中心議題：

• 高溫環(huán)境對(duì)超級(jí)電容器壽命的影響
• 施加電壓對(duì)超級(jí)電容器壽命的影響
• 均壓電路的均壓特性對(duì)超級(jí)電容器壽命的影響

超級(jí)電容器的高能量密度、長(zhǎng)壽命（常溫下10年，高于蓄電池）、極長(zhǎng)的充放電循環(huán)壽命（50~100萬(wàn)次，遠(yuǎn)高于蓄電池）、高能量密等優(yōu)異性能而得到越來(lái)越多地應(yīng)用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)明顯低于datasheet給出的數(shù)據(jù)。特別是超級(jí)電容器串聯(lián)后組成電容器模塊后，會(huì)由于超級(jí)電容器各單體在應(yīng)用后會(huì)出現(xiàn)參數(shù)發(fā)散的現(xiàn)象。從而加速了電容量落后的單體電容量的衰減，最終造成超級(jí)電容器模塊的壽命縮短。因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要清楚影響超級(jí)電容器的各種因素，并采取措施來(lái)避免不利于超級(jí)電容器壽命的因素出現(xiàn)。

影響超級(jí)電容器的因素主要有：高溫環(huán)境；施加電壓、均壓電路的俊雅特性等。本文提出了高溫對(duì)超級(jí)電容器壽命的影響超出預(yù)想的原因并分析了不同的封裝形式在高溫條件下的實(shí)際壽命以及壽命減半的溫度差；給出了實(shí)際電壓與壽命的相對(duì)關(guān)系；分析了不同形式的單體電壓均衡的效果。

1.高溫環(huán)境對(duì)超級(jí)電容器壽命的影響

首先看常溫壽命，超級(jí)電容器制造商在超級(jí)電容器的datasheet中均標(biāo)出室溫下為10年。如果按電解電容器的溫度與壽命關(guān)系“10度法則”就會(huì)推算出在最高工作溫度（65Ω）下的壽命為5475小時(shí)，或7.6月和228天。

然而在實(shí)際應(yīng)用中，超級(jí)電容器的高溫壽命遠(yuǎn)比推算的結(jié)果短得多。因此需要分析其原因。通過(guò)仔細(xì)對(duì)datasheet分析，會(huì)在其中游的超級(jí)電容器制造商給出了高溫壽命，而且不同的超級(jí)電容器制造商在其datasheet中給出的高溫壽命是不同的。如某超級(jí)電容器制造商給出的超級(jí)電容器高溫壽命為1500小時(shí)，而有的超級(jí)電容器制造商則給出1000小時(shí)的高溫壽命。

高溫壽命不同的原因是制造水平和封裝形式有關(guān)，圖1為不同超級(jí)電容器制造商的封裝形式。

圖中左1、左2是普通電解電容器的封裝形式，成本相對(duì)低，但是這種封裝方式的高溫壽命大約為1000小時(shí)（圖1中左1超級(jí)電容器制造商的datasheet中給出的是1000小時(shí)），采用圖1的左3封裝形式則給出的高溫壽命為1500小時(shí)。

如果常溫下均為10年，則普通電解電容器封裝形式的常溫/高溫壽命比值為87.6倍，對(duì)應(yīng)的壽命減半的溫度差ΔT為：

公式（1）表明采用普通電解電容器封裝形式的超級(jí)電容器的壽命減半的溫度差大約為6.2℃。這樣，對(duì)應(yīng)在環(huán)境溫度為50℃時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度差為15℃，為6.18℃的2.43倍，即多出來(lái)2的1.43倍，對(duì)應(yīng)的實(shí)際壽命約為：

即2694小時(shí)。而不是按10℃法則得到的11000小時(shí)左右。
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圖1左3的封裝形式的常溫/高溫壽命比值為58.4倍，對(duì)應(yīng)的壽命減半的溫度差ΔT為：

公式（3）表明采用圖1左3封裝形式的超級(jí)電容器的壽命減半的溫度差大約為5.87℃。這樣，對(duì)應(yīng)在環(huán)境溫度為50℃時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度差為15℃，為5.87℃的2.56倍，即多出來(lái)2的1.56倍，對(duì)應(yīng)的實(shí)際壽命約為：

