超級(jí)電容與蓄電池傳統(tǒng)電容的對(duì)比
超級(jí)電容結(jié)構(gòu)
? ?超級(jí)電容器通過(guò)極化電解質(zhì)來(lái)儲(chǔ)能,它是一種電化學(xué)元件。但在儲(chǔ)能的過(guò)程中并不發(fā)生化學(xué)反映,其儲(chǔ)能過(guò)程是可逆的。利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。從某種意義上講超級(jí)電容擁有傳統(tǒng)電容和蓄電池的雙重功能,填補(bǔ)的傳統(tǒng)技術(shù)之間的空白,具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br />
? ? ?本產(chǎn)品采用圓柱形電容器外形。內(nèi)部為卷繞式結(jié)構(gòu),正負(fù)電極片之間用隔膜隔開(kāi),并浸有電解液成分;鋁制外殼與橡膠塞進(jìn)行密封,引出方式為引線式引出,引出極在產(chǎn)品同側(cè)。
? 超級(jí)電容所使用的原材料全部都是環(huán)保型產(chǎn)品。其核心原料為活性炭(環(huán)保,廣泛應(yīng)用于環(huán)保、醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè))、電解質(zhì)(中性,不含強(qiáng)酸強(qiáng)堿)、鋁箔、鋁殼(金屬態(tài)可以回收利用)、熱縮管(符合歐盟環(huán)境認(rèn)證),可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)儲(chǔ)能器件對(duì)環(huán)境的破壞,超級(jí)電容的生產(chǎn)制造以及回收利用的過(guò)程是一個(gè)節(jié)能環(huán)保的過(guò)程。
? ? ?超級(jí)電容的儲(chǔ)能過(guò)程是物理過(guò)程,其充放電效率很高,可以達(dá)到98%以上,所以說(shuō)超級(jí)電容是節(jié)能型產(chǎn)品。
? ? ?壽命長(zhǎng)、免維護(hù),這使得超級(jí)電容可以在要求壽命較長(zhǎng)、維護(hù)難度大或成本高的產(chǎn)品上代替原有的電池方案,從而使得產(chǎn)品的性能得到良好的改善、降低用戶的使用成本。
超級(jí)電容測(cè)量方法和計(jì)算公式
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) According to the standard?
QC/T 741-2014《超級(jí)電容器》?
Q/GDW 11845—2018《電能計(jì)量設(shè)備用超級(jí)電容器技術(shù)規(guī)范》
DL/T 1652-2016《電能計(jì)量設(shè)備用超級(jí)電容器技術(shù)規(guī)范》??
測(cè)量電路 Measuring circuit
測(cè)量方法 measuring method?
?恒流/恒壓源的直流電壓設(shè)定為額定電壓(UR)。??
?設(shè)定表1中規(guī)定的恒電流充放電裝置的恒定電流值。
?將開(kāi)關(guān)S切換到直流電源,在恒流/恒壓源達(dá)到額定電壓后恒壓充電30min。
?在充電結(jié)束后,將開(kāi)關(guān)S變換到恒流放電裝置,以恒定電流進(jìn)行放電。
超級(jí)電容容量:
a)以I恒流充電的方式對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電,當(dāng)電壓達(dá)到其額定電壓UR后,繼續(xù)充電30min;
b)以I恒流放電的方式對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行放電;
c)根據(jù)圖1測(cè)量放電過(guò)程中電壓從80%UR降至40%UR的時(shí)間,計(jì)算電容容量。
容量計(jì)算公式:C=I*(t?-t?)/(U?-U?)
