在儲能產品百花齊放的今天,具有超大功率、超大電流、超寬工作范圍、超高安全性、超長壽命等儲能特點的超級電容(法拉級電容)單獨使用,以及與其他儲能產品的復合使用成為主流。關于使用者而言,選擇適合的超級電容至關緊要。
1.超級電容的特性
讓我們從功率特性、儲能特性、環境特性和安全特性等方面知道下。
超級電容首先是個電容,電容做到法拉級是前所未有的事情。“超級”二字,即與一般的電容相比,其具有超大電能量存儲能力,而同時它還保留了超強的功率特性。這為某些使用——快充快放、快充慢放(長放電時間)、慢充快放供應了機會。
此外,超級電容還具備其他一些神奇的儲能優點:
——環境:超級電容器的工作溫度為-40℃~70℃,基本滿足大部分環境要求;
——安全:針刺、擠壓、振動、沖擊、燃燒等都不會爆炸;
——壽命:充放電可達1百萬以上循環,一般使用10年以上不成問題。
2.什么情景會使用到超級電容器?
倘若你要一個器件,具有大功率特性,還需一定能量驅動用電器,長期免維護,在寬的溫度范圍內使用,特別是零下三四十度對安全性要求比較嚴格的場合,是時候選擇一款適宜的超級電容。
——瞬間大功率,如無人機彈射裝置;
——短時間電流供給,如警用手電筒;
——頻繁加速(下行)減速(上行)的工況,如制動能量回收裝置;
——極端嚴寒天氣或
電池失效狀態下的柴油車輛發動;
——風力發電、太陽能光熱發電、核能等發電端的備用電源;
——各類長壽命、高可靠、免維護、高功率密度備用電源;
3.選擇超級電容器前應當知道的信息
那么什么樣的超級電容器能夠滿足你的需求?超級電容有哪些至關緊要的參數呢?以集星科技的超級電容產品體系來進行說明。其緊要參數有電壓(V)、容量(F)和額定電流(A)。
超級電容詳盡使用中的功率要求、放電時間及系統電壓變化對器件選擇起決定用途。簡單來說,兩類參數是非得明確:1)工作電壓范圍;2)功率輸出值或者繼續多長時間的電流輸出。
4.要怎么樣計算所需超級電容器容量
(1)恒電流,即超級電容工況中的電流和繼續時間一定的情況下:
C=It/(Vwork-Vmin)
例如:工作起始電壓Vwork=5V;工作截止電壓Vmin=4.2V;工作時間t=10s;工作電源I=100mA=0.1A所需電容容量為:C=0.1*10/(5-4.2)=1.25F
此種情況選擇容量為5.5V1.5F的產品即可。
(2)恒功率,即功率輸出值一定的情況下
C*ΔU2/2=pT
例如,200KW功率下繼續放電10秒,工作電壓范圍為450V-750V,所需電容容量:C=2*20kw*10/(7502-4502)=11F
故電壓在750V以上11F容量的電容器(儲能系統)能夠滿足此需求。
如計算后的電容容量不在單體范圍內,可將多個超級電容器串并聯組成模組,以滿足客戶詳盡所需。
多電容器并聯計算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn
多電容器串聯計算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn
5.其他產品選擇的提議
(1)高電壓系列產品在多數情況下具有優點
多家公司推出的2.85V和3.0V產品,那么高電壓產品有哪些優點?
——壽命指數(1,000,000循環壽命)不變,相同體積下,比功率和比能量提升。
——功率和能量不變的情況下,減少單體數量,降低整體系統重量,實現系統優化設計。
(2)滿足特殊需求
若遇特殊使用需求,單純的電壓值參考意義并不大。例如65℃以上高溫,2.5V系列產品不失為一個好選擇。要留意的是,同所有電化學元器件相同,環境溫度會極大影響超級電容器的壽命,高溫環境下每降低10℃,壽命將新增一倍。
本文未對超級電容的結構和電極材料進行說明,因非量化的參數對超級電容的實際選擇意義并不大。要留意的是,目前尚無萬能的儲能元器件,多種儲能器件復合使用成為最佳選擇。同樣超級電容利用其他儲能器件來發揚自己的優勢,揚長避短,也正在成為主流。
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