Maxwell超级电容-PPT文档资料

特卡特培训By:麦克斯维尔技术-圣地亚哥特卡特培训By:AboutMaxwell电容器制造始于1965maxwell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认证:ISO9001:2000ISO/TS16949ISO9002AboutMaxwell电容器制造始于1965认证:ISOTableofContent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TableofContent什么时候我可以用超级电容?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。电力vs能量电力和能源有什么不同?电力vs能量电力和能源有什么不同?应用模型应用模型PeakPowerShaving超级电容提供尖峰电力...可获得电力需要的电力超级电容尖峰电力削减尖峰电力PeakPowerShaving超级电容提供尖峰电力.Back-UpPowerSupport超级电容提供尖峰电力… ...还有后备电力.需要的电力可获得的电力超级电容后备电力后备电力Back-UpPowerSupport超级电容提供尖峰电什么是超级电容?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什么是超级电容?C=erA/dd最小化A最大化E=1/2CV2电解质金属箔电解质ECDL分离器

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电极电解质ECDL分离器什么是超级电容?C=erA/d电解质金属箔电解质ECD技术比较技术比较技术比较(page2)0,010,1110100100010100100010000动力或电力密度/[W/kg]能量密度/[Wh/kg]双层电容器10h1h0,1h36sec3,6sec0,36sec36msec铅酸单元

Ni/CdLi-单元Al-ElcoU/C燃料单元技术比较(page2)0,010,11101001000超级电容vs单元技术超级电容vs单元技术超级电容市场超级电容市场超级电容市场超级电容全球市场消费品数码相机PDA玩具记忆备份应急电源UPS风力发电工业固定式燃料单元自动化/机器人运输电动巴士/卡车发动机启动轻量电动车当地电力铁路超级电容市场超级电容全球市场消费品数码相机PDA玩具记忆备份已有产品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，隔离湿气已有产品AvailableProducts含水电解质:超级电容应用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

玩具小单元大单元应用汽车牵引Traction工业消费电子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小单元应用

Digitalcameras,AMR,Actuators,Memoryboards牵引工业消费者

电力机车包

制动能源收集今日市场风电厂风浆系统

突发电力BuMaxwell超级电容-PPT文档资料储能系统:基站或在车上时间t11号车刹车

储能系统储存刹车能量时间t22号车加速

储能系统放出能量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储能系统:时间t1时间t2SITRAS®SES-SITRAS®SES-益处SITRAS®SES-益处庞巴迪运输系统的MITRACMITRACenergysaver庞巴迪运输系统的MITRACMITRACenergys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，免维护柴油发动机的启动byStadler柴油引擎车辆用的超级电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风力发电机变桨系统现代风力涡轮机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的超级电容变桨系统储能装置75V,81F超级电容模块开关盒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尖峰电力能量单元驱动的叉车BOOSTCAPmodule:超级电容在汽车上的应用

Distributedenergymodulesarelocatedattheactuatorlevelinthevehiclecontrolhierarchyincloseproximitytotheactuatorpowerdriver (shouldbewithin18”).超级电容在汽车上的应用Distributedenergy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SizingYourSystemSizingYourSystem数据表数据表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

separatepowersupplyandprogrammableload(constantcurrentcapable)

voltagevs.timemeasurementandrecordingdevice(digitalscopeorotherdataacquisition)

电容和电阻CapacitanceandResistance:电容Capacitance=(Id*td)/(Vw-Vf)=(Id*td)/Vd

ESR=(Vf-Vmin)/Id

Vw=initialworkingvoltage

Vmin=minimumvoltageunderload

Id=dischargecurrent

Vf=voltage5secondsafterremovalofload.

td=timetodischargefrominitialvoltagetominimumvoltage如何检测超级电容检测超级电容你需要:基本公式电容的定义: C=Q/V(1)

Charge=current*time:Q=I*t C=I*t/V(1a)

Solvingforvoltage:

V=I*t/C(2)动态电压:

dV/dt=I/C(3)储存能源

E=½C*V2(4) AtinitialvoltageVo, Eo=½C*Vo2 AtfinalvoltageVf, Ef=½C*Vf2Deliveredenergy=Eo–Ef

ΔE=

½C*(Vo2–Vf2)(5)基本公式电容的定义: C=Q/V(1)

Charge电压&电流vs.时间C=15farad;Resr=100milliohm

Vo=48V;I=30A-5-4-3-2-10123456789101112131415Time(sec)20253035404550Voltage(V)05101520253035404550Current(A)-

Resr

++C-iVoltageCurrentVoVminVfV=Q/CdVesr=I*ResrdV/dt=I/C;dV=I*dt/CdVtotal=I*dt/C+I*ResrΔE=