式中:
C:容量(F);
I:放電電流(A);
t1-t2:放電時(shí)間(s);
U1:80%VR (V);
U2:40%VR (V)。
圖2 交流內(nèi)阻測(cè)試電路
計(jì)算超級(jí)電容器的交流內(nèi)阻:R=U/I
式中:R:交流內(nèi)阻(Ω);? U:電壓(V);I:電流(A)
直流內(nèi)阻
a)以I恒流充電的方式對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電,當(dāng)電壓達(dá)到其額定電壓UR后,繼續(xù)充電30min;
b)以I恒流放電的方式對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行放電;
c)根據(jù)圖3測(cè)量10ms內(nèi)電壓的瞬時(shí)變化值,計(jì)算直流內(nèi)阻。
圖3 直流內(nèi)阻電壓特性
計(jì)算公式:R=△ U?/I
式中:
R:直流內(nèi)阻(Ω);
ΔV3:電壓變化量(V);
I:放電電流(A)。
自放電測(cè)試
將超級(jí)電容器完全放電2h,然后對(duì)其充電30min,使超級(jí)電容器的電壓達(dá)到額定電壓的95%后,繼續(xù)充電8h,之后斷開(kāi)電源,測(cè)量24h/168h后的額定電壓。
圖4 自放電試驗(yàn)
注釋:
1.最大電流不可重復(fù),持續(xù)時(shí)間不可超過(guò)5s。
2.最大電流計(jì)算公式為:IM=0.5VRC/5+C×ESR
3.功率和能量公式:
可用功率密度:Pd=0.12V2/ESR×mass
最大功率密度:Pmax=V2/4ESR×mass
能量密度:Emax=1/2CV2/3600×mass
儲(chǔ)存能量:E=1/2CV2/3600
主要應(yīng)用領(lǐng)域特點(diǎn)
智能電網(wǎng)
隨著用電環(huán)節(jié)的加大、用電保障要求的提高,電網(wǎng)運(yùn)行水平隨之需要提高,智能電網(wǎng)的進(jìn)一步實(shí)施和發(fā)展,對(duì)故障的實(shí)時(shí)性響應(yīng)要求提高,排除故障的及時(shí)性也需要電網(wǎng)運(yùn)行人員隨時(shí)保障,因此在掉電之后備用電源的實(shí)際支持時(shí)間無(wú)需過(guò)長(zhǎng),在結(jié)合來(lái)電之后短時(shí)快速充電響應(yīng)特性,采用超級(jí)電容作為電源的前提已完全具備。同時(shí),由于控制設(shè)備數(shù)量龐大,傳統(tǒng)的電池電源方案無(wú)法做到完全免維護(hù)(包括采用電池監(jiān)控也難以做到),同時(shí)可靠性也不夠,電網(wǎng)運(yùn)行人員難以兼顧龐大數(shù)量的設(shè)備,保證設(shè)備的穩(wěn)定性可靠性顯得至關(guān)重要。
? ?采用完全免維護(hù)控制電源是保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的必然!
1.正常供電:當(dāng)線路有電時(shí),電源模塊為DTU/FTU/LTU/TTU提供工作電源,超級(jí)電容器提供給開(kāi)關(guān)設(shè)備的電動(dòng)分合閘機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作。
2.備用電源:當(dāng)線路失電時(shí),超級(jí)電容器作為能源端通過(guò)電源模塊為DTU/FTU/LTU/TTU提供后備電源,同時(shí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合閘操作。
3.使用范圍:HCCCap 超級(jí)電容電源系統(tǒng)適用于配網(wǎng)領(lǐng)域各環(huán)網(wǎng)柜、開(kāi)閉站、變電站、柱上單元等場(chǎng)合的掉電保護(hù),提供給開(kāi)關(guān)柜、智能單元和通信等系統(tǒng)和設(shè)備使用。
1.針對(duì)智能終端和各類高壓開(kāi)關(guān)開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容和電源模塊;
2.完全免維護(hù),超級(jí)電容與電源模塊均無(wú)需維護(hù);
3. 性能可靠,內(nèi)含保護(hù)電路,電源模塊組合方便;
4. 溫度特性好,低溫特性優(yōu)異,在-40℃~+70℃仍正常工作;
5.輸出電流能力強(qiáng),保證分合閘的可靠性;
6. 定制方便,模塊化設(shè)計(jì),可根據(jù)客戶需要調(diào)整;
7. 綠色能源,無(wú)污染,不含有害金屬成分;
8. 在國(guó)網(wǎng)已大量使用實(shí)際時(shí)間超過(guò)10年以上。
超級(jí)電容讓儲(chǔ)能電站更安全、可靠!
