备用应用中的优缺点。优点包括：

• 由于高电容，比传统电池更长的备用时间
• 由于出色的充电/放电生命周期，使用寿命可能比电池更长
• 比电池更容易运输和处理过程（特别是与锂离子类型相比）
• 支持复杂有线应用中的分布式备份

需要考虑的一些缺点包括：

• 超过 12V 的昂贵备份，因为每个超级电容器的最大额定电压限制为 3V
• 成本比电池高
• 低温下的等效串联电阻 （ESR） 比室温下的 ESR 高 3-4 倍
• 目前的技术在高温操作方面并不普遍（在高温下寿命会缩短）

基于所有这些，超级电容器何时是备用应用比电池更好的选择？根据 Krishnan 的说法，答案在于您对以下问题的回答：

如果电源消失》100ms 是否正常？您的电源是否有限，例如 USB？
主系统电压是否 《12V？
备份时间是否小于 120 秒？
您的环境温度是否 《105°C？

如果您对以上任何一个问题的回答是肯定的，那么超级电容器比传统电池更值得考虑。随着时间的推移，超级电容器的成本将继续下降。使用超级电容器，“您可以采用复杂的有线系统并备份您需要备份的节点，而不是让巨大的电池备份轨道并在其上运行整个系统，”Krishnan 说。

受益于超级电容器的应用

备份期间的电源要求已发生变化；随着系统变得越来越智能，它们需要更多的功能。这增加了所需的电容量。例如，公共汽车或出租车监控设备（如黑匣子）可能需要在备份期间将数据存储在 SD 卡上。更复杂的应用，如消防安全执行器，可能需要在主电源断电时进行数据存储以及通信和其他核心功能。

备份期间的负载电流曲线不是恒定的。当所有系统都在运行时，峰值功率的时期决定了功率传输的大小。备用期间提供的总负载曲线和能量决定了超级电容器的大小。Krishnan 解释说，超级电容器的大小和备用频率决定了充电电路的大小。

在他的网络研讨会上，Krishnan 强调了超级电容器有价值的一些应用。便携式条形码扫描仪就是一个很好的例子。通常，这些扫描仪由锂离子电池供电，并且大部分时间都在充电座中。Krishnan 指出，这里并不真正需要电池，因为超级电容器可以提供必要的电力。“这样做的最大好处是您的运输和处理成本显着下降。电池。。.。。.可能是一个额外的系统成本。超级电容器更宽容 - 你不需要涓流充电等等，”他说。

为简化超级电容器备用应用的开发，MAX38888等可逆降压/升压稳压器可以提供帮助。MAX38888 支持 0.8V 至 4.5V 电容电压范围。更换电池时无需断电，备用电源可在降压和升压模式下运行。图 2 显示了没有和使用 MAX38888 的公共汽车/出租车监控应用。如您所见，使用 MAX38888 消除了一个降压转换器和一个线性充电器。

现有的巴士/出租车监控应用程序

使用 MAX38888 的公交车/出租车监控应用

图 1. 由于 MAX38888 具有 2% 的调节精度，并且是一个双向系统，当使用 MAX38888 可逆降压/升压稳压器重新架构时，该总线/出租车监控系统不需要降压转换器和线性充电。

“Maxim 解决方案为备份应用提供了最简单、最优化的解决方案，”Krishnan 说。