Maxwell超级电容.ppt

特卡特培训 By 麦克斯维尔技术 圣地亚哥 AboutMaxwell 电容器制造始于生产设施 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 TableofContent 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SizingyourSystemSizingExamples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 电力vs能量 电力和能源有什么不同 应用模型 PeakPowerShaving 超级电容提供尖峰电力 削减尖峰电力 Back UpPowerSupport 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 erA dd最小化A最大化E 1 2CV2 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电点和分离也就是电化学双层电容 技术比较 技术比较 page2 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AvailableProducts 含水电解质 ESMA Elit Evan SkeletonTechnologiesandTavrima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 MaxwellTechnologies Panasonic EPCOS NessCapacitors ASAHIGLASS优势 高分解电压宽的工作电压弱势 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 42V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PitchsystemsActuators 消费电子AMRPDAs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Burstpower 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 可以提供基站式或车上储存系统 SITRAS SES 益处 庞巴迪运输系统的MITRAC MITRACenergysaver 柴油发动机的启动byStadler 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usesthewindnotonlytoproducewindenergybutalsoforitsownsafety 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 75V 81F超级电容模块4模块串联驱动300V3 5MW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 BOOSTCAPmodule 48BCAP0010112V 55F40kW尖峰电力 超级电容在汽车上的应用 Distributedenergymodulesarelocatedattheactuatorlevelinthevehiclecontrolhierarchyincloseproximitytotheactuatorpowerdriver shouldbewithin18 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andthrottleresponsivenessovercompetitorsthatarepursuingthehybridbattery fuelcellmodel 本田汽车公司 SizingYourSystem 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 ORseparatepowersupplyandprogrammableload constantcurrentcapable voltagevs timemeasurementandrecordingdevice digitalscopeorotherdataacquisition 电容和电阻CapacitanceandResistance 电容Capacitance Id td Vw Vf Id td VdESR Vf Vmin IdVw initialworkingvoltageVmin minimumvoltageunderloadId dischargecurrentVf voltage5secondsafterremovalofload td timetodischargefrominitialvoltagetominimumvoltage 基本公式 电容的定义 C Q V 1 Charge current time Q I tC I t V 1a Solvingforvoltage V I t C 2 动态电压 dV dt I C 3 储存能源E C V2 4 AtinitialvoltageVo Eo C Vo2AtfinalvoltageVf Ef C Vf2Deliveredenergy Eo Ef E C Vo2 Vf2 5 电压 电流vs 时间 C 15farad Resr 100milliohmVo 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 ParallelconfigurationsChangescapacitorsize profilesarethesame串联配置SeriesconfigurationsCapacitancedecreases SeriesResistanceincreasesCs Ccell ofcellsinseries Rs Rcell ofcellsinseries 平行配置ParallelconfigurationsCapacitanceincreases SeriesResistancedecreasesCP Ccell ofcellsinparallel RP Rcell cellsinparallel 受控电流UseoutputcurrentprofiletodeterminedV dtdV I dt C ESR 受控电力Severalwaystolookatthis Pterm I Vcap I2 ESR solvequadraticforI I Vcap sqrt Vcap2 4 ESR Pterm 2 ESR SolvefordV dtasincurrent controlledJ W s 1 2CV2SolveforC 带单个储能装置的应用 Applicationsinwhichlittletotalenergyisrequired i e memorybackup PossiblyusedwithotherenergysourcesShortduration highpower i e pulsetransmit Longduration lowpower i eUPSbackup Opportunitiesforhighchargerates i etoys 带两个储能装置的应用 Powervs Energydesigntradewhenusingtwocomponents单原件与双原件的比对Engines Fuelcells Batteries SolarArraysareenergyrich powerpoor orpoorresponse Sizethesecomponentsforenoughenergy systemmaybelimitedinpowerSizethesecomponentsforpower systemmayhavesurplusofenergyUltracapacitorsarepowerrich