Inleiding tot supercondensatoren

Met de ontwikkeling van de samenleving en de economie besteden mensen steeds meer aandacht aan groene energie en ecologische omgeving. Als nieuw type energieopslagapparaat hebben supercondensatoren steeds meer aandacht getrokken vanwege hun onvervangbare voordelen. Ingenieurs zijn begonnen traditionele batterijen te vervangen door supercondensatoren in sommige ontwerpen die oplossingen met hoog vermogen en hoog rendement vereisen. Gebreken in de batterijtechnologie Nieuwe batterijen zoals Li-ion en NiMH kunnen een betrouwbare oplossing voor energieopslag bieden en worden op veel terreinen op grote schaal gebruikt. Zoals we allemaal weten, slaan chemische batterijen elektrische ladingen op via elektrochemische reacties, wat resulteert in ladingsoverdracht van Faraday. Ze hebben een korte levensduur en zijn sterk onderhevig aan temperatuur. Dit is ook de moeilijkheid waarmee ontwerpers van loodzuurbatterijen (batterijen) worden geconfronteerd.

Tegelijkertijd kan een hoge stroomsterkte de levensduur van deze batterijen rechtstreeks beïnvloeden, dus voor sommige toepassingen die een lange levensduur en hoge betrouwbaarheid vereisen, vertonen deze op chemische reacties gebaseerde batterijen verschillende tekortkomingen. Kenmerken en voordelen van supercondensatoren Het principe van supercondensatoren is geen nieuwe technologie. De meeste gewone supercondensatoren hebben een elektrische dubbellaagse structuur. Vergeleken met elektrolytische condensatoren heeft deze supercondensator een zeer hoge energiedichtheid en vermogensdichtheid. Vergeleken met traditionele condensatoren en secundaire batterijen hebben supercondensatoren een hogere ladingsopslagcapaciteit dan gewone condensatoren, en hebben ze de kenmerken van snelle laad- en ontlaadsnelheid, hoog rendement, geen vervuiling van het milieu, lange levensduur, breed bedrijfstemperatuurbereik en hoge veiligheid. . Naast dat ze snel kunnen opladen en ontladen, is een ander belangrijk kenmerk van supercondensatoren hun lage impedantie. Dus wanneer een supercondensator volledig ontladen is, zal deze een kleine weerstandskarakteristiek vertonen, en als er geen limiet is, zal hij de mogelijke bronstroom trekken.

Daarom moet een lader met constante stroom of constante spanning worden gebruikt. Tien jaar geleden konden supercondensatoren slechts in zeer kleine hoeveelheden per jaar worden verkocht, en de prijs was erg duur, ongeveer 1 tot 2 dollar/farad. Nu zijn supercondensatoren in grote hoeveelheden als standaardproducten op de markt gebracht, en de prijs is sterk verlaagd, met een gemiddelde van 0,01. ~$0,02/farad. De afgelopen jaren zijn supercondensatoren in veel toepassingsgebieden terechtgekomen, zoals in de consumentenelektronica, de industrie en het transport. De structuur van supercondensatoren Hoewel er in de wereld veel fabrikanten van supercondensatoren zijn die vele soorten supercondensatorproducten kunnen leveren, zijn de meeste producten gebaseerd op een vergelijkbare elektrische dubbellaagse structuur. De structuur van supercondensatoren is vergelijkbaar met die van elektrolytische condensatoren. Zeer vergelijkbaar, hun grootste verschil is het elektrodemateriaal. De elektroden van de vroege supercondensatoren waren gemaakt van koolstof. Het koolstofelektrodemateriaal heeft een groot oppervlak en de capaciteit hangt af van de afstand tussen het oppervlak en de elektroden. Het kan erg groot zijn, de meeste supercondensatoren kunnen van Farad-niveau zijn en het algemene capaciteitsbereik is 1 ~ 5000F. Supercondensatoren gebruiken Supercondensatoren hebben een breed scala aan toepassingen. In combinatie met stoffen met een hoge energiedichtheid, zoals brandstofcellen, kunnen supercondensatoren zorgen voor een snelle energievrijgave om aan de hoge stroombehoefte te voldoen, waardoor brandstofcellen alleen als energiebron kunnen worden gebruikt. Momenteel kan de energiedichtheid van supercondensatoren oplopen tot 20 kW/kg, waardoor dit deel van de markt tussen traditionele condensatoren en batterijen begint te worden veroverd.

