广告

超级电容器:电信和远程信息处理应用的电源管理策略

2020-10-13 13:55:41 儒卓力电容产品销售经理Vanessa Jakob和Sech销售与营销副总裁Jürgen Auer 阅读:
未来的数字世界有望为人们带来更舒适和更安全的生活。不过,自动驾驶、交通标志的自动检测以及许多其他功能都要求不间断的数据连接,因此需要安全稳定的持续电源供应。

如今,电信和远程信息处理中的大多数不间断电源(UPS)应用都是基于电池技术,甚至用于缓冲峰值负载。在此类应用中,由于电池技术具备相对较高的能量密度、成熟度以及被使用多年的熟悉度,因而具有一定的优势。所以,这些应用的架构是专门为配合现有电池技术的特性而设计的。wHTednc

近二十年来,超级电容器已经成功地在众多应用中用作峰值和备用电源解决方案,包括风力涡轮机、移动基站、工业机器人以及其他各种电子设备和工业机器。近年来,由于各种大批量应用的需求不断增长,超级电容器已发展成为能量存储设备,从成本和性能两方面来看,也可用作大型和小型UPS系统的替代品,作为数据中心、医院和高科技制造工厂的备用电源。典型的超级电容器系统规模从几千瓦起步,并且可以通过模块化解决方案轻易扩展到兆瓦级规模的系统。在这些解决方案中,可以链接许多单个超级电容器单元以形成模块甚至系统。wHTednc

在许多应用中,超级电容器已经确立了峰值和备用电源解决方案的地位。(图片:Sech)wHTednc

非常适合峰值电源和短期备用电源应用

所有这些应用(无论所需的功率等级如何)都需要快速供电,以提供所需的峰值功率或者桥接现今大部分非常短暂的停机时间。如果长时间停电,工厂或系统将被设置为安全状态(正常关机)。达到峰值功率和桥接时间通常在几毫秒到20秒之间。超级电容器特别适合这些应用。它们能够在数秒(或几分之一秒)内释放并恢复大部分存储的能量,并且运作无数次而不会受到损坏。在此类应用中,它们的使用寿命长达十年甚至更久。它们也易于操作,无需维护或保养,且非常易于监控。可以使用电压曲线轻松评估和监测超级电容器的健康状态。铅酸电池(目前的主要储能方法)即使在理想条件下的使用寿命亦较短,并且会因为其电化学成分而导致意外故障。与超级电容器相比,它们的监测和健康检查要复杂得多,成本也更高。另外,铅酸电池的制造很难以生态可持续的方式进行。wHTednc

超级电容器则有所不同:它们的特性是基于具有极大电气表面积的活性炭材料。该材料用作电极,而浸渍在电池中的电解质可确保必需的电荷交换。wHTednc

超级电容器设计

根据电荷的状态,电解质的离子以纳米级别的距离堆积在活性炭(碳电极)上。由于电容与表面积直接成正比,而与电荷隙间接成正比,因此超级电容器可以存储的能量是传统电容器的数百倍。充电和放电过程以静电形式发生,而不会像电池那样发生化学反应。所以,超级电容器可以更快地捕获和释放存储的能量,且不会降低性能。这使其非常适合具有高功率输出和能量需求以及多次循环的应用。电池最多可以存储20倍的能量,而超级电容器具有非常快速的充电/放电特性,其功率密度最多可以达到电池的20倍。wHTednc

电池具有高能量可用性——超级电容器则确保高功率输出

如果高能量可用性是前提条件,那么采用任何一种电池技术的电池存储系统都会是首选,尽管它存在一些已知的缺点。然而,电池和超级电容器的组合使用越来越多。值得注意的是,两种存储技术具有不同的电势特性:电池通过氧化还原反应(即法拉第或传质过程)存储和提供能量,因此保持几乎恒定的电势,直到反应物料耗尽。另一方面,超级电容器的电压则随着存储的电荷而变化。wHTednc

电池和超级电容器的完美组合

电池和超级电容器的直接并联组合,可以为电信和远程信息处理中的应用带来很大的益处。例如,如果单个锂电池(~4 V)通过两个串联的超级电容器(~2.5 V)进行并联,那么超级电容器将在传输过程中提供大部分所需的峰值功率,这是由于它的内部电阻非常低。锂离子电池则提供全部的备用电源。这种组合大大缩短了操作时间。类似的示例可以在电信基站的电源中找到。电信基站需要本地能量存储,以防电源线中出现电压骤降和持续几毫秒至几秒钟的中断。wHTednc

