在遠(yuǎn)距離感測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和通過(guò)能量采集供電的應(yīng)用中，超級(jí)電容器被用來(lái)替代可充電電池；有時(shí)候超級(jí)電容器可以與電池結(jié)合使用，以克服電化學(xué)儲(chǔ)能元件的一些弱點(diǎn)。iyqesmc

事實(shí)上，超級(jí)電容器并不是天生就優(yōu)于其他電池，它和可充電電池(無(wú)論化學(xué)性質(zhì)如何)各有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。采用哪種元件更適合是根據(jù)應(yīng)用的需要來(lái)決定，在某些應(yīng)用中可能兩者都需要。iyqesmc

相比只選擇一個(gè)甚或兩個(gè)元件作為兩個(gè)分立元件的方法，還有一種有趣的替代方案，稱(chēng)為混合超級(jí)電容器。這種儲(chǔ)能元件并不是簡(jiǎn)單地將一個(gè)可充電電池和一個(gè)超級(jí)電容器封裝在一起，相反地，它采用了一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其中的單個(gè)元件既是一個(gè)超級(jí)電容器又是一個(gè)鋰離子電池，如圖1所示。iyqesmc

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圖 1：從混合超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)的頂層視圖來(lái)看，它并不是一個(gè)超級(jí)電容器和一個(gè)電池共用一個(gè)2端子封裝。(來(lái)源：Taiyo Yuden)iyqesmc

混合超級(jí)電容器的供應(yīng)商目前有Taiyo Yuden(該公司稱(chēng)其產(chǎn)品為鋰離子超級(jí)電容器，明確指出了所采用的技術(shù))、Eaton和Maxwell(已被特斯拉收購(gòu))。iyqesmc

表1比較了標(biāo)準(zhǔn)的超級(jí)電容器和鋰離子充電。這類(lèi)表格有很多，但請(qǐng)記住，每個(gè)資料來(lái)源和供應(yīng)商都有各自不同的角度，而且技術(shù)本身也在快速發(fā)展。iyqesmc

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表 1：超級(jí)電容器與鋰離子充電電池特性比較。如果資訊來(lái)源和時(shí)間不同，每種特性的資料也可能不同。(來(lái)源：Maxwell，通過(guò)Battery University提供)iyqesmc

盡管混合超級(jí)電容器優(yōu)勢(shì)明顯，但筆者對(duì)混合元件和結(jié)構(gòu)總是感覺(jué)很復(fù)雜。一方面，將兩種技術(shù)或材料相結(jié)合，往往能克服一些弱點(diǎn)同時(shí)仍保留各自的優(yōu)點(diǎn)。這不僅適用于電子領(lǐng)域，也適用于其他領(lǐng)域，例如用鋼筋加固的混凝土，或用作最新一代飛機(jī)機(jī)身及附加物外層的碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)。iyqesmc

另一方面，這種組合有時(shí)也會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題。例如，與針對(duì)單一用途進(jìn)行最佳化的設(shè)備，多功能測(cè)試設(shè)備的規(guī)格可能會(huì)降低，或者靈活性變小。一個(gè)非電子產(chǎn)品的例子是廣為人知的瑞士刀，每個(gè)單獨(dú)的工具可能都?jí)蚝?，但又絕對(duì)比不上專(zhuān)用工具，但勝在整個(gè)刀片/附件及包裝在尺寸、重量和成本方面都具備優(yōu)勢(shì)。iyqesmc

混合超級(jí)電容器還存在管理的難題。鋰離子充電電池在監(jiān)控充電和放電率、庫(kù)侖(coulomb)計(jì)數(shù)、溫度(這里僅引用幾個(gè)參數(shù))等方面有其特定的要求，而超級(jí)電容器對(duì)類(lèi)似參數(shù)也有自己的特定要求。那么，如何管理混合超級(jí)電容器？管理策略是否會(huì)發(fā)生沖突？也許這兩者夠相似，因而可以采用一種方法來(lái)管理這種2端子混合元件？iyqesmc

此時(shí)我想到了隧道二極管(tunnel diode)：盡管它具有一些非常吸引人的性能特征，但這個(gè)2端子元件沒(méi)有明顯的輸入-輸出-接地連接，實(shí)際用起來(lái)相當(dāng)困難，因此并不受歡迎；PIN二極體也是如此，只需看看它的一些應(yīng)用電路原理圖就知道。 Maxim Integrated Products最近推出的MAX38889是一款 2.5V~5.5V、3A 可逆降壓/升壓穩(wěn)壓器，專(zhuān)門(mén)針對(duì)超級(jí)電容器備份應(yīng)用進(jìn)行了最佳化，這類(lèi)IC是否可以很好地管理兩種元件呢？ (圖2)iyqesmc

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圖 2：MAX38889專(zhuān)用于實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器的管理，電路中可能有電池。(來(lái)源：Maxim Integrated Products)iyqesmc

在碰到難題時(shí)是否需要采用混合超級(jí)電容器解決方案，通常難以權(quán)衡。混合超級(jí)電容器的一個(gè)構(gòu)成部分可以彌補(bǔ)另一個(gè)構(gòu)成部分的一個(gè)或多個(gè)短處，這固然是一個(gè)很明顯的優(yōu)勢(shì)，但在許多情況下也會(huì)導(dǎo)致新的缺點(diǎn)。iyqesmc

所以，采用混合超級(jí)電容器是否有用？答案很簡(jiǎn)單：視情況而定。在某些情況下，因采用混合超級(jí)電容器而產(chǎn)生的缺點(diǎn)在應(yīng)用中是不可接受的；而在另一些情況下，可能好處大于壞處。定量地說(shuō)，就是模型不僅要解決 1 +1 <、= 或 > 2的問(wèn)題，還必須評(píng)估解決方案造成的任何缺口。iyqesmc

除了混合超級(jí)電容器，對(duì)于其他混合(組合或合并)解決方案，你是否有經(jīng)驗(yàn)可以分享？整體好處是否比帶來(lái)的任何不利影響更重要？你如何在混合方案的優(yōu)缺點(diǎn)之間進(jìn)行平衡呢？歡迎與我們分享。iyqesmc

(參考原文：Looking at Hybrid Supercapacitors，by Bill Schweber)iyqesmc

本文同步刊登于《EDN China 》9月號(hào)雜志iyqesmc