Maxwell超级电容.ppt
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1、特卡特培训,By: 麦克斯维尔技术 - 圣地亚哥,About Maxwell,电容器制造始于1965 生产设施:欧美及亚洲,麦克斯维尔是创新、高能效储存及能源输送解决方案的领先开发者及生产者,Table of Content,什么时候我可以用超级电容? 什么事超级电容? 超级电容市场 超级电容应用 规范你的系统Sizing your System Sizing Examples 超级电容系统设计指引 摘要,什么时候我可以用超级电容?,需要高度可靠后备电力的应用。 1-60秒短时桥接电力,用于转换到第二个电源或顺序关闭 很好地补偿瞬时严重电压凹陷的优质电力 针对大瞬时高峰或电能浪涌的电力缓冲器
2、,电力 vs 能量,电力和能源有什么不同?,应用模型,Peak Power Shaving,超级电容提供尖峰电力 .,削减尖峰电力,Back-Up Power Support,超级电容提供尖峰电力 .还有后备电力.,后备电力,什么是超级电容?,超级电容的性能特性,超级电容的表现在传统电容器和电化学单元之间. 快充快放能力 高可逆过程, 10万个周期 能力比单元低 仅有单元能力的10% 能量比电解电容更高 出色的低温表现,什么是超级电容?,C = er A/d d最小化 A最大化 E = 1/2 CV2,超级电容是: 100年的老技术, 因现代材料而加强 基于电解质的极化、高表面积电极及极小的充
3、电点和分离 也就是电化学双层电容,技术比较,技术比较 (page 2),燃料单元,超级电容 vs 单元技术,超级电容市场,超级电容市场,已有产品 Available Products,含水电解质: ESMA, Elit, Evan, Skeleton Technologies and Tavrima 优势: 高电解导电率 不需紧密密封以隔离 低环境影响 弱势: 低分解电压 (1.23V) 窄的工作区间(水的冰点) 有机电解质: Maxwell Technologies, Panasonic, EPCOS, Ness Capacitors, ASAHI GLASS 优势: 高分解电压 宽的工作电
4、压 弱势: 低电解导电率 需要紧密密封,隔离湿气,超级电容应用,应用,汽车 14/42 V系统 HEV 电力子系统,牵引Traction 回复制动 电压稳定 柴油机启动,工业 电力质量 Pitch systems Actuators,消费电子 AMR PDAs 数码相机 对讲机 扫描器 玩具,小单元,大单元,电力机车包 制动能源收集 柴油机启动,今日市场,风电厂风浆系统 突发电力Burst power,牵引,工业,消费者,储能系统: 基站或在车上,SITRAS SES - 解决方案,优势: 通过减少一次能源消耗降低成本,应用: 交替送出储存的刹车能量,用于车辆再加速,解决方案: 可以提供基站式
5、或车上储存系统,SITRAS SES - 益处,庞巴迪运输系统的MITRAC,MITRAC energy saver,柴油发动机的启动 by Stadler,柴油引擎车辆用的超级电容模块 电压平衡的结实构造 容易放大以适应额外的启动电力 容易与现有机壳集成 容易使用,免维护,风力发电机变桨系统,现代风力涡轮机 由三叶可变速 涡轮构成 独立的机电 推动装置 控制和调节 旋翼桨叶 最新技术 uses the wind not only to produce wind energy but also for its own safety,变桨系统储能装置,每个变桨系统配有一个超级电容紧急供电装置 超
6、级电容因如下原因代表着一个理想的应急供能系统: 提高了安全水平 高可靠性 效率 可扩展性,75 V, 81 F 超级电容模块 4 模块串联驱动 300 V 3-5 MW风电场的变桨距系统,开关盒 包含2600F的 超级电容,能量单元驱动的叉车,装有能量单元的叉车 单元系统级超级电容模块,BOOSTCAP module: 48 BCAP0010 112 V, 55 F 40 kW 尖峰电力,超级电容在汽车上的应用,Distributed energy modules are located at the actuator level in the vehicle control hierarch
7、y in close proximity to the actuator power driver (should be within 18”).,带超级电容的能量单元,超级电容已被接受为燃料单元普通储能方式之一,每一个 全球主要车厂都在测试燃料单元 作为传动动力系统的替代方案之一。 所有值得关注的 燃料单元公司正在用或在试验采用超级电容作为系统的集成部分. 多家 主要汽车厂声明了将带超级电容的燃料单元作为他们的基本系统架构。本田和现代已经公开,其它和我们合作的还没有。,“利用超级电容使我们获得了能效优势,油门响应and throttle responsiveness over competi
8、tors that are pursuing the hybrid batteryfuel cell model” 本田汽车公司,Sizing Your System,数据表,数据表,如何检测超级电容,检测超级电容你需要: 双向电源 (supply/load) OR separate power supply and programmable load (constant current capable) voltage vs. time measurement and recording device (digital scope or other data acquisition) 电容和
9、电阻Capacitance and Resistance: 电容Capacitance = (Id * td)/(Vw - Vf) = (Id * td)/Vd ESR = (Vf - Vmin)/Id Vw = initial working voltage Vmin = minimum voltage under load Id = discharge current Vf = voltage 5 seconds after removal of load. td = time to discharge from initial voltage to minimum voltage,基本公
10、式,电容的定义: C = Q/V (1) Charge = current * time: Q = I*t C = I*t/V (1a) Solving for voltage: V = I*t/C (2) 动态电压: dV/dt = I/C (3) 储存能源 E = C*V2 (4) At initial voltage Vo, Eo = C*Vo2 At final voltage Vf, Ef = C*Vf2 Delivered energy = Eo Ef E = C*(Vo2 Vf2) (5),电压 & 电流 vs. 时间,C = 15 farad; Resr = 100 milli
11、ohm Vo = 48V; I = 30A,V = Q/C,dVesr = I*Resr,dV/dt = I/C ; dV = I*dt/C,dVtotal = I*dt/C + I*Resr,E = C*(Vo2 Vf2),基本模型,Series/Parallel configurations Changes capacitor size; profiles are the same 串联配置Series configurations Capacitance decreases, Series Resistance increases Cs=Ccell/(#of cells in serie
12、s) Rs=Rcell*(# of cells in series) 平行配置Parallel configurations Capacitance increases, Series Resistance decreases CP=Ccell*(# of cells in parallel) RP=Rcell/(# cells in parallel) 受控电流 Use output current profile to determine dV/dt dV = I * (dt/C + ESR) 受控电力 Several ways to look at this: Pterm = I*Vca
13、p I2*ESR (solve quadratic for I) I = Vcap - sqrt(Vcap2-4*ESR*Pterm)/(2*ESR) Solve for dV/dt as in current-controlled J=W*s=1/2CV2 Solve for C.,带单个储能装置的应用,Applications in which little total energy is required (i.e. memory backup) Possibly used with other energy sources Short duration, high power (i.e
14、. pulse transmit) Long duration, low power (i.e UPS backup) Opportunities for high charge rates (i.e toys),带两个储能装置的应用,Power vs. Energy design trade when using two components 单原件与双原件的比对 Engines/Fuel cells/Batteries/Solar Arrays are energy rich/power poor (or poor response) Size these components for e
15、nough energy, system may be limited in power Size these components for power, system may have surplus of energy Ultracapacitors are power rich/energy poor Size an ultracapacitor for enough energy, system may have a surplus of power Size an ultracapacitor for power, system may be limited in energy 双元
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