½C*(Vo2–Vf2)电压&电流vs.时间C=15farad;Re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/dt dV=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.基本模型Series/Parallelconfigurat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)带单个储能装置的应用Applicationsinwhic带两个储能装置的应用Powervs.Energydesigntrade

whenusingtwocomponents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带两个储能装置的应用Powervs.Energydes超级电容的老化Unlikebatteries,Ultracapacitorsdonothaveahardendoflifecriteria.Ultracapacitorsdegradationisapparentbyagraduallossofcapacitanceandagradualincreaseinresistance.Endoflifeiswhenthecapacitanceandresistanceisoutoftheapplicationrangeandwilldifferdependingontheapplication.Thereforelifepredictioniseasilydone.超级电容的老化Unlikebatteries,Ultra电容和ESRvs频率电容和ESRvs频率CandESRTemperatureDependencyCandESRTemperatureDependenBCAP自放电BCAP自放电BCAP循环能力BCAP循环能力BCAPCycling500’000cyclesbetween1.8and2.7V,100AESR(1Hz)increase140%(0.49to0.79mOhmCapacitancedecrease38%(2760to1780F),30%comparedtoratedcapacitanceBCAPCycling500’000cyclesbetBCAP直流寿命DCLife CapacitanceandESRvariationatU,T=40°CBCAP直流寿命DCLife CapacitanceBCAPDCLifeCapacitanceandESRvariationatU,T=65°CBCAPDCLifeCapacitanceandE选型举例选型举例

Examplesizing1)定义系统需要15Wdeliveredfor10seconds10Vmax;5Vmin2)确定总能量需求: J=WS=10W*10sec=150J a)DetermineCapacitancebasedon: J=1/2CV2 b)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-levelcapacitance C=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

Examplesizing1)定义系统需要产品策略产品策略可提供的产品组合Enhanceapplicationcosteffectivenessbyfillingtheproductportfolioladder-Initialfocus:MCSeries3000F2600F2000F1500F1200F650F电力梯级3000F2600F2000F1500F1200F650F能源梯级11个新的超级电容单元可提供的产品组合EnhanceapplicationcoMC系列用新产品组合

能源Energy电力Power29个新产品MC系列用新产品组合能源Energy电力Power29个新设计一个超级电容系统的指引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为什么要有单元平衡?超级电容单元的平衡如何进行单元平衡?Resistormethod,resistorplacedinparallel,resistorvaluecalculatedat10xleakagecurrentforslowbalance,100xforfasterbalance,goodforlowcyclewhenefficiencyorstandbylossnotanissueSurfaceMountResistorforlowdutycycleapplication超级电容单元的平衡如何进行单元平衡?SurfaceMoun超级电容单元的平衡Activemethod,usesemiconductorstolimitorbalancevoltagebetweencells,bestforhighdutycycleorwhenefficiencyandstandbylossfromleakagecurrentareimportant,highestcellreliabilityoptionActivecelltocellbalancecircuit超级电容单元的平衡Activemethod,usese单元平衡Lowcapacitance,

highleakagecellNotehighandlowpoints;

lowcapacitancecell1.5hoursofVehiclecycling(~200A)

低成本Scalablebalancecurrent10mA,300mAcircuits

很低的quiescentcurrent(<20µA)Noon/offrequired

模块化安装NcellsrequiresN-1circuits

电压独立2600Fcells;4inSeries300mAbalancerfor50&60mmØcells10mAbalancerfor5F&10Fcells单元平衡Lowcapacitance,

