超级电容器的寿命分析
中心议题：
超级电容器的高能量密度、长寿命（常温下10年，高于蓄电池）、极长的充放电循环寿命（50~100万次，远高于蓄电池）、高能量密等优异性能而得到越来越多地应用。然而，在实际应用中可能会出现明显低于datasheet给出的数据。特别是超级电容器串联后组成电容器模块后，会由于超级电容器各单体在应用后会出现参数发散的现象。从而加速了电容量落后的单体电容量的衰减，最终造成超级电容器模块的寿命缩短。因此在实际应用时需要清楚影响超级电容器的各种因素，并采取措施来避免不利于超级电容器寿命的因素出现。
影响超级电容器的因素主要有：高温环境；施加电压、均压电路的俊雅特性等。本文提出了高温对超级电容器寿命的影响超出预想的原因并分析了不同的封装形式在高温条件下的实际寿命以及寿命减半的温度差；给出了实际电压与寿命的相对关系；分析了不同形式的单体电压均衡的效果。
1.高温环境对超级电容器寿命的影响
首先看常温寿命，超级电容器制造商在超级电容器的datasheet中均标出室温下为10年。如果按电解电容器的温度与寿命关系“10度法则”就会推算出在最高工作温度（65Ω）下的寿命为5475小时，或7.6月和228天。
然而在实际应用中，超级电容器的高温寿命远比推算的结果短得多。因此需要分析其原因。通过仔细对datasheet分析，会在其中游的超级电容器制造商给出了高温寿命，而且不同的超级电容器制造商在其datasheet中给出的高温寿命是不同的。如某超级电容器制造商给出的超级电容器高温寿命为1500小时，而有的超级电容器制造商则给出1000小时的高温寿命。
高温寿命不同的原因是制造水平和封装形式有关，图1为不同超级电容器制造商的封装形式。
图中左1、左2是普通电解电容器的封装形式，成本相对低，但是这种封装方式的高温寿命大约为1000小时（图1中左1超级电容器制造商的datasheet中给出的是1000小时），采用图1的左3封装形式则给出的高温寿命为1500小时。
如果常温下均为10年，则普通电解电容器封装形式的常温/高温寿命比值为87.6倍，对应的寿命减半的温度差ΔT为：
公式（1）表明采用普通电解电容器封装形式的超级电容器的寿命减半的温度差大约为6.2℃。这样，对应在环境温度为50℃时对应的温度差为15℃，为6.18℃的2.43倍，即多出来2的1.43倍，对应的实际寿命约为：
即2694小时。而不是按10℃法则得到的11000小时左右。
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图1左3的封装形式的常温/高温寿命比值为58.4倍，对应的寿命减半的温度差ΔT为：
公式（3）表明采用图1左3封装形式的超级电容器的寿命减半的温度差大约为5.87℃。这样，对应在环境温度为50℃时对应的温度差为15℃，为5.87℃的2.56倍，即多出来2的1.56倍，对应的实际寿命约为：
即4433.8小时。很显然，公式（4）得结果是公式（2）的1.64倍。这样，在环境温度为50℃的条件下，普通电解电容器封装形式的价格是图1左3封装形式价格的61%才能达到经济平衡点。在选择超级电容器品牌与规格时需要考虑超级电容器的高温寿命。
2.施加电压对超级电容器寿命的影响
与铝电解电容器不同，超级电容器施加电压的寿命要比不施加电压的寿命短。在额定电压以下，超级电容器施加的电压与超级电容器寿命的关系如图2。
很显然，施加电压低于额定电压会使得超级电容器的寿命延长，而施加电压高于额定电压，则超级电容器的寿命将缩短，甚至寿命缩短的速度会更快。
3.均压电路的均压特性对超级电容器寿命的影响
由于超级电容器的额定电压很低，因此在实际应用中超级电容器必须采用多只甚至数十只、上百只超级电容器串联构成超级电容器组。所带来的问题就是由于各个单体超级电容器的电容量、漏电流的差异会使得超级电容器组中的各个单体超级电容器的实际端电压产生差异。随着使用时间的推移这种差异会进一步增大。因此超级电容器串联应用必须采取均衡各个单体电压的措施。
最简单的电压均衡措施是在每个超级电容器两端并接电阻，如图3。
这种均压尽管简单，但是均压效果不好，同时还有比较大的损耗，如并联100Ω电阻在端电压为2.5V时就会产生25mA的电流0.0625W的损耗。接下来的问题是，这个25mA的均压电流即使采用1A的充电电流，其分压效果也是微乎其微，原因是均压电阻上的均衡电流是各个均衡电阻的电压差，如果电压差仅仅为0.2V这个均衡电流也仅仅为2mA，为充电电流的1/500。因此这种均压方式常常会因为基本上没有均压效果而使得超级电容器充电过程的电容量落后的单体超级电容器过电压，这个超级电容器会由于过电压使得寿命将短于其他单体超级电容器，这就是采用电阻电压均衡方式的超级电容器组的使用寿命短于单体超级电容器寿命的原因。
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针对这个问题，需要采用有源电压均衡电路。电路如图4。
这种电压均衡电路等效为稳压二极管，只不过这个并联稳压电路的温度稳定性非常好，电流也很高，可以达到5A均衡电流，是图4的2000倍！
图4电路的缺点是只能在限幅值以上动作，实现均压动作，限幅值以下为静态电流，均压过程媒体现在整个充电过程，均压效果受到影响。
更有效的电压均衡则是动态电压均衡方式。如图5。
这种均压动作可以在单体超级电容器端电压为1.2V时开始，这样在1.2V到2.5V或2.7V的充电过程均可以实现有效的电压均衡。
结论
超级电容器的寿命首先取决于工作温度，工作电压越高超级电容器的寿命越短，超级电容器组各个单体超级电容器的端电压不均衡也会影响超级电容器的寿命，有效的电压均衡会有效的均衡超级电容器的端电压。
