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超级电容与电池的结合

作者:Brendan Andrews,Ioxus公司2011.08.18阅读 5993

  对于不同行业和领域的工程师来说,储存能量和管理电力的方式有很多种。电池的使用方法简单CONTROL ENGINEERING China版权所有,但是寿命较短、对温度较为敏感同时效率也比较低。如果认真分析电池和超级电容混合使用的成本、电容量和性能,就会发现这种混合能量存储方式的优势。对比传统电池和面向更高电压水平的超级电容,后者要更具吸引力,因为这类元件的价格在过去十年当中足足下降了99%,而电池的成本在同期仅仅下降了30%到40%。究其原因,是因为超级电容原材料价格的下降以及市场的快速普及。

  尽管电池是一种比较简单的系统,但是在实际当中它可能几乎无法与混合元件抗衡。在绝大多数情况下,主电源需要能够做到持续供电。有时候,还会有峰值供电的需要,工程师可以设计相应容量的电池满足峰值需要,也可以使用超级电容来弥补供电的不足。另外,使用超级电容还可以降低对于主电源功率的要求。
  高容量超级电容可以满足加速、启动、转向以及正反馈等情况下对于高强度电流的要求。电池与电容搭配使用,不仅可以提高混合电源的能量密度,另外一项好处则是能够消除电池独立工作时可能出现的电流尖峰现象。
  搭配超级电容的混合方法可以提升电池的性能,延长电池的使用时间。超级电容让电池能够达到设计时所需要的高能量密度。举例来说,混合动力汽车在加速的时候,要求强度很大的电流,如果将超级电容与电池和控制电路并联www.cechina.cn,该电容就可以提供系统所需的高强度电流。这样,电池的作用就可以局限在电源上,而不需要它同时承担普通电源和能量储存设备的责任。
  由于超级电容的内部电阻相对很小,因此充电速率要比电池高得多,也就可以让电池供电系统更加高效的运行。超级电容能够延长电池寿命,是因为在最初加装负载的时候,它可以率先发挥功效,这样电池的负载就是逐渐加装完成的,避免电池损耗大量电流。而避免了高强度电流,也就避免了热磨损、化学和机械磨损。降低电流尖峰值(和内部温度)。根据不同的应用情况,混合设计最多可以将电池的寿命延长四倍。
  一般的启动器电池,如果需要提供高强度电流的话,它会老化的很快。所谓的长寿命电池设计可以提供高强度电流,但是即便是这类铅板更厚的电池,如果重复高强度供电,也不可避免的会受到损坏。电池并联超级电容的配置,可以在负载很大的情况下显著降低电池高强度供电的概率。这样,混合电源的寿命就会更长,供电的效率也更高。混合设计还会降低电池的质保和更换成本,让系统在经济上更具吸引力。

  循环与温度
  超级电容的使用温度区间比电池更宽www.cechina.cn,适用于零上70到零下40摄氏度的场合控制工程网版权所有,而电池的工作温度通常在60度到零下20度之间。事实上,一旦温度低于零度,电池中就会有很大一部分能量无法激活。超级电容的生命周期回报率也更高CONTROL ENGINEERING China版权所有,依赖化学反应的电池一般可以工作几百到上千次,而在静电环境下,存储能量的超级电容可以工作超过100万个循环。
  超级电容的效率可以达到95%-98%,而铅酸电池最多也就是70%。将超级电容和电池混合作为能量存储系统,可以降低设备体积、重量以及系统中的电池数量。混合的效率越来越高,而使用的物料则越来越少。

  小看板
  ·超级电容的效率可以达到95%-98%,而铅酸电池最多也就是70%
  ·过去十年中,超级电容的成本足足下降了99%,而电池的成本仅仅下降了30%到40%
  ·在混合能源储存系统中,电流尖峰值(和内部温度)的降低,依据不同的应用情况,最多可以使电池的寿命延长四倍

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