基于双层电容器的PowerBlock电容模组,使用寿命可超10年,维持100万次以上的充放电循环
无源器件,尤其是电容器,在当今不断发展,对电子技术的进步做出了不可或缺的贡献。我们每天都在使用创新的解决方案,越来越多的新功能通过电子器件检测,甚至控制。无源元件领域最新的创新之一是电化学双层电容器。基于电化学双层电解质体系中的Helmholtz储能原理,它可以吸收几千焦耳的能量,这相当于小型电池的储能。
实现原理
双层电容器的结构原理
双层电容器的结构可以描述为一种具有极大表面电极的平行板电容器。作为电极之间的导电液体,电解质是溶解在水或有机溶剂中的导电盐。双电层由离子组成,当施加电压时,这些离子附着在与其相对的两极对应的正极或负极上,从而产生一个只有几埃的介电常数。可渗透膜用作分隔物,从而避免电极之间短路。电极具有极大的表面导致了电容率会非常高。
级联PowerBlock模块
多个双层电容器可以通过串联或并联(级联)的方式构成所需电压的较大电容。级联时,不得超过单个电池的标称电压(电解液分解)。因此,串联连接在任何情况下都需要平衡,因为温度的影响,单个电池的老化可能稍有不同,随着时间的推移,可能会导致电容偏差,从而导致电池的电压降不同。
平衡装置在出厂前就安装到模块中。这种平衡装置非常经济有效,通过简单的电阻器就可以实现被动平衡。在这种情况下,旁路电流通过平衡电阻会带来一些附加损耗,当然这部分损耗是被接纳和允许的。或者,可以通过参考源将每个电池单元保持在特定电压来实现主动平衡。这意味着如果比较器电路一旦检测到存在电池过载,则旁路电阻器会启动个别电池的放电。
被动平衡:
无电阻:U与C成反比,容易产生局部过电压;
有电阻:U与R成正比,所以电压是固定的。
主动平衡:
比较器将电容器处的电压降与参考电压进行比较,并通过旁路电阻器进行开关放电,直到过电压下降(电池的泄漏电流除外)在主动平衡过程中不会产生大的损耗。
与其他储能解决方案相比的优势
一般来说,双层电容器用于电压支撑、快速供电(例如满足峰值功率要求)或电池保护,因此,当电容器缓冲电流峰值时,可以设计得更小。典型的应用是在直流电场中快速供应数个100A到1000A的电流。
基于双层电容器的WIMA PowerBlock电容模组结合了传统电容器作为快速电力供应源和电池作为巨大的能源存储器的优势。与电池储能相反,充电电压代表能量容量,因此电源块不会发生电压突然崩溃。
与传统电池和可充电电池解决方案相比,WIMA PowerBlock模块的其他优点还包括免维护操作和相对较轻的重量。因为WIMA PowerBlock模块耐高温变化,因此在隔离系统(例如不可接近的区域)中使用是无问题的。经过适当处理后,它们的使用寿命超过10年,可以轻松维持100万次以上的充放电循环,效率远高于90%。与其他存储介质相比,WIMA PoweBlock不存在完全放电破坏的风险。
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