為什么104電容壞(104電容壞了能用什么代替)

前沿拓展：

新能源，是半年來最火的一個話題。在我大A中，但凡跟新能源或新能源車沾上點邊，業績再差的股票都被炒上了天?？儍烖c的，市值那是完全秒殺美帝那些科技巨頭，完全無視多數股票在股災式上漲牛市中的悲慘。

在各種炒作噱頭中，除了充電幾分鐘能續航上千公里這種挑戰人類常識的雷人雷語外，各種有意無意的新能源技術誤導，也屢屢被翻炒。

這里簡單說說超級電容能否替代新能源車動力電池，以及是否能用它來給電動汽車快充，解決電網負荷根本無法支持各種超級快充負荷的問題。

一、超級電容的體積/電容量/耐壓值

現在已經正常商用的超級電容，電容量很大，但耐壓比較低。 例如最常見的2.7V/3000F超級電容，圓柱形，直徑61mm，高138mm，電容量卻高達3000F(法拉F，很大的電容單位，1法拉等于1百萬微法μF)，額定電壓卻只有2.7V。

超級電容，接頭都非常粗大，意味著可以輸出很大的電流

需要更高耐壓，與鋰電池一樣，多只串聯。相同規格串聯的話，串聯后總耐壓等于個數乘以單個耐壓值，但總電容量卻減少為單個電容量除以用個數，例如16V500F，其實是用6只2.7V3000F串聯而成。需要更大容量，再把多個串聯組并聯，這與動力電池組是由很多小電池組成的情況完全一樣。

16V500F超級電容組

二、超級電容儲能量

超級電容的電容量驚人，儲能量W=0.5CUU=0.530002.72.7=10935J(焦耳J)，換算為千瓦時，也就是常見用電量的“度”為：10935J/3600/1000=0.0030375kWh，也就是只能儲存0.0030375度電。

是否很失望？畢竟城市家庭每個月隨便就用掉幾百度電。

而且這還是完全放電到0V時的儲能量。

實際上，電壓下降不到0V可能就不能繼續給電器正常使用供電了，所以實際的可用儲能量更加少，因為儲能量與電壓的平方成正比例。例如500V電容組電壓下降到100V（每只0.54V）就不能繼續使用了，這樣它有效儲能量為(0.530002.72.70.530000.540.54)/3600/1000=0.002916kWh，也就是0.002916度電，利用率還是很高，儲電量只減少了一丁點，原因是它與電壓并不是線性關系。

三、超級電容突出優點與缺點

1.它儲電原理不是電池那種化學轉換。超級電容工作本質是個物理原理，所以充放電次數可以達到50萬次以上！使用壽命很長。

2.放電電流可以非常大。即使短路，絕大多數能量也釋放在負載，基本不會造成電容本身的損壞（也會發熱，不過后果與電池完全不同）。例如2.7V3000F超級電容，最大電流可以達到驚人的1900A，穩定電流也有100A多（見后面的參數表）。但別忘記上面說過它的儲電量非常小，所以大電流放電的話，放電時間非常短，瞬間就沒電了。

3.它的功率密度很高，可達102～104 kW/kg，相當于鋰電池（2KW/Kg）的50倍以上，爆發力驚人，就是上面說的放電電流可以很大；但能量密度很低，單位體積能量密度只有鋰電池的95分之1，放置非常占空間。所以同儲電量的超級電容體積比鋰電池大了太多，這注定它沒可能作為需要長時間高負荷使用的電動汽車的動力電池使用了。

4.它的超低溫性能非常好，能夠在40℃～+65℃之間正常工作。低溫性能差可是目前商用鋰電池的致命缺點：冬天續航里程下降太多。

5.它比較環保，基本無需維護，報廢后不會像鋰電池那樣嚴重污染環境。

6.它的充電電流可以很大，充滿電時間很短。這么說吧，如果對它充電的充電器夠強悍，很大的超級電容組都可以在幾十秒內充滿，不用擔心爆炸和充壞。

7.它不會過放電或過充電損壞，只要不超過它的額定電壓，充到天荒地老也絕沒事，不需要什么恒流恒壓（不過實際上充電設備必須限流限壓，不然開始充電的時候電流極大，與短路類似，會損壞充電設備，而不是損壞電容）；只要它還有電盡管用，不用設置過電流或低電壓保護，有需要的話盡管放電到0V，也不會損壞或有記憶效應。

8.它自放電比較快，沒辦法長時間儲電，很大容量的超級電容充滿電，空置幾十小時不用，電就自放完了，儲電耐久性遠不如鋰電池。

各種超級電容

四、同儲電量的超級電容與鋰電池的體積對比

雖然說超級電容和鋰電池按重量計的能量密度kWh/kg或Wh/kg很重要，它們分別為6Wh/kg和300Wh/kg，后者是前者的50倍；但按體積計的能量密度同樣重要，畢竟要多少空間放置它同樣重要。

2.7V3000F超級電容實際占空間0.061＊0.061＊0.138=0.000513498米3，理論儲能量為0.0030375kWh；21700鋰電池占空間0.021＊0.021＊0.07=0.00003087米3，理論儲能量為0.01728kWh(4.8Ah3.6V/1000)，單位體積儲能量后者是前者的(0.01728/0.00003087)/(0.0030375/0.000513498)=94.63倍！

2.7V3000F超級電容技術參數，功率密度數據與單位都是錯的

五、超級電容是否能用于電動小汽車

它是否能替代電動汽車動力電池，解決續航里程；或給汽車的動力電池快速充電，解決快充時市政電網無法承受快充時負荷峰值的大難題？

答案是：都不行！

例如要獲得電動汽車使用的500V電壓，需要多達185只2.7V的超級電容串聯，串聯后總電容量卻只有C=3000/185=16.2F。

電動車要達到1000公里續航，按已經很理想的150kWh電量計算，需要5萬只電容串并聯一起才行（150/0.0030375）。每只電容大小為直徑61mm，高度138mm，把5萬只超級電容捆綁在一起，外形大小至少為50000＊0.061＊0.061＊0.138＝25.67米3，相當于一個邊長近3米的立方體！實際上會更大。