有源并联组合需要一个尽可能高效的功率处理器和一个双向DC/DC转换器,该转换器能够轻易地应对输入端的宽电压波动,并且立即进行电源反转而不会失去控制。凭借极低的内部电阻,如今的超级电容器提供了实现高效电源系统(超电容器加DC/DC转换器)要求的高于90%效能的可能性。当然,成本也是不能忽略的。不过,总体成本效益分析显示了组合解决方案的优势。使用寿命测试表明,结合使用超级电容器可以大大延长电池存储系统的使用寿命,并显著提高电源可用性。目前世界各地的许多企业都专注于研究组合解决方案,并且已经开发了必需的电力电子设备。wHTednc

超级电容器以活性炭作为电极材料。wHTednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 计算中常见的RMS和RSS,你真的了解吗? RSS与RMS看起来很相似,但概念截然不同···
  • 苹果将终止自研5G基带芯片,仍要继续依赖高通 据报道,苹果将停止内部 5G 调制解调器的开发,并可能继续依赖高通。根据一份新报告,苹果似乎远未实现其目标,因为它已决定停止开发内部 5G 调制解调器。这些报道现阶段尚未得到证实,但多个消息来源报道了类似的情况。
  • 爱立信推出基于“Intel 4”工艺的处理器,甚至领先于英 爱立信在其新闻稿中指出,与上一代相比,新的 RAN 处理器 6672 和无线电处理器 6372 的容量增加了四倍,效率提高了一倍。他们声称,Intel 4上的新处理器的功耗比行业基准低30%到60%。
  • 首款背接触微米光伏电池问世,阴影效应降低95% 加拿大渥太华大学领导的国际科研团队,研制出了全球首款背接触微米光伏电池,相较于普通的光伏电池,这种背接触电池正面无栅线,正负极全部挪到了电池背面,能让太阳能电池板吸收更多太阳光···
  • 首款国产LPDDR5存储芯片来了!已在小米、传音等品牌机型 长鑫存储面向中高端移动设备市场,正式推出LPDDR5系列产品,成为国内首家推出自主研发生产的LPDDR5产品的品牌,不仅进一步完善长鑫存储DRAM芯片的产品布局,更实现了国内市场零的突破。
  • 5G和天线模块的演变 新的5G用例和功能改变了5G天线模块的格局,使其从智能手机和平板电脑中使用的专用、通常是定制设计和开发的便携式移动设备硬件,转变为集成到传感器平台、自主移动机器人(AMR)、工业控制设备、增强现实/虚拟现实(AR/VR)头戴设备/系统以及汽车平台中的物联网模块···
  • B站UP主买了一颗国产卫星:微波炉大小,在轨360度拍摄宇宙 B站UP主“影视飓风”11月28日发布了最新一期视频《我们买了一颗国产卫星》。该视频播放量已成为全站排行榜榜首。视频中介绍,影视飓风和Insta360公司共同出资定制了这颗微波炉大小的卫星,装了一枚Insta360全景相机,可拍到卫星和地球的大合影。
  • Diodes公司的低功耗1.8V、2.5Gbps、双数据通道ReDrive Diodes推出一款低功耗、高性能且符合MIPI D-PHY 1.2协议的信号ReDriver。
  • 如何正确使用以确保舌簧继电器的可靠性? 当在指定的操作参数范围内使用时,舌簧继电器可以执行数百亿次操作,而性能变化很小或没有变化。例如,每天每小时运行 100 次(24 小时周期),大约需要 1141 年才能达到 10 亿次运行的里程碑。增加操作频率不应引起关注,因为要达到每分钟 100 次操作 19 年后才能达到相同的里程碑,而每秒 100 次操作则需要近 4 个月。
  • 龙芯3A6000问世,国产自研CPU最新里程碑 龙芯3A6000采用的是我国自主设计的指令系统和架构,无需依赖任何国外授权技术,是我国自主研发、自主可控的新一代通用处理器,标志着我国自主研发的CPU在自主可控程度和产品性能方面达到新高度,性能达到国际主流产品水平···
  • 苹果Vision Pro即将量产,华为也将推出麒麟芯竞品? 华为其实很早也开始了在XR领域的布局,华为的AR Engine早在汽车、手机等设备上进行了广泛的应用,截至今年十月,AR Engine的安装量已经达到了21亿次,接入的应用数量超过了4100款···
  • 存储技术新突破,10PB单盘使用寿命超过5000年 这项技术来自于德国初创公司Cerabyte,这家公司利用一种在陶瓷镀膜玻璃的陶瓷物质层上创建微孔的技术,来实现这一目标···
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了