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來源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard 如果你從事過使用可充電電池或雙電層超級電容器 (EDLC) 的分布式電源解決方案方面的工作，就會了解這種這類電源的局限性。使用電池時，必須與環境性能、系統尺寸和安全進行權衡，而且會增大成本并降低性能、尺寸和安全性。采用 EDLC 可以解決其中的一些問題，但這種器件只是缺乏許多應用所需的能量容量。 為了消除這些限制，你可以轉向鋰離子電容器 (LIC)，也就是所謂的混合超級電容器。可能你還不熟悉這種器件，LIC 是融合兩種不同技術的非對稱設備；其陰極像超級電容器，而陽極類似鋰離子電池（圖 1）。LLC 的非對稱結構使其非常適用于電源質量應用，讓這些應用在高能量密度、高功率密度、環境堅固性和耐久性方面獲益。 
圖 1：LIC 在非對稱結構中融合了兩種不同的技術；陽極類似鋰離子電池，陰極類似超級電容器。（圖片源： Eaton） LIC 可作為備用電源，在用電高峰期防止電壓驟降的影響。在化工廠和半導體制造等工業系統中，即使是電源出現短暫中斷也會導致代價高昂的停工。停電和斷電會干擾數據中心的高速緩存、RAID 系統和存儲服務器的運行。 讓我們分別考慮一下來自 Eaton、Taiyo Yuden 和 Tecate Group 的、適合用于邊緣電源質量保護應用的三個例子，最后簡要介紹使用 LIC 時的一些設計注意事項。 LIC 的額定工作溫度低至 -25°C 許多 LIC 的工作溫度范圍為 -15 至 +70°C，但如果你的應用需要在更冷的環境中工作，可以選擇 Eaton 提供的 HSL1016-3R8306-R。這是一款 30 F LIC，其指定工作溫度低至 -25°C（圖 2）。這種 LIC 在 20°C 環境溫度下的充電周期超過 25 萬次，免維護使用壽命長達 20 年。這款電容器的能量密度是標準超級電容器的八倍。
圖 2：HSL1016-3R8306-R 是一款 30 F LIC，其工作溫度低至 -25°C，在 20°C 環境下的額定充電周期超過 25萬次。（圖片源： Eaton） 高溫運行 LIC Taiyo Yuden 的 LIC1840RH3R8107 100 F LIC 滿足炎熱的工業和戶外環境的需求，其額定工作溫度高達 85°C，等效串聯電阻 (ESR) 為 75 mΩ（圖 3）。這種 LIC 在 85℃ 時的工作電壓范圍為 2.2 至 3.8 V，在 105℃ 時的電壓范圍為 2.5 至 3.5 V，因此適合高溫應用。這類 LIC 的特點是，高溫下使用時電容降額較小，內阻變化得到了改善。
圖 3：LIC1840RH3R8107 是一款高溫 LIC，可在高達 85℃ 的溫度下處理 3.8 V 電壓。（圖片源：Taiyo Yuden） 450 F 用于高能量應用 如果你正在設計一個能從高能量密度受益的應用，Tecate Group 的 450 F TPLC-3R8/450MR18X40 可能就是你所需要的電容器，因為該器件是其 18 個 LIC 家族中最大的（圖 4）。該器件的額定電流為 2.25 A，峰值為 14.1 A，直徑 18 mm，高 40 mm，重 18 g。TPLC-3R8/450MR18X40 在額定電壓和最高工作溫度下運行時，預計壽命為 50 萬次，耐用等級為 1000 小時。
圖 4：450 F TPLC-3R8/450MR18X40（后排中間）是 Tecate Group TPLC 系列中容量最大的 LIC。（圖片來源：Tecate Group） 用 LIC 進行設計 像其他超級電容器一樣，LIC 的電壓會根據其充電狀態發生線性變化。在需要通過單電池獲得穩定工作電壓的應用中，需要升壓轉換器。使用多個串聯 LIC 的設計通常可以利用降壓轉換器，以獲得穩定的電壓。 與其他可以放電至零伏的超級電容器不同，LIC 的最低放電電壓通常被限制在 2.2 V，以防造成損壞。這項功能需要通過電池管理系統 (CMS) 進行可靠的操作。CMS 在大約 2.2 V 時停止對 LIC 放電，并在包含多個串聯電池的設計中保持電池電壓的平衡。標準 EDLC 通常在 30 s 左右完成放電，而 LIC 放電則在幾分鐘內就能完成；這是邊緣電源質量解決方案與眾不同的地方。 LIC 的使用壽命與應用電壓和工作溫度直接相關。較高的溫度和工作電壓會減少 LIC 的壽命。能夠最大限度延長使用壽命的主要參數是更低的工作電壓，這可以通過電池串聯實現。 總結 在為惡劣環境設計分布式電源質量解決方案時，LIC 是一個絕好的第三選擇。這類器件的混合結構將鋰離子電池和 EDLC 的各個性能整合在一個器件中。這類電容器具有較長的充放電壽命和較高的能量密度，而且放電時間延長到幾分鐘而不是幾秒鐘，這在邊緣電源質量解決方案中是獨樹一幟的特性。LIC 可以帶來更小、更堅固、更安全的解決方案。當然，需要良好的系統設計實踐才能最大限度地發揮其作用。 |
