鉅大LARGE | 點擊量：2687次 | 2018年06月26日
后備電源新寵--法拉電容如何讓鋰電池走向末路
在環境污染變本加厲的今天,越來越多的人認識到:人類屬于地球,但地球不屬于人類.所以環保產品將會成為這個世紀的新寵兒,更加受到人們的青睞!
法拉電容替代鋰電池已是大勢所趨,也必將帶來行業革命!很多人對法拉電容的用途還不太了解,它主要用于后備電源脈沖功率補償等,專業替代鋰電池,環保而且壽命長.以下為其已經應用比較成熟的主要領域:
超級電容器在智能水表上的應用
一、在智能水表中的應用(組合5.0V/0.47F或5.5V/1F)
傳統的智能水表,在控制水閥開啟和關斷時,普遍采用的方法是內裝鋰電池.鋰電池的優點在于重量輕、能量大、自放電率低等.雖然如此,由于智能水表都沒有設計再充電電路,鋰電池使用到一定時間后,將無法為控制電路提供能量,不得不更換電池.上門為用戶更換電池或水表,這對于水表生產廠家和自來水公司來說都是一件繁瑣的事.更危險的是,電池電量不足的情況出現是隨機的,如果不精確和及時的監測電池電量,將無法可靠的關斷水閥,造成無法計費、逃水現象等情況出現.這是內部安裝了鋰電池的智能水表的致命缺點,直接影響到它的推廣和使用.為了解決這一制約智能水表發展的瓶頸問題,可以用超級電容代替鋰電池應用于智能水表.超級電容是一種無源器件,介于電池與普通電容之間,具有電容的大電流快速充放電特性,同時也有電池的儲能特性,并且重復使用壽命長,放電時利用移動導體間的電子(而不依靠化學反應)釋放電流,從而為設備提供電源.這種方案是用超級電容替換鋰電池,封裝在水表中,同時外接干電池供電.平時干電池提供水表電路所需能量和對超級電容充電,在需要開啟水閥時,先檢測超級電容是否存儲足夠能量,如果沒有存儲足夠能量,將不開啟水閥,當檢測它存儲足夠能量時,由外接干電池提供能量將水閥開啟;在需要關斷水閥時,如果外接電池不能提供能量將水閥關斷,那么超級電容將在此刻提供能量來關斷水閥.如同一個儲水箱,平時將水存儲起來,在停水時提供必要的水.
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
圖2是應用示意圖.正常情況下,電池通過電阻R、二級管D1向負載和超級電容充電.電阻R的作用是限制電流過大,因為超級電容內阻很小,充電時電流較大可能造成電池損壞.二級管D1防止反向電流.當電池電壓過低,或突然斷電時(如取下電池),由超級電容繼續為電路提供電源,同時,超級電容存儲的能量足以關斷閥門.
超級電容在智能電表上的應用
目前,國內電度表功能日益智能化,在這個網絡信息高速發展的時代,以前上門查電收費的方式在一步一步被網絡查看用電信息,銀行交費的方式所取代,因此長期數據保存及顯示功能是不可缺少的,現在大部分電表中采用的是各種電池來給時鐘芯片和斷電保護提供電源,通過對超級電容器特性的研究使用超級電容器完全可以實現該功能,并且比使用電池更有優勢.
超級電容與電池進行比較,有如下一些明顯特性:
1、超低串聯等效電阻(ESR),功率密度(PowerDensity)是鋰離子電池的數十倍以上,適合大電流放電.
2、超長壽命,充放電大于50萬次,是鋰離子電池的500倍,是鎳氫和鎳鎘電池的1000倍,如果對超級電容每天充放電20次,連續使用可達68年.
3、可以大電流充電,充放電時間短,對充電電路要求簡單,無記憶效應,超級電容器充電是雙電層充放電的物理過程或是電極物質表面的快速、可逆的化學過程,可采用大電流充電,能在幾十秒到數分鐘內完成充電過程,是真正意義上的快速充電.而蓄電池則需要數小時完成充電,采用快速充電也需要幾十分鐘.
4、溫度范圍寬-40~+70℃.
5、體積小,外形緊湊,便于安裝,節省空間,免維護,可密封.
6、可以在完全放電狀態下存儲,而過度放電對許多充電電池都是有害的;
7、使用安全、方便、綠色環保對環境無害.
圖1是超級電容器為可以作為電表時鐘顯示的芯片DS1302作后備電源的電路圖,DS1302的Vcc1接主電源,Vcc2接超級電容正