energypoorSizeanultracapacitorforenoughenergy systemmayhaveasurplusofpowerSizeanultracapacitorforpower systemmaybelimitedinenergy双元件TwocomponentsAprimarysourceforenergy UltracapacitorforpowerRequiresappropriatedefinitionofpeakpowervs continuouspower 超级电容的老化 Unlikebatteries Ultracapacitorsdonothaveahardendoflifecriteria Ultracapacitorsdegradationisapparentbyagraduallossofcapacitanceandagradualincreaseinresistance Endoflifeiswhenthecapacitanceandresistanceisoutoftheapplicationrangeandwilldifferdependingontheapplication Thereforelifepredictioniseasilydone 电容和ESRvs频率 CandESRTemperatureDependency BCAP自放电 BCAP循环能力 BCAPCycling 500 000cyclesbetween1 8and2 7V 100AESR 1Hz increase140 0 49to0 79mOhmCapacitancedecrease38 2760to1780F 30 comparedtoratedcapacitance BCAP直流寿命DCLife CapacitanceandESRvariationatU T 40 C BCAPDCLife CapacitanceandESRvariationatU T 65 C 选型举例 Examplesizing 1 定义系统需要15Wdeliveredfor10seconds10Vmax 5Vmin2 确定总能量需求 J WS 10W 10sec 150Ja DetermineCapacitancebasedon J 1 2CV2b Substitutetheenergyfromabove 150J 1 2C Vmax2 Vmin2 c SolveforC C 300 102 52 4F3 加20 40 安全余量以覆盖I2R损失Csystem 4 8F4 计算串联组中需要多少个单元 因为最高单元电压 2 5V 10V 2 5V 串联组中需要4个单元5 Calculatecell levelcapacitanceC Csys ofseriescells 4 8F 4 19 2Fper2 5V cell 6 计算并联单元的数量 我们将假定一个10F单元 inparallel 19 2 10F 2x10Fcellsinparallel 产品策略 可提供的产品组合 Enhanceapplicationcosteffectivenessbyfillingtheproductportfolioladder Initialfocus MCSeries 3000F 2600F 2000F 1500F 1200F 650F 电力梯级 3000F 2600F 2000F 1500F 1200F 650F 能源梯级 11个新的超级电容单元 MC系列用新产品组合 能源Energy 电力Power 29个新产品 设计一个超级电容系统的指引 超级电容单元的平衡 为什么要有单元平衡 AchievecelltocellvoltagebalanceAccountsforvariationsincapacitanceandleakagecurrent initialchargeandvoltagedependentoncapacitance sustainedvoltagedependentonleakagecurrentReducesvoltagestressonanindividualcellIncreaseoverallreliabilityoftheindividualcells 超级电容单元的平衡 如何进行单元平衡 Resistormethod resistorplacedinparallel resistorvaluecalculatedat10 xleakagecurrentforslowbalance 100 xforfasterbalance goodforlowcyclewhenefficiencyorstandbylossnotanissue SurfaceMountResistorforlowdutycycleapplication 超级电容单元的平衡 Activemethod usesemiconductorstolimitorbalancevoltagebetweencells bestforhighdutycycleorwhenefficiencyandstandbylossfromleakagecurrentareimportant highestcellreliabilityoption Activecelltocellbalancecircuit 单元平衡 低成本Scalablebalancecurrent10mA 300mAcircuits很低的quiescentcurrent 20 A Noon offrequired模块化安装NcellsrequiresN 1circuits电压独立 2600Fcells 4inSeries 300mAbalancerfor50 60mm cells 10mAbalancerfor5F 10Fcells 单元平衡 Threecellswithonecellbalancingresistorremoved 超级电容的并组 为什么要并组 EnsurepropermechanicalstressEnsurerobustlowresistanceinterconnectEnsureproperelectricalisolationEnsureproperthermalconsiderationsEnsureagencycomplianceIncreaseoverallcellreliabilityReduceoreliminatemaintenancerequirements 电容单元的并组 如何并组单元 Careshouldbetakenfortheelectricalinterconnect afewkeyguidelinestofollow Donotovertorque Overtorqueattheterminalsmaycauseinternalfailureofcontactpoints Forexample theMaxwellBCAPspecificationis100in lbsUsesimilarconductormetalinterconnectbusbarstoeliminategalvaniccorrosion Goodsurfacetosurfacecontactwillreduceinter cellresistance reducingvoltagedropandtemperaturestress HowtoPackageCells Celltocellspacingshouldtakeintoconsiderationtwokeypointsandcanbeaccomplishedbythedesignoftheinterconnectorthecellbalancer Dependingonthecellsomepartoftheoutercasemaybeelectricallythesameasoneoftheterminals ensureelectricalisolationandwatchforrubbingcomponentsthatmaywearthroughultracapacitorinsulation donotremovethefactory