能量收集系统的超级电容器的选择

电源

`低功耗微控制器已经大大提高能量收集系统的寿命。巧妙的结构和使用的低功耗模式，让微画毫微安电流同时保存寄存器和配置数据。这使得设计师在使用更小和更少的稠密的能量存储解决方案，这在过去是不可行的。

然而，能源储存，这是环境能量收集系统的一个关键角色，仍然是在大多数情况下，电源缓冲储存足够的能量来提供动力爆发需要数据的采集和传输在需求高峰的需要，特别是如果数据将通过无线网络传输。这些能量存储设备一般采取的是电池或形式超级电容器（超级电容）。

超级电容器，其中桥梁常规电容器和蓄电池之间的差距，提供适合的能量收集环境中的性能特点。超级电容器的电容值可以提供高达10000倍，传统的电解电容器。此外，在过去的超级电容器能提供关于化学电池的能量存储密度的百分之10，新的超级化学和结构产生更高密度的能源，可以充电比较快。

本文着眼于该选项提供给工程师的能量收集解决方案的设计，特别要注意绝缘和密封设计，必须承受极端环境，不像可充电电池技术，不能被取代。

所有的部件、数据表、教程、参考设计和开发工具可参考这里Digi-Key的网站。

要点

超级电容器的核心元件，采用极化电极电解液导电介质。这是不同于电解电容器使用的电解液作为阴极端子。

超级电容器可以卷绕或堆叠像其他电容器或桩（图1左右）。每个电极、电解质、电极夹在本质上是一个双电层电容器（电容器）。像任何电容或电池容量的电极和电解液的表面积成正比，以及板与板之间的间距。将更多的表面积增大电流和放在增加串联电压。

许了一个很长的寿命和性能–很少或没有退化，即使在数千次充放电循环–是推动这一技术的主要因素。超级电容器有机聚合物和电解质满足很多环境问题由于毒素一样，那些被发现在锂离子电池的减少或完全消除。作为一个结果，整个系统可以密封和加固承受极端环境。没有访问面板或更换电池持有人需要。

然而，有些设备就需要大量的电力，这里的电池技术可能是唯一的选择。显示器的背光立即浮现在脑海中，但无线和射频收发器也可以吸引大量的突发型电流，根据需求对系统的发现和数据模式。一个可以把音频应用到这个组合以及。

对于某些应用，结合的方法可能是最好的。当放置在一个可充电电池，超级电容器保护电池快速充电和放电，并允许在电池更多的能源使用。结果是，较少的电池是必要的，提高寿命和安全性，并减少了维护。事实上，如果一个可靠的能量收集解决方案协调，电池可能不会强调在所有的密封设计可以活到额定电池的保质期。

当超级电容器作为预充电储能器，把它作为一个坦克，可以填补你的能量采集器可以提供最快的速度（图2）。充电控制器可以提供一个精确的量的电荷能量与终端的特点，优化给定类型的电池能量转移。

图2：切换充电控制器让能量收集系统捕获所有可用的能量迅速向该损失最小，而从充电超级电容能量传送到充电控制器。注意：充电控制器功能发生着微若有比较器可以唤醒微当达到阈值。

相反，当高输出电流的快速爆发是需要的，例如当一个Wi-Fi发射器启动，能量可以来自一个预充电超级电容（图3）。较低的内部电阻可以提供高脉冲窄的电流比电池更有效，它可能没有足够低的内部电阻是有用的。
Loads that require high current bursts

图3：负载需要高电流脉冲可以使用该开关在低RDS（上）场效应管。注意在充电电流限制以防止限电，可如果你试图收取该太快与低能量源如弱电池发生。

一些样品

对于应用在少量的电荷存储所需要的空间是一个问题，一个低容量、低成本的超级喜欢松下的 ec-rg0v105v推荐。本文根据基于焊脚部分类似于双电层电容器组合纽扣电池和持有人而工作在高达3.6 V，3.3 V的低能量的理想微设计（图4）。

图4：类似硬币电池超级电容器电池持有人可以老地方现代低功耗设计。这里的优势是他们可以密封涂层由于他们不需要更换。

类似的20Ω部分来自康奈尔DUBILIER其edlrg105h3r6c。这种类型的双电层电容器提供埃及德尔塔轻轨高电容值在一个通孔，叠硬币式包装。主要用于集成电路电压的备份，这些部分也可以被用来提供初始动力电池。他们的优势是，可以密封涂层由于他们不需要更换。

这些超级电容器可以做的非常好，当与一个可靠和有效的能量收集技术如无线充电。在大多数情况下，电源将提供电力的无线充电器回路，使电路（接近）活着。超级电容器的作用就像一个整流滤波，提供充电输出但可以接管一段时间，当交流不可用。

也为5 V系统的5-F伊顿 phv-5r4h505-r值得一看。类似于晶体（图5），这部分是公司的电容设备PHV家族成员，具有非常低的等效串联电阻（ESR 70米Ω）使理想的短期爆发电流供应。

图5：平行板和基于椭圆伤口类似晶体的老式的超级电容器，可以很容易地在现代制造处理过程。

在较低的电压，更高的电容值，更容易获得。因此低电压设计1.8和2.2 V系统可以利用如零件麦斯威尔技术2.7伏，50 Fbcap0050 p270 T01，这也只有20米的ΩESR。麦斯威尔提供了一个在公司的HC系列部分产品培训模块，可在Digi-Key网站找到的。

其他厂商的竞争是这个空间以及。例如，伊顿2.7 V 100 Fhv1860-2r7107-r更像一个小圆柱电池与硬币电池。这部分采用超12米ΩESR。

更高的电压

超级电容器我们已经讨论了到目前为止所有目标嵌入式系统处理器和逻辑电压。然而，还有另一个重要领域，超级电容器可以发光，是在更高的电压。一个很好的例子是165 F 48 V的麦斯威尔技术bmod0165 p048 B01“超级电容器”。包装同样高端电池，这些几乎即时充电，非常低的ESR（6.3米Ω）模块采取直接针对电信、汽车、UPS、及工业应用，否则将使用电池（图6）。75 V 94版本的F，bmod0094 p075 B02，也可。麦斯威尔提供产品培训模块，其48 V和75 V超级电容器（后者经常用于风力发电机组变桨距系统）Digi-Key的网站。

图6：48和75伏麦斯威尔技术超级电容包装像–、工业、电信–电池采取直接的目标，和其他应用程序。

NICHICON提供的双电层电容器系列evercap（EDLC）结合铝电解电容器和电池的特性提供速度和灵活性。这些太阳能发电和风力发电的应用是合适的。让我们考虑，例如，4000 F电容器jjd0e408mseg。额定电压为2.5 V，这可以用螺丝端子径向风格超级保持很低的2.2米ΩESR具有非常高的浪涌电流。它包括NICHICON中国的说法系列精选的Digi-Key网站。

下一步是什么？

展望未来，技术正在开发，使超级电容器能量密度很高，所以我们应该期望看到的低成本、高容量的部分在较小的尺寸成为可能。石墨电极是最有前途的方法来提高能量和功率密度–理论上锂离子电池的水平和超越。事实上，石墨烯在超级电容器和电池达到非常高的能量密度的使用已被描述为一个“转化”技术。

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