highleak单元平衡Threecellswithonecellbalancingresistorremoved:单元平衡Threecellswithonecell超级电容的并组为什么要并组?EnsurepropermechanicalstressEnsurerobustlowresistanceinterconnectEnsureproperelectricalisolationEnsureproperthermalconsiderationsEnsureagencycomplianceIncreaseoverallcellreliabilityReduceoreliminatemaintenancerequirements超级电容的并组为什么要并组?电容单元的并组如何并组单元?Careshouldbetakenfortheelectricalinterconnect,afewkeyguidelinestofollow:Donotovertorque.Overtorqueattheterminalsmaycauseinternalfailureofcontactpoints.Forexample,theMaxwellBCAPspecificationis100in.-lbsUsesimilarconductormetalinterconnectbusbarstoeliminategalvaniccorrosion.Goodsurfacetosurfacecontactwillreduceinter-cellresistance,reducingvoltagedropandtemperaturestress电容单元的并组如何并组单元?HowtoPackageCells?Celltocellspacingshouldtakeintoconsiderationtwokeypointsandcanbeaccomplishedbythedesignoftheinterconnectorthecellbalancer:Dependingonthecellsomepartoftheoutercasemaybeelectricallythesameasoneoftheterminals,ensureelectricalisolationandwatchforrubbingcomponentsthatmaywearthroughultracapacitorinsulation,donotremovethefactoryinstalledinsulatorsleeveSomeairspacebetweenthecellsallowsconvectioncoolingviaairflowimprovingreliability,dependsoncycletime,shortdurationhighcycleapplicationsmayrequireforcedairorothercoolingmethodUltracapacitorPackagingHowtoPackageCells?Ultracapa超级电容的并组电绝缘铝质AluminumInterconnectProperTorqueandHardware超级电容的并组电绝缘铝质AluminumProperTo总结总结优点总结CalendarLife取决于平均电压和温度CycleLife取决于平均电压和温度Chargeacceptance充电和放电一样快,limitedonlybyheating温度高温;没有热击穿低温;-40°C优点总结CalendarLife优点总结没有固定的VocControlFlexibility;context-dependentvoltageispermittedPowerSourcevoltagecompatibilityExamples;Fuelcells,Photovoltaics无最小电压Vmin单元壳放电到0V.控制安全，不会过充安全服务单元电压的管理Onlyrequiredtopreventindividualcellover-voltage充电状态&健康状态StateofChargeequalsVocDynamicmeasurementsforCandESR=StateofHealth不需要历史数据优点总结没有固定的Voc有用的一些链接UsefullinksonMaxwellTechnologiesWeb-site:WhitePapersTechnologyOverviewSizingworksheetApplicationNotesDataSheetsmaxwell

有用的一些链接UsefullinksonMaxwell特卡特培训By:麦克斯维尔技术-圣地亚哥特卡特培训By:AboutMaxwell电容器制造始于1965maxwell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认证:ISO9001:2000ISO/TS16949ISO9002AboutMaxwell电容器制造始于1965认证:ISOTableofContent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TableofContent什么时候我可以用超级电容?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。电力vs能量电力和能源有什么不同?电力vs能量电力和能源有什么不同?应用模型应用模型PeakPowerShaving超级电容提供尖峰电力...可获得电力需要的电力超级电容尖峰电力削减尖峰电力PeakPowerShaving超级电容提供尖峰电力.Back-UpPowerSupport超级电容提供尖峰电力… ...还有后备电力.需要的电力可获得的电力超级电容后备电力后备电力Back-UpPowerSupport超级电容提供尖峰电什么是超级电容?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什么是超级电容?C=erA/dd最小化A最大化E=1/2CV2电解质金属箔电解质ECDL分离器

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电极电解质ECDL分离器什么是超级电容?C=erA/d电解质金属箔电解质ECD技术比较技术比较技术比较(page2)0,010,1110100100010100100010000动力或电力密度/[W/kg]能量密度/[Wh/kg]双层电容器10h1h0,1h36sec3,6sec0,36sec36msec铅酸单元

Ni/CdLi-单元Al-ElcoU/C燃料单元技术比较(page2)0,010,11101001000超级电容vs单元技术超级电容vs单元技术超级电容市场超级电容市场超级电容市场超级电容全球市场消费品数码相机PDA玩具记忆备份应急电源UPS风力发电工业固定式燃料单元自动化/机器人运输电动巴士/卡车发动机启动轻量电动车当地电力铁路超级电容市场超级电容全球市场消费品数码相机PDA玩具记忆备份已有产品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，隔离湿气已有产品AvailableProducts含水电解质:超级电容应用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

玩具小单元大单元应用汽车牵引Traction工业消费电子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小单元应用

Digitalcameras,AMR,Actuators,Memoryboards牵引工业消费者

电力机车包

制动能源收集今日市场风电厂风浆系统

突发电力BuMaxwell超级电容-PPT文档资料储能系统:基站或在车上时间t11号车刹车

储能系统储存刹车能量时间t22号车加速

储能系统放出能量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储能系统:时间t1时间t2SITRAS®SES-SITRAS®SES-益处SITRAS®SES-益处庞巴迪运输系统的MITRACMITRACenergysaver庞巴迪运输系统的MITRACMITRACenergys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，免维护柴油发动机的启动byStadler柴油引擎车辆用的超级电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风力发电机变桨系统现代风力涡轮机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的超级电容变桨系统储能装置75V,81F超级电容模块开关盒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尖峰电力能量单元驱动的叉车BOOSTCAPmodule:超级电容在汽车上的应用

Distributedenergymodulesarelocatedattheactuatorlevelinthevehiclecontrolhierarchyincloseproximitytotheactuatorpowerdriver (shouldbewithin18”).超级电容在汽车上的应用Distributedenergy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SizingYourSystemSizingYourSystem数据表数据表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

separatepowersupplyandprogrammableload(constantcurrentcapable)

voltagevs.timemeasurementandrecordingdevice(digitalscopeorotherdataacquisition)

