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【干货】超级电容电池知识全解析

2016-11-16 10:58
潇纵
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  七、超级电容电池的泄露电流现象

  当超级电容充电时,泄漏电流会随着时间而衰减,因为碳电极中的离子会扩散进入孔隙中。泄漏电流会稳定在一个均衡值,该值取决于电容、电压和时间。泄漏电流与 电容芯成正比。超级电容均衡泄漏电流的经验估计算法为室温下1μA/F。图6中的150mF电容,在160小时后的泄漏电流为0.2μA和0.3μA。泄 漏电流随温度升高而呈指数上升。

  当温度升高时,稳定到均衡值的时间会减小,因为离子扩散的速度更快。因此,这些电容从0V充电需要的时间最小。根据不同的 超级电容,这个电流范围从5μA~50μA。设计者在为能量采集电路挑选超级电容时,应考虑测试这个最小充电电流。

  八、超级电容电池的充电

  一个放电的超级电容就像一个与能量源短接的电路。所幸,很多能量采集源(如太阳能电池和微发电机)都可以驱动一个短接的电路,从0V起为一只超级电容直接充电。与各种能量源(如压电或热电能)接口的IC必须能够驱动一个短接的电路,从而为超级电容充电。

  业界在MPPT(最大峰值功率追踪)方面做了很大努力,以从能量采集源最有效地获得功率。当必须用恒压方式为电池充电时,这种方案是可行的。电池充电器通常是一个dc/dc转换器,它对能量源是一个恒定功率的负载,因此,采用MPPT在最高效点获得能量就是有意义的。

  与电池相反,超级电容不需要以恒压充电,而以电源可以提供的最大电流充电时效率最高。一个简单而有效的充电电路,用于太阳能电池阵列的开路电压小 于超级电容额定电压的情况。二极管可防止超级电容在太阳能电池无光照情况下对其反充电。如果能源的开路电压大于超级电容的电压,则超级电容需要采用分流稳 压器做过压保护。分流稳压器是过压保护一种廉价而简单的方案,一旦超级电容充满电,就无所谓是否消耗了过多的能量。

  能量采集器就像一根能无限供水的水管,为一个水槽注水(好比一只超级电容)。如果水槽满了,水管仍开着,水就会溢出。这与电池不同,电池供给能量有限,因此需要串联稳压器。

  在电路里,超级电容为0V,从一块太阳能电池芯获取短路电流。随着超级电容的充电,电流下降,这取决于太阳电池芯的电压/电流特性。但超级电容总是 要获取可能的最大电流,因此它以尽可能大的速率充电。中的电路采用了TLV3011太阳能电池芯,因为它内含了一个电压基准,只需要约3μA的静态电 流,并且它是一种漏极开路电池芯,当稳压器关断时,输出就是开路的。电路采用了BAT54二极管,因为它在小电流时有低的正向压降,即在正向电流小于 10μA时,正向电压小于0.1V。

  微发电机很适合于工业控制应用,如监控旋转的机器,因为机器在工作时会发生振动。给出了一只微发电机的电压-电流特性,它类似于一只太阳能电池 芯,能够为一个短接电路提供最大的电流。微发电机还带有一个二极管桥,可防止超级电容为发电机反向充电,这就得到了一个简单的充电电路。

  当超级电容充电时,泄漏电流会随着时间而衰减,因为碳电极中的离子会扩散进入孔隙中。泄漏电流会稳定在一个均衡值,该值取决于电容、电压和时间。泄漏电流与 电容芯成正比。超级电容均衡泄漏电流的经验估计算法为室温下1μA/F。中的150mF电容,在160小时后的泄漏电流为0.2μA和0.3μA。

  泄漏电流随温度升高而呈指数上升。当温度升高时,稳定到均衡值的时间会减小,因为离子扩散的速度更快。因此,这些电容从0V充电需要的时间最小。根据不同的 超级电容,这个电流范围从5μA~50μA。设计者在为能量采集电路挑选超级电容时,应考虑测试这个最小充电电流。

  九、超级电容电池带动风力发电革命

  作为新兴储能元件,超级电容具有循环寿命长,充放时间快等特点,在风力发电机狭小的密闭有限空间轮毂控制柜内,超级电容更具有适应温度范围广,体积小容量大,可焊接,维护简单等优点,在风电设备系统中,超级电容不会过充,过放影响寿命,充放电过程仅仅是物理层面上的变化,不会对常年密闭空间作业的轮毂内部造成二次污染,超级电容以保持稳定的直流电压,保证变桨伺服电机的正常运作。

  超级电容的基本工作原理是碳碳双电层原理,存储过程可逆,分析时采用RC模型,包括理想电容C等效串联内阻RESP,等效并联内阻REPR,RESP影响超级电容充放电效率,REPR影响电容自放电,即长期静止存储。存电荷不一样的是,双电层电容器是在电极-电解质表面以静电形式的电荷进行储能。这种储能模式具有快速充电/放电能力、高可靠性和长循环寿命的特点,相对于铅酸蓄电池,对于紧急变桨供电对多变的风况的情况下更具有优势。

  更换了一部分超级电容以后针对于风能随机性强力,环境恶劣,温度湿度变化大,盐雾污秽侵蚀严重等因素对供电模块影响。可以得出超级电容相比铅酸蓄电池更加稳定,实用性和可行性更强 可以预见超级电容的应用在风力发电技术越来越成熟的发展中所占的比例将逐渐上升。所以超级电容做为风力发电机后备电源具有很强的可行性。

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