即4433.8小時(shí)。很顯然，公式（4）得結(jié)果是公式（2）的1.64倍。這樣，在環(huán)境溫度為50℃的條件下，普通電解電容器封裝形式的價(jià)格是圖1左3封裝形式價(jià)格的61%才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)。在選擇超級(jí)電容器品牌與規(guī)格時(shí)需要考慮超級(jí)電容器的高溫壽命。

2.施加電壓對(duì)超級(jí)電容器壽命的影響

與鋁電解電容器不同，超級(jí)電容器施加電壓的壽命要比不施加電壓的壽命短。在額定電壓以下，超級(jí)電容器施加的電壓與超級(jí)電容器壽命的關(guān)系如圖2。

很顯然，施加電壓低于額定電壓會(huì)使得超級(jí)電容器的壽命延長(zhǎng)，而施加電壓高于額定電壓，則超級(jí)電容器的壽命將縮短，甚至壽命縮短的速度會(huì)更快。

3.均壓電路的均壓特性對(duì)超級(jí)電容器壽命的影響

由于超級(jí)電容器的額定電壓很低，因此在實(shí)際應(yīng)用中超級(jí)電容器必須采用多只甚至數(shù)十只、上百只超級(jí)電容器串聯(lián)構(gòu)成超級(jí)電容器組。所帶來(lái)的問(wèn)題就是由于各個(gè)單體超級(jí)電容器的電容量、漏電流的差異會(huì)使得超級(jí)電容器組中的各個(gè)單體超級(jí)電容器的實(shí)際端電壓產(chǎn)生差異。隨著使用時(shí)間的推移這種差異會(huì)進(jìn)一步增大。因此超級(jí)電容器串聯(lián)應(yīng)用必須采取均衡各個(gè)單體電壓的措施。

最簡(jiǎn)單的電壓均衡措施是在每個(gè)超級(jí)電容器兩端并接電阻，如圖3。

這種均壓盡管簡(jiǎn)單，但是均壓效果不好，同時(shí)還有比較大的損耗，如并聯(lián)100Ω電阻在端電壓為2.5V時(shí)就會(huì)產(chǎn)生25mA的電流0.0625W的損耗。接下來(lái)的問(wèn)題是，這個(gè)25mA的均壓電流即使采用1A的充電電流，其分壓效果也是微乎其微，原因是均壓電阻上的均衡電流是各個(gè)均衡電阻的電壓差，如果電壓差僅僅為0.2V這個(gè)均衡電流也僅僅為2mA，為充電電流的1/500。因此這種均壓方式常常會(huì)因?yàn)榛旧蠜](méi)有均壓效果而使得超級(jí)電容器充電過(guò)程的電容量落后的單體超級(jí)電容器過(guò)電壓，這個(gè)超級(jí)電容器會(huì)由于過(guò)電壓使得壽命將短于其他單體超級(jí)電容器，這就是采用電阻電壓均衡方式的超級(jí)電容器組的使用壽命短于單體超級(jí)電容器壽命的原因。
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針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，需要采用有源電壓均衡電路。電路如圖4。

這種電壓均衡電路等效為穩(wěn)壓二極管，只不過(guò)這個(gè)并聯(lián)穩(wěn)壓電路的溫度穩(wěn)定性非常好，電流也很高，可以達(dá)到5A均衡電流，是圖4的2000倍！

圖4電路的缺點(diǎn)是只能在限幅值以上動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)均壓動(dòng)作，限幅值以下為靜態(tài)電流，均壓過(guò)程媒體現(xiàn)在整個(gè)充電過(guò)程，均壓效果受到影響。

更有效的電壓均衡則是動(dòng)態(tài)電壓均衡方式。如圖5。

這種均壓動(dòng)作可以在單體超級(jí)電容器端電壓為1.2V時(shí)開(kāi)始，這樣在1.2V到2.5V或2.7V的充電過(guò)程均可以實(shí)現(xiàn)有效的電壓均衡。

結(jié)論

超級(jí)電容器的壽命首先取決于工作溫度，工作電壓越高超級(jí)電容器的壽命越短，超級(jí)電容器組各個(gè)單體超級(jí)電容器的端電壓不均衡也會(huì)影響超級(jí)電容器的壽命，有效的電壓均衡會(huì)有效的均衡超級(jí)電容器的端電壓。