電化學(xué)儲(chǔ)能電站由變電站、PCS、控制單元和儲(chǔ)能單元等多個(gè)部件構(gòu)成,超級(jí)電容是應(yīng)用在儲(chǔ)能單元的重要組件,其擁有長(zhǎng)期壽命的同時(shí)還具有安全可靠穩(wěn)定的特性,加上全周期使用成本的優(yōu)勢(shì),使得超級(jí)電容在儲(chǔ)能市場(chǎng)將大有作為。同時(shí),超級(jí)電容還可配合電池儲(chǔ)能使用起到減少電池系統(tǒng)的循環(huán)次數(shù),并可快速大功率投切起到保護(hù)電池安全的重要作用。超級(jí)電容對(duì)提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性,提升儲(chǔ)能器件的使用壽命擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
? ? ? 合眾匯能針對(duì)儲(chǔ)能電站及港口設(shè)備運(yùn)行,推出新型大容量、大功率智能化超級(jí)電容儲(chǔ)能包,可提升至50%積能密度,電量高達(dá)0.5KWH,將為客戶節(jié)約30%以上成本。系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理單元,在數(shù)量巨大的電容單元內(nèi),實(shí)時(shí)采集和處理數(shù)據(jù)。獨(dú)特的堆疊技術(shù),不僅能進(jìn)行更好的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控,對(duì)系統(tǒng)的安全性提供了極大的技術(shù)保障。
超級(jí)電容器,作為高功率脈沖武器裝備中最重要的功能部件,是一種新型儲(chǔ)能裝置,可在很短時(shí)間內(nèi)爆發(fā)出巨大的能量堪稱眾多軍用裝備的“能量核心”,廣泛應(yīng)用與裝甲車輛,艦艇,航天器飛行器等需要較大脈沖放電功率的武器裝備及設(shè)備商。
? ? ? ?超級(jí)電容可應(yīng)用于激光武器,束能武器,微波武器、電磁炮等先進(jìn)武器系統(tǒng)。
超級(jí)電容所產(chǎn)生的的巨大的能量能保證激光武器的能量供給。在粒子束能武器、微波武器、超級(jí)電容同樣具有重要的功能作用。高功率脈沖激光武器,是未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)具有重要應(yīng)用的武器系統(tǒng)。
? ? ? 超級(jí)電容可應(yīng)用于激光武器,束能武器、微波武器、電磁炮等先進(jìn)武器系統(tǒng)。超級(jí)電容所產(chǎn)生的的巨大能量能保證激光武器的能量供給。在粒子束能武器、微波武器、超級(jí)電容同樣具有重要的功能作用。高功率脈沖激光武器,是未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)具有重要影響的武器系統(tǒng)?!?高功率密度。輸出功率達(dá)10KW/kg,是任何一個(gè)化學(xué)所無(wú)法比擬的,是一般蓄電池的數(shù)十倍。
◆ 提供高比功率的同時(shí)。其能量可達(dá)到5-10Wh/kg。
◆ 放電循環(huán)壽命長(zhǎng),達(dá)到50萬(wàn)-100萬(wàn)次量級(jí)。
◆ 工作溫度范圍寬-40℃~+70℃;寒冷季節(jié)容量穩(wěn)定。
◆ 充電時(shí)間短,超級(jí)電容最短可在幾秒鐘內(nèi)完成充電。
◆ 高可靠性和穩(wěn)定性;超級(jí)電容器工作過(guò)程中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件,完全免維護(hù),因此超級(jí)電容器的可靠性非常高。
◆ 無(wú)污染,綠色環(huán)保。
? 在衛(wèi)星航天領(lǐng)域中超級(jí)電容衛(wèi)星分離電源具有超高的可靠性與穩(wěn)定性、采用特殊化、以及輕量化設(shè)計(jì)處理,可耐受嚴(yán)苛使用環(huán)境并且支持超大電流快速充放電。
? ? ?作為國(guó)內(nèi)首家將超級(jí)電容多次成功應(yīng)用于航天衛(wèi)星領(lǐng)域的企業(yè),經(jīng)過(guò)數(shù)次產(chǎn)品的成功迭代更新,超級(jí)電容星箭分離電源系統(tǒng)在航天衛(wèi)星領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)了30次以上 100%的成功分離,性能更趨成熟、穩(wěn)定,航天應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。
超級(jí)電容在風(fēng)電機(jī)組變槳中的應(yīng)用,其基本工作原理為:
電網(wǎng)輸入電能,供風(fēng)機(jī)運(yùn)作的同時(shí),通過(guò)智能管理單元控制的充電器,給超級(jí)電容器組進(jìn)行充電,充電達(dá)到額定電壓時(shí)停止充電,在緊急運(yùn)行工況下,風(fēng)電機(jī)組變槳控制系統(tǒng)發(fā)出指令,進(jìn)行緊急變槳,這時(shí)超級(jí)電容器開(kāi)始放電,變槳系統(tǒng)控制葉片順槳,以達(dá)到安全停機(jī)的目的。
