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Farad 的能量存储,第 2 部分:超级电容器和电池

2021-06-28    阅读量:30574    新闻来源:互联网     |  投稿

对于操作和备用电源以及能量存储,工程师可以选择电池、超级电容器或“两者兼而有之”的混合超级电容器。

本文的前一部分建立了超级电容器的背景并用简单的术语解释了它们的结构;显然,这是一个具有深层物理、化学、材料科学考虑和制造问题的组件。第一个广泛使用的标准超级电容器在 1970 年代末和 80 年代初上市中国机械网okmao.com。它们主要用于易失性存储器的存储器备份,但由于成本和性能问题,它们没有被大众市场接受。然而,到 1990 年代,超级电容器以适中的成本和卓越的性能和可靠性获得,因此开始常规设计到系统中。相关的维基百科参考资料相当详细地介绍了它们的历史,同样重要的是,引用了许多著名的来源,包括贸易媒体的新闻和学术期刊的论文。

超级电容器特性

除了其他差异之外,超级电容器的充电/放电特性与电池的充电/放电特性不同,无论电池化学性质如何(请注意,每种可充电电池化学性质都有自己的充电/放电曲线)。图 1是这些设备的充电(顶部)和放电(底部)曲线的一般曲线。

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图:(顶部)超级电容器的电压/电流充电(顶部)和放电(底部)曲线与大多数可充电电池(如锂离子电池)相关的曲线非常不同。(图片:电池大学)

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与电池甚至非超级电容器一样,没有“典型”的超级电容器,但有代表性的系列可以提供其基本特性的概述。例如,伊顿 (Eaton) 的 HB 系列圆柱形超级电容器是一系列引线式器件,用于具有 2.5 V 输出的通孔 PC 板安装(图 2)。该系列成员的电容和尺寸范围从 21 毫米长、8 毫米直径封装中的 3 法拉到 60 毫米长、18 毫米直径封装中的 110 F。超级电容器还提供“硬币”封装,以与纽扣电池插座兼容。

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图 2:尽管它们的法拉额定值要高得多,但超级电容器看起来与传统电容器相似,并且具有可比的尺寸和封装,这些带引线的单元显示。(图片:伊顿)

这些超级电容器的其他重要参数是它们的等效串联电阻 (ESR) 范围从 0.16 欧姆到 0.020 欧姆(最大)、1 A 到 24 A 的脉冲电流以及 1.1 A 到 8.7 A(最小到 8.7 A)的连续电流。最大的版本,分别。

电池呢?

自商业化以来,超级电容器已发现其主要用途是在备用电源、能量收集和脉冲功率传输应用中提供连续功率以及短期能量存储。对于其中一些情况,单独使用电池可能会很好,但它们的一些固有特性会使它们不太合适。超级电容器单独用于小规模、极低功耗的应用,例如收集/物联网模块。它们还可以串联/并联组合作为大型 UPS 安装的电容器移动电源。它们特别适用于为医院等关键任务提供“桥接”电源,以在主电源出现故障和备用发电机启动之间保持电源可用(通过逆变器)。

超级电容器与可充电电池的任何一般比较只是:概括,因为在很大程度上取决于所比较的特定电池类型。尽管如此,(图 4)中的表格对超级电容器与锂离子电池的相对属性给出了一个很好的整体概念。然而,当然,这两种技术的功能和细节也在不断变化和进步——因此,请仅将表格用作粗略的指南和起点。


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