在储能产品百花齐放的今天,具有超大功率、超大电流、超宽工作范围、超高安全性、超长寿命等储能特点的超级电容(法拉级电容)单独使用,以及与其他储能产品的复合使用成为主流。对于使用者而言,选择适合的超级电容至关重要。

1.超级电容的特性

让我们从功率特性、储能特性、环境特性和安全特性等方面了解下。

超级电容首先是个电容,电容做到法拉级是前所未有的事情。“超级”二字,即与一般的电容相比,其具有超大电能量存储能力,而同时它还保留了超强的功率特性。这为某些应用——快充快放、快充慢放(长放电时间)、慢充快放提供了机会。

此外,超级电容还具备其他一些独特的储能优势:

环境:超级电容器的工作温度为-40℃~70℃,基本满足大部分环境要求;

安全:针刺、挤压、振动、冲击、燃烧等都不会爆炸;

寿命:充放电可达1百万以上循环,一般应用10年以上不成问题。

2.哪些情景会应用到超级电容器?

如果你需要一个器件,具有大功率特性,还需一定能量驱动用电器,长期免维护,在宽的温度范围内使用,特别是零下三四十度对安全性要求比较严格的场合,是时候选择一款合适的超级电容。

瞬间大功率,如无人机弹射装置;

短时间电流供给,如警用手电筒;

频繁加速(下行)减速(上行)的工况,如制动能量回收装置;

极端严寒天气或电池失效状态下的柴油车辆发动;

风力发电、太阳能光热发电、核能等发电端的备用电源;

各类长寿命、 高可靠、免维护、高功率密度备用电源;

3.选择超级电容器前应该知道的信息

那么什么样的超级电容器能够满足你的需求?超级电容有哪些至关重要的参数呢?以集星科技的超级电容产品体系来进行说明。其主要参数有电压(V)、容量(F)和额定电流(A)。

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超级电容具体应用中的功率要求、放电时间及系统电压变化对器件选择起决定作用。简单来说,两类参数是必须明确: 1)工作电压范围;2)功率输出值或者持续多长时间的电流输出。

4.如何计算所需超级电容器容量

(1)恒电流,即超级电容工况中的电流和持续时间一定的情况下:

C=It/( Vwork -Vmin)

例如:工作起始电压 Vwork=5V;工作截止电压 Vmin=4.2V;工作时间 t=10s;工作电源 I=100mA=0.1A所需电容容量为:

C =0.1*10/(5 -4.2)=1.25F

此种情况选择容量为5.5V1.5F的产品即可。

(2)恒功率,即功率输出值一定的情况下

C*ΔU2/2=PT

例如,200KW功率下持续放电10秒,工作电压范围为450V-750V,所需电容容量:

C=220kw10/(7502-4502)=11F

故电压在750V以上11F容量的电容器(储能系统)能够满足此需求。

如计算后的电容容量不在单体范围内,可将多个超级电容器串并联组成模组,以满足客户具体所需。

多电容器并联计算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn

多电容器串联计算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

5.其他产品选择的建议

(1)高电压系列产品在多数情况下具有优势

多家公司推出的2.85V和3.0V产品,那么高电压产品有哪些优势?

寿命指数(1,000,000循环寿命)不变,相同体积下,比功率和比能量提升。

功率和能量不变的情况下,减少单体数量,降低整体系统重量,实现系统优化设计。

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(2)满足特殊需求

若遇特殊应用需求,单纯的电压值参考意义并不大。例如65℃以上高温,2.5V系列产品不失为一个好选择。需要注意的是,同所有电化学元器件一样,环境温度会极大影响超级电容器的寿命,高温环境下每降低10℃,寿命将增加一倍。

本文未对超级电容的结构和电极材料进行说明,因非量化的参数对超级电容的实际选择意义并不大。需要注意的是,目前尚无万能的储能元器件,多种储能器件复合使用成为最佳选择。同样超级电容利用其他储能器件来发扬自己的优点,扬长避短,也正在成为主流。

(来源:中国电子应用网)

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