◆超級(jí)電容作為風(fēng)機(jī)變槳控制系統(tǒng)的后備電源,提高了變槳電源系統(tǒng)的安全性、可靠性和免維護(hù)性;
◆工作溫度范圍寬-40℃~+70℃,低溫特性好,寒冷季節(jié)容量穩(wěn)定;
◆充電速度快,遠(yuǎn)快于蓄電池的充電時(shí)間;
◆使用壽命長(zhǎng),抗干擾能力強(qiáng),抗沖擊震動(dòng),高可靠性、免維護(hù);
◆具備過(guò)壓報(bào)警或過(guò)溫報(bào)警,體積小、重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊;
低溫啟動(dòng)一直是各類發(fā)動(dòng)機(jī)的難題,外部加熱是目前常用的手段,但是缺點(diǎn)也很明顯:預(yù)備啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)(啟動(dòng)前需加溫近1h)、 系統(tǒng)改造成本高、體積大、單次啟動(dòng)成本高、有些方式危險(xiǎn)性比較高等等,采用HCCCAP ESM模塊可廣泛應(yīng)用于各類發(fā)動(dòng)機(jī)的蓄電池增強(qiáng)啟動(dòng)領(lǐng)域,具有同等重量蓄電池10倍的大功率輸出能力,在零下40℃低溫下仍然可以正常啟動(dòng),同時(shí)具有10年以上超長(zhǎng)可靠的使用壽命,在特種車輛、低溫地區(qū)各類車輛、高可靠云服務(wù)器的應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)等各種場(chǎng)合均具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
? ? ?大多數(shù)工程車輛、軍用車輛、反恐防爆車輛等對(duì)作業(yè)環(huán)境溫度具有特殊性,要求嚴(yán)苛,與通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生和儲(chǔ)存能量的電池不同,超級(jí)電容器用電場(chǎng)儲(chǔ)能。超級(jí)電容器的這種靜電儲(chǔ)能機(jī)制使其不僅能夠在不到一秒內(nèi)完成充放電,同時(shí)能在-40℃~+70℃寬溫度范圍內(nèi)正常工作,可靠運(yùn)行百萬(wàn)次以上的充放電周期,而且耐振動(dòng)、抗沖擊性能良好。
車輛啟動(dòng)使用超級(jí)電容主要是利用超級(jí)電容的以下 2 點(diǎn):
1、較寬的溫度適用范圍:-40℃~70℃,尤其是低溫性能表現(xiàn)優(yōu)異;
2、瞬間功率特性好:可以瞬間放出大電流;汽車的蓄電池在氣溫較低的時(shí)候,基本上很難瞬間放出大的電流,特別是在北方,氣溫在零下 20℃以下的時(shí)候,蓄電池基本上沒(méi)有能很好地解決汽車啟動(dòng)的瞬間需要的大電流,這時(shí)超級(jí)電容正好能夠滿足該應(yīng)用需求
?超級(jí)電容器在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,比如智能電表、通訊模塊、集中器、車載設(shè)備、電動(dòng)玩具、應(yīng)急照明、電梯、稅控收款機(jī)、電動(dòng)叉車、醫(yī)療設(shè)備、安防設(shè)備、X光機(jī)等。例如,醫(yī)療 X 光機(jī)在曝光拍照的瞬間功率會(huì)很大,對(duì)于移動(dòng) X 光機(jī),一般會(huì)有備用電池,使用電池時(shí),如果頻繁使用 X 光機(jī)曝光的話,電池會(huì)因?yàn)樗查g大電流放電的沖擊而導(dǎo)致壽命,甚至因?yàn)殡姵責(zé)o法及時(shí)相應(yīng)所需的電流脈沖以至于拍照不清晰,對(duì)于市電 式 X 光機(jī),啟動(dòng)拍照時(shí)瞬間大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊也很大,容易導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量變 差及其它問(wèn)題。使用超級(jí)電容的瞬間功率特性可以滿足X光機(jī)拍照的瞬間所需的電流,從而解決以上問(wèn)題,此類應(yīng)用往往需要結(jié)合實(shí)際情況而設(shè)計(jì)相應(yīng)的電容方案。
? ? ?醫(yī)療用超級(jí)電容模組是合眾匯能研發(fā)的一款用于X光機(jī)、MRI等精密儀器以及其他超高功率應(yīng)用的超級(jí)電容模組。擁有超低內(nèi)阻,可低至60毫歐,瞬間可放出上千安的電流,短時(shí)間可承受600安以上電流、體積小、大功率;工作溫度范圍寬,-40℃~+70℃;使用壽命長(zhǎng),綠色環(huán)保,無(wú)污染;
