一文看懂什么是超级电容以及如何选择合适的超级电容器

【引言】在储能产品百花齐放的今天,具有超大功率、超大电流、超宽工作范围、超高安全性、超长寿命等储能特点的超级电容(法拉级电容)单独使用,以及与其他储能产品的复合使用成为主流。对于使用者而言,选择适合的超级电容至关重要。

1.超级电容的特性

让我们从功率特性、储能特性、环境特性和安全特性等方面了解下。

超级电容首先是个电容,电容做到法拉级是前所未有的事情。“超级”二字,即与一般的电容相比,其具有超大电能量存储能力,而同时它还保留了超强的功率特性。这为某些应用——快充快放、快充慢放(长放电时间)、慢充快放提供了机会。

此外,超级电容还具备其他一些独特的储能优势:

——环境:超级电容器的工作温度为-40℃~70℃,基本满足大部分环境要求;

——安全:针刺、挤压、振动、冲击、燃烧等都不会爆炸;

——寿命:充放电可达1百万以上循环,一般应用10年以上不成问题。

2.哪些情景会应用到超级电容器?

如果你需要一个器件,具有大功率特性,还需一定能量驱动用电器,长期免维护,在宽的温度范围内使用,特别是零下三四十度对安全性要求比较严格的场合,是时候选择一款合适的超级电容。

——瞬间大功率,如无人机弹射装置;

——短时间电流供给,如警用手电筒;

——频繁加速(下行)减速(上行)的工况,如制动能量回收装置;

——极端严寒天气或电池失效状态下的柴油车辆发动;

——风力发电、太阳能光热发电、核能等发电端的备用电源;

——各类长寿命、 高可靠、免维护、高功率密度备用电源;

3.选择超级电容器前应该知道的信息

那么什么样的超级电容器能够满足你的需求?超级电容有哪些至关重要的参数呢?以浙江中车新能源的超级电容产品体系来进行说明。其主要参数有电压(V)、容量(F)和额定电流(A)。

超级电容具体应用中的功率要求、放电时间及系统电压变化对器件选择起决定作用。简单来说,两类参数是必须明确: 1)工作电压范围;2)功率输出值或者持续多长时间的电流输出。

4.如何计算所需超级电容器容量

  • 恒电流,即超级电容工况中的电流和持续时间一定的情况下:例如:工作起始电压 Vwork=5V;工作截止电压 Vmin=4.2V;工作时间 t=10s;工作电源 I=100mA=0.1A所需电容容量为:
  •  C=It/( Vwork -Vmin)
  • C =0.1*10/(5 -4.2)=1.25F

此种情况选择容量为5.5V1.5F的产品即可。

  • 恒功率,即功率输出值一定的情况下例如,200KW功率下持续放电10秒,工作电压范围为450V-750V,所需电容容量:C*ΔU2/2=PT

C=2*200kw*10/(7502-4502)=11F

故电压在750V以上11F容量的电容器(储能系统)能够满足此需求。

如计算后的电容容量不在单体范围内,可将多个超级电容器串并联组成模组,以满足客户具体所需。

多电容器并联计算公式:C=C1+C2+C3+…+C

多电容器串联计算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

5.其他产品选择的建议

(1)高电压系列产品在多数情况下具有优势

多家公司推出的2.85V和3.0V产品,那么高电压产品有哪些优势?

——寿命指数(1,000,000循环寿命)不变,相同体积下,比功率和比能量提升。

——功率和能量不变的情况下,减少单体数量,降低整体系统重量,实现系统优化设计。

(2)满足特殊需求

若遇特殊应用需求,单纯的电压值参考意义并不大。例如65℃以上高温,2.5V系列产品不失为一个好选择。需要注意的是,同所有电化学元器件一样,环境温度会极大影响超级电容器的寿命,高温环境下每降低10℃,寿命将增加一倍。

本文未对超级电容的结构和电极材料进行说明,因非量化的参数对超级电容的实际选择意义并不大。需要注意的是,目前尚无万能的储能元器件,多种储能器件复合使用成为最佳选择。同样超级电容利用其他储能器件来发扬自己的优点,扬长避短,也正在成为主流。

查看更多信息,请浏览浙江中车新能源官方网站:www.spscap.cn

浙江中车新能源,智造卓越。

浙江中车新能源公司介绍

浙江中车新能源专注于超级电容领域,现已发展成为一家极具国际品质的超级电容器件生产商和超级电容系统解决方案提供商。截至目前,浙江中车新能源的超级电容产品已在风能和太阳能、新能源汽车、轨道交通、智能电网、智能微网、工程机械、工业节能等12个行业领域得到了广泛应用,客户遍布亚洲、欧洲、北美等26个国家和地区,成为中国本土超级电容市场的典型代表,并推动中国市场应用规模迅速扩大。

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