电容器电压与能量的关系:关于单位
F(法拉)、Ah(安培小时)、Wh(瓦特小时)等常被用作表示电容器特性的单位,但可能很多会会混淆这些内容。本次,我们将解释这些单位的含义和它们之间的关系。
什么是 F(法拉)?
如果你接触过电容,你肯定会看到 F 和 μF 等标示。
这是静电电容,它是表示电容器中可以存储多少电荷的量。即使同样是蓄电设备,很多人可能会感到困惑,它用的是一个在电池行业看不到的单位。其实电容和电池的本质区别就在这里。
正如“什么是电容器?”中所述,电容器和电池之间的区别在于电力的存储方式。与电池是通过化学反应蓄电不同,电容器通过静电力在电极表面蓄电,因此电压(V)与蓄电量(Q)(Q)成正比线性变化。
此处C称为电容,对应于图示的电量与电压的关系的斜率。
F、Ah 和 Wh 之间的关系
横轴上的电量(Q)是电容器中存储的电荷量,以Ah等单位表示。 1A电流一小时能储存或消耗的电量为1Ah。
在电池的世界里,即使消耗电力,电压也是恒定的,所以可以储存的能量是用电压乘以电量来表示的。这个能量的单位是V·Ah=Wh。
由于电容的电压是线性变化的,所以用这段时间的平均电压(V1+V2)/2来计算能量。也就是说,能量为 (V1 + V2) x Q / 2。
通过比较这个公式和图表,你注意到了吗?能量的大小不过是电压和电量所包围的梯形面积。
当看到电容器的F、Ah、Wh等单位时,如果能够在脑海中想象这个梯形。它将会成为你了解电容器的强大工具。容量和电容之间的区别,我们会经常混淆。知道能量与电压的平方相关将有助于我们理解电容。
锂离子电容器的能量
锂离子电容器 (LIC) 利用一般双电层电容器 (EDLC) 的原理,使用可储存锂离子的碳基材料作为负极,通过添加锂离子来提高能量密度。
让我们使用前面解释的图表比较该锂离子电容器和双电层电容器的能量。
假设两种尺寸相同,并且正极使用相同的活性炭的电容器,与负极使用活性炭的双电层电容器不同,锂离子电容器的负极容量大得多,因此与相同尺寸的双电层电容器相比,单节电容量约为3倍。
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电容为C的EDLC(工作电压:0至2.5V) 的电量Q=CV即2.5C,因此能量为(V1 + V2)x Q / 2 = 2.5 x 2.5C / 2 = 3.1C。
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另一方面,容量为3C的锂离子电容器(工作电压:2.2~3.8V)的电量Q为3C×(3.8-2.2)=4.8C,能量为(3.8 + 2.2) x 4.8C / 2. = 14.4C。
由此可见锂离子电容器与相同尺寸的双电层电容器(EDLC)相比,具有14.4 / 3.1 = 4.6倍的能量。
概括
怎么样?
这一次,我们介绍了与电容器相关的单元。
我们正在开发和制造今天推出的锂离子电容器。如果您有兴趣,请参考。
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