电容和电阻CapacitanceandResistance:电容Capacitance=(Id*td)/(Vw-Vf)=(Id*td)/Vd

ESR=(Vf-Vmin)/Id

Vw=initialworkingvoltage

Vmin=minimumvoltageunderload

Id=dischargecurrent

Vf=voltage5secondsafterremovalofload.

td=timetodischargefrominitialvoltagetominimumvoltage如何检测超级电容检测超级电容你需要:基本公式电容的定义: C=Q/V(1)

Charge=current*time:Q=I*t C=I*t/V(1a)

Solvingforvoltage:

V=I*t/C(2)动态电压:

dV/dt=I/C(3)储存能源

E=½C*V2(4) AtinitialvoltageVo, Eo=½C*Vo2 AtfinalvoltageVf, Ef=½C*Vf2Deliveredenergy=Eo–Ef

ΔE=

½C*(Vo2–Vf2)(5)基本公式电容的定义: C=Q/V(1)

Charge电压&电流vs.时间C=15farad;Resr=100milliohm

Vo=48V;I=30A-5-4-3-2-10123456789101112131415Time(sec)20253035404550Voltage(V)05101520253035404550Current(A)-

Resr

++C-iVoltageCurrentVoVminVfV=Q/CdVesr=I*ResrdV/dt=I/C;dV=I*dt/CdVtotal=I*dt/C+I*ResrΔE=

½C*(Vo2–Vf2)电压&电流vs.时间C=15farad;Re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/dt dV=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.基本模型Series/Parallelconfigurat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)带单个储能装置的应用Applicationsinwhic带两个储能装置的应用Powervs.Energydesigntrade

whenusingtwocomponents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带两个储能装置的应用Powervs.Energydes超级电容的老化Unlikebatteries,Ultracapacitorsdonothaveahardendoflifecriteria.Ultracapacitorsdegradationisapparentbyagraduallossofcapacitanceandagradualincreaseinresistance.Endoflifeiswhenthecapacitanceandresistanceisoutoftheapplicationrangeandwilldifferdependingontheapplication.Thereforelifepredictioniseasilydone.超级电容的老化Unlikebatteries,Ultra电容和ESRvs频率电容和ESRvs频率CandESRTemperatureDependencyCandESRTemperatureDependenBCAP自放电BCAP自放电BCAP循环能力BCAP循环能力BCAPCycling500’000cyclesbetween1.8and2.7V,100AESR(1Hz)increase140%(0.49to0.79mOhmCapacitancedecrease38%(2760to1780F),30%comparedtoratedcapacitanceBCAPCycling500’000cyclesbetBCAP直流寿命DCLife CapacitanceandESRvariationatU,T=40°CBCAP直流寿命DCLife CapacitanceBCAPDCLifeCapacitanceandESRvariationatU,T=65°CBCAPDCLifeCapacitanceandE选型举例选型举例

Examplesizing1)定义系统需要15Wdeliveredfor10seconds10Vmax;5Vmin2)确定总能量需求: J=WS=10W*10sec=150J a)DetermineCapacitancebasedon: J=1/2CV2 b)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-levelcapacitance C=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

Examplesizing1)定义系统需要产品策略产品策略可提供的产品组合Enhanceapplicationcosteffectivenessbyfillingtheproductportfolioladder-Initialfocus:MCSeries3000F2600F2000F1500F1200F650F电力梯级3000F2600F2000F1500F1200F650F能源梯级11个新的超级电容单元可提供的产品组合EnhanceapplicationcoMC系列用新产品组合

能源Energy电力Power29个新产品MC系列用新产品组合能源Energy电力Power29个新设计一个超级电容系统的指引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为什么要有单元平衡?超级电容单元的平衡如何进行单元平衡?Resistormethod,resistorplacedinparallel,resistorvaluecalculatedat10xleakagecurrentforslowbalance,100xforfasterbalance,goodforlowcyclewhenefficiencyorstandbylossnotanissueSurfaceMountResistorforlowdutycycleapplication超级电容单元的平衡如何进行单元平衡?SurfaceMoun超级电容单元的平衡Activemethod,usesemiconductorstolimitorbalancevoltagebetweencells,bestforhighdutycycleorwhenefficiencyandstandbylossfromleakagecurrentareimportant,highestcellreliabilityoptionActivecelltocellbalancecircuit超级电容单元的平衡Activemethod,usese单元平衡Lowcapacitance,

highleakagecellNotehighandlowpoints;

lowcapacitancecell1.5hoursofVehiclecycling(~200A)

低成本Scalablebalancecurrent10mA,300mAcircuits

很低的quiescentcurrent(<20µA)Noon/offrequired

模块化安装NcellsrequiresN-1circuits

电压独立2600Fcells;4inSer