?超級(jí)電容器在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,比如智能電表、通訊模塊、集中器、車載設(shè)備、電動(dòng)玩具、應(yīng)急照明、電梯、稅控收款機(jī)、電動(dòng)叉車、醫(yī)療設(shè)備、安防設(shè)備、X光機(jī)等。例如,醫(yī)療 X 光機(jī)在曝光拍照的瞬間功率會(huì)很大,對(duì)于移動(dòng) X 光機(jī),一般會(huì)有備用電池,使用電池時(shí),如果頻繁使用 X 光機(jī)曝光的話,電池會(huì)因?yàn)樗查g大電流放電的沖擊而導(dǎo)致壽命,甚至因?yàn)殡姵責(zé)o法及時(shí)相應(yīng)所需的電流脈沖以至于拍照不清晰,對(duì)于市電 式 X 光機(jī),啟動(dòng)拍照時(shí)瞬間大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊也很大,容易導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量變 差及其它問(wèn)題。使用超級(jí)電容的瞬間功率特性可以滿足X光機(jī)拍照的瞬間所需的電流,從而解決以上問(wèn)題,此類應(yīng)用往往需要結(jié)合實(shí)際情況而設(shè)計(jì)相應(yīng)的電容方案。
? ? ?醫(yī)療用超級(jí)電容模組是合眾匯能研發(fā)的一款用于X光機(jī)、MRI等精密儀器以及其他超高功率應(yīng)用的超級(jí)電容模組。擁有超低內(nèi)阻,可低至60毫歐,瞬間可放出上千安的電流,短時(shí)間可承受600安以上電流、體積小、大功率;工作溫度范圍寬,-40℃~+70℃;使用壽命長(zhǎng),綠色環(huán)保,無(wú)污染;
超級(jí)電容注意事項(xiàng)
■ 不可在高于額定電壓下使用;
■ 超級(jí)電容器不可強(qiáng)行扭動(dòng)或倒置;
■ 超級(jí)電容器溫度不宜超過(guò)額定溫度上限或下限;
■ 充電電壓不宜超過(guò)額定電壓;
■ 避免陽(yáng)光直接照射 ;
■ 避免直接接觸水、鹽水、油 、酸或堿,在可能有較高濕度或溫濕度差異較大環(huán)境的應(yīng)用情況下,建議焊接后在引 出極端部封膠以隔絕水汽,避免引針腐蝕;
■ 如果需在超過(guò)額定特性的振動(dòng)條件下或在嚴(yán)酷電氣條件下使用,請(qǐng)與HCCENERGY聯(lián)系;
■ 超級(jí)電容具有固定的極性,請(qǐng)?jiān)谘b配時(shí)注意其極性 ;
■ 工作溫度和壽命。Operatingtemperatureandproductlife 一般地,HCCCAP超級(jí)電容在低溫下漏電電流更小、備用時(shí)間更長(zhǎng)、壽命更長(zhǎng)。反之在較高溫度下,則漏電電流 增大、備用功率降低、壽命變短。請(qǐng)使HCCCAP超級(jí)電容遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。?
■ 串聯(lián)連接和模塊 HCCCAP超級(jí)電容的簡(jiǎn)單物理串聯(lián)連接會(huì)造成作用在每個(gè)超級(jí)電容上的電壓失衡。其結(jié)果,有可能造成電壓超過(guò)額 定值。如果需要串聯(lián)連接請(qǐng)與HCCENERGY聯(lián)系,并進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)以使每個(gè)超級(jí)電容工作在安全電壓范圍內(nèi);
■ 超級(jí)電容器不可應(yīng)用于高頻率充放電的電路中 ;
■ 大電流放電時(shí),瞬態(tài)電壓降ΔV=IR會(huì)明顯增大 ;
■ 根據(jù)GB/T2429.28-2005中4.6的方法,將超級(jí)電容器的引腳浸漬于235℃±5℃的焊槽中,持續(xù)2s±0.5s,應(yīng)滿足本標(biāo)準(zhǔn)4.6.2的要求;
關(guān)于廢棄
? 不要隨意丟棄,遵循法令或地方公共團(tuán)體等指定的條例,將廢棄品交給工業(yè)廢棄物處理商。?
? ? ? 其它超級(jí)電容器方面的問(wèn)題,請(qǐng)向生產(chǎn)廠家咨詢或參照超級(jí)電容器使用說(shuō)明的相關(guān)技術(shù)資料執(zhí)行。?
合眾匯能企業(yè)介紹
合眾匯能作為長(zhǎng)期從事超級(jí)電容研發(fā)與銷售為一體的超級(jí)電容器企業(yè),具有完善的研發(fā)體系和規(guī)?;a(chǎn)的實(shí)力。公司成立以來(lái)先后獲得,國(guó)家高新技術(shù)企業(yè),中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè),技術(shù)團(tuán)隊(duì)合作發(fā)展的多篇因子文章,已獲得與在申請(qǐng)的專利超過(guò)四十項(xiàng),已通過(guò)ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證。