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替代蓄電池的超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2009-03-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/181447.htm

電能是當(dāng)代社會(huì)不可或缺的重要資源,而設(shè)備的優(yōu)劣直接影響著電力設(shè)備的充分應(yīng)用。近年來隨著便攜式設(shè)備、不間斷電源系統(tǒng)以及電動(dòng)車的大量開發(fā)使用,的使用量日益增加??沙潆?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/蓄電池">蓄電池,特別是鉛酸憑借其價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、沒有記憶功能等卓越特點(diǎn)普遍應(yīng)用在各行各業(yè)。但蓄電池受其先天條件的制約,存在著循環(huán)壽命差、高低溫性能差、充放電過程敏感、深度放電性能容量恢復(fù)困難、環(huán)境污染的問題,傳統(tǒng)蓄電池已經(jīng)越來越無法滿足人們對(duì)系統(tǒng)的要求。

是近幾年才批量生產(chǎn)的一種新型電力器件,也稱為電化學(xué)。它既具有靜電器的高放電功率優(yōu)勢又像電池一樣具有較大電荷儲(chǔ)存能力[1,2],單體的容量目前已經(jīng)做到萬法拉級(jí)。同時(shí),電容還具有循環(huán)壽命長、功率密度大、充放電速度快、高溫性能好、容量配置靈活、環(huán)境友好免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。自1957年美國人Becker發(fā)表第一篇關(guān)于電容的專利以來,超級(jí)電容的應(yīng)用范圍越來越廣:在直流電氣化鐵路供電、UPS等應(yīng)用方向進(jìn)行研究,目前已開發(fā)出了50kVA和80kVA的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)[3];利用超級(jí)電容器配合蓄電池作為輔助動(dòng)力源,促進(jìn)汽車的能源回收,提高能源利用率[4],并出現(xiàn)了超級(jí)電容混合動(dòng)力汽車[5]。隨著超級(jí)電容性能的提升,它將有望在小功耗電子設(shè)備、新能源利用以及其他一些領(lǐng)域中部分取代傳統(tǒng)蓄電池。

本文介紹了一種基于超級(jí)電容的用以12V蓄電池的超級(jí)電容,通過計(jì)算分析得出的組合結(jié)構(gòu)、最佳充電電流范圍、充電時(shí)間以及總的輸出能量。該具有壽命長,不造成污染,功率和能量密度大等優(yōu)點(diǎn),具有很好的開發(fā)應(yīng)用前景。

一、 超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊的

由于超級(jí)電容的放電不完全,存在最低工作電壓,所以單體超級(jí)電容的能量為,其中C為超級(jí)電容的單體電容量,為單體超級(jí)電容充電完成的電壓值。

超級(jí)電容器單體儲(chǔ)存能量有限且耐壓不高,需要通過相應(yīng)的串連并聯(lián)方法擴(kuò)容,擴(kuò)大超級(jí)電容的使用范圍。而通過相應(yīng)的DC-DC芯片可以提高超級(jí)電容的最低工作電壓。假設(shè)超級(jí)電容以m個(gè)串聯(lián),n組并聯(lián)的方式構(gòu)成。則每個(gè)超級(jí)電容的能量輸出為

(1)

其中,為芯片的最低啟動(dòng)電壓。故超級(jí)電容陣列的能量總輸出為,為超級(jí)電容的總能量。

本文采用SU2400P-0027V-1RA超級(jí)電容,具有較高的功率比、能量比和較低的等效串聯(lián)電阻(ESR(DC)=1mΩ)。為了構(gòu)成12V蓄電池的超級(jí)電容模塊,我們采用8個(gè)2400F/2.7V的電容構(gòu)成模塊,采用4個(gè)超級(jí)電容單體串聯(lián),兩組并聯(lián)的方式構(gòu)成,如圖1所示。

超級(jí)電容器的特性,如功率密度、能量密度、儲(chǔ)能效率、循環(huán)壽命等,取決于器件內(nèi)部的材料、結(jié)構(gòu)和工藝,器件并聯(lián)或串聯(lián)不會(huì)影響其特性[6]。其等效串聯(lián)內(nèi)阻

(2)

其中,為串聯(lián)器件數(shù),為并聯(lián)支路數(shù)。

超級(jí)電容器組的等效電容為:

(3)

故超級(jí)電容陣列的等效內(nèi)阻和等效電容為,

將超級(jí)電容模塊的容量與蓄電池的容量參數(shù)的比較,由

(4)

得到對(duì)應(yīng)于蓄電池安時(shí)數(shù)的超級(jí)電容陣列容量為,其中Umin為相應(yīng)的芯片的最低啟動(dòng)電壓。

超級(jí)電容器相關(guān)文章:超級(jí)電容器原理



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