In toepassingen die een hoge betrouwbaarheid vereisen maar weinig energie vereisen, kunnen supercondensatoren worden gebruikt om batterijen te vervangen, of kunnen supercondensatoren en batterijen worden gecombineerd voor toepassingen met hoge energievereisten, zodat kleinere afmetingen kunnen worden gebruikt. , zuinigere batterijen. Supercondensatoren hebben zeer lage ESR-waarden, waardoor ze grote stromen kunnen genereren en snel grote stromen kunnen laten zinken. Vergeleken met het chemische oplaadprincipe maakt het werkingsprincipe van supercondensatoren de prestaties van dit product stabieler, en daarom is de levensduur van supercondensatoren langer. Supercondensatoren zijn een ideale stroombron voor apparaten die snel moeten worden opgeladen, zoals elektrisch gereedschap en speelgoed. Sommige producten zijn geschikt voor een hybride accu/supercondensatorsysteem. Het gebruik van supercondensatoren kan het gebruik van grote batterijen vermijden om meer energie te verkrijgen. Een voorbeeld zijn digitale camera's in de consumentenelektronica, waar het gebruik van supercondensatoren ervoor zorgt dat digitale camera's goedkope alkalibatterijen kunnen gebruiken (in plaats van dure Li-ionbatterijen). Het nominale spanningsbereik van supercondensatorcellen (cellen) is 2,5 tot 2,7 V, dus veel toepassingen vereisen het gebruik van meerdere supercondensatorcellen. Bij het in serie schakelen van deze cellen moet de ontwerpingenieur rekening houden met de balans en het opladen tussen de cellen. Elke supercondensator zal ontladen via de interne parallelle weerstand wanneer deze wordt bekrachtigd. Deze ontlaadstroom wordt lekstroom genoemd en heeft invloed op de zelfontlading van de supercondensator.

Net als bij sommige secundaire batterijtechnologieën moeten de spanningen van supercondensatoren in evenwicht worden gebracht wanneer ze in serie worden gebruikt, omdat er lekstroom is en de grootte van de interne shuntweerstand de spanningsverdeling over de in serie geschakelde supercondensatorcellen zal bepalen. Wanneer de spanning op de supercondensator stabiliseert, zal de spanning op elke eenheid veranderen met de lekstroom, en niet met de capaciteitswaarde. Hoe groter de lekstroom, hoe kleiner de nominale spanning, integendeel, hoe kleiner de lekstroom, hoe hoger de nominale spanning. Dit komt omdat de lekstroom ervoor zorgt dat de supercondensatorcel ontlaadt, waardoor de spanning daalt, wat op zijn beurt de spanningen van andere cellen in serie daarmee beïnvloedt (ervan uitgaande dat deze cellen in serie worden gevoed door dezelfde constante spanning). Om de variatie van de lekstroom te compenseren, is een gebruikelijke methode het parallel aansluiten van een weerstand naast elke eenheid om de lekstroom van de gehele eenheid te regelen. Deze methode vermindert effectief de variatie van de overeenkomstige parallelle weerstand tussen de eenheden.

Een andere aanbevolen methode is actieve celbalancering, waarbij elke cel actief wordt bewaakt en tegen elkaar wordt gebalanceerd wanneer er een spanningsverandering optreedt. Deze aanpak vermindert eventuele extra belasting van de unit, waardoor het werk efficiënter wordt. Als de spanning de nominale spanning van het apparaat overschrijdt, wordt de levensduur van het apparaat verkort. Voor zeer betrouwbare supercondensatoren is het een belangrijk punt om de spanning binnen het vereiste bereik te houden, en de laadspanning moet worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat deze de nominale spanning van elke cel niet overschrijdt.