電容的基本原理，注定了它的單位體積儲能量沒法與電池比。

這個超級電容每只市價大概18元，組成150度電的超級電容組的話，5萬只超級電容成本就要90萬元！

即使支撐小汽車續航100公里，采用超級電容組供電，電容組體積也有0.3立方米，電容就要9萬銀子，死心了吧？

現在問一下，體積、成本、重量等幾座不可能解決的大山壓著，還有人敢打主意用超級電容來給電動小汽車充電，或用來峰谷儲電不？

六、超級電容為何能替代動力電池用于超級電容有軌電車？

超級電容自放電比鋰電池快得多，只適宜很快充滿且馬上使用。例如深圳龍華那個示范性軌道超級電容電車，能搭載300多人，每經停一個車站上下乘客時，同步插入充電塢馬上快速充電，30秒以內（實際測試為15秒）就能充滿電，然后行駛1分鐘左右到達下一個車站再次充滿電，每次行駛時間都很短，才能發揮超級電容的突出優點。

其實計算電動汽車電池組容量，只需要獲得每百公里或每公里需要多少度電即可，不用理會它究竟是300V還是500V的動力電池組，那是廠家的事。因為多少度電就是電壓、電流與時間的乘積，就代表了需要多少個特定容量的小電池，不管這些電池怎么串聯或并聯，都不會影響容量計算結果。

例如一部超級電容有軌電車，每站距離最長1公里，每1公里需要3度電的話（預計要3度電很高了，電動小汽車每1公里只需要0.15度電左右），電容組只需要區區3度電容量。這樣只需要2.7V3000F超級電容1000多個而已！體積只有1000＊0.061＊0.061＊0.138＝0.51米3，比想象中小巧得多了吧？

軌道超級電容電車

不過，如果是3度電的鋰電池組，還真驅動不了長電車以可以接受的70公里時速走1公里。因為鋰電池功率密度不夠（只有2KW/Kg，3度電要173只21700鋰電池，每只電池73克，合計輸出功率才25.26kW），無法達到那么大的輸出功率，只能以很低的速度，以更長的時間走完1公里。超級電容組卻可以，就是因為它巨大的功率密度（50倍，超過1250kW），能夠以很大的電流，也就是很大的功率放電，以可以接受的70公里時速走完1公里。

當然，考慮到超級電容充電和放電時，也照樣會發熱，實際配置時，會使用更多一些超級電容，留有一定的余量。如下圖國外的超級電容電車使用的超級電容組情況，也印證了驅動那么大那么重的電車，超級電容組只需要區區1300個超級電容，合計2.3度電的儲電量，卻能輸出1000kW的功率，而同樣2.3度電的鋰電池組卻絕無可能輸出那么大的功率（與上面的計算結果基本一致）。

國外超級電容電車數據

但3度電的鋰電池和3度電的超級電容組，兩者做的功卻是基本一樣的，也就是放電時消耗的電量(度數)基本一樣，經歷的時間不同而已，這就是功率與儲電量的區別的最生動說明。

另外，一條這樣的超級電容有軌電車線路，沒幾部車同時在運行，同時充電的話，加上電車設計有剎車能量回收裝置，超級電容吸收儲存回收能量能力遠比鋰電池強悍，電網完全能夠支持快充峰值負荷。

但如果線路多了，車輛多了，充電峰值負荷太大的話，電網還是無法支持，電網年發電量充足也沒用。這兩者是不同的需求，加上車站設置條件嚴苛，與公交站完全不同，也注定超級電容電車無法全面推廣，只能局部示范使用。

深圳超級電容電車

綜上所述，數量巨大且要續航遠得多的電動小汽車，不能指望用超級電容來替代電池組，或用超級電容來解決電網無法支持很多電動汽車同時進行快充的負荷峰值問題。它們與頻繁停車充電的有軌超級電容電車情況完全不一樣，兩者儲電量需求差別太大了。

七、網上的知識，有時候錯得離譜

本人寫本文時，網上查詢了很多資料，前后花了幾天時間，發現網上很多資料錯誤百出，不知道誤導了多少人。

例如電工之家這篇關于2.7V3000F超級電容技術參數的文章，通篇文章計算錯得這樣離譜，實在有些雷人。

其中最后的結論，這樣一個小小超級電容，理論上電量居然能夠支撐特斯拉電動車以300kW功率1000A電流工作8.1秒鐘，能走225米！實在反智。實際上，真以300kW功率放電的話，理論上它只能放電T=0.0030375/3003600=0.036秒。

該文章還說實際上它不能支持1000A放電，去看看一些廠家產品技術參數表，它最大放電電流高達1900A，以1000A放電理論上并沒有問題。電壓瞬間就下來的原因，不是電流超過超級電容的極限參數，而是電放完了。

網絡永遠爭論不休，除了個人思維和知識掌握差異外，大量的錯誤信息充斥，也是很重要的原因，畢竟國人有疑問多數去百度，無法谷歌，百度出來的錯誤信息太多。

錯誤百出的網上著名文章

再次補充說明，充電8分鐘續航1000公里的電動汽車，幾十年都無法商用，扯上超級電容也沒用。

姐妹篇1：汽車充電8分鐘行駛1000公里有多難，為何說這話是騙子無疑？

2：怎樣用快沒電的蓄電池，快速啟動汽車？超級電容的魔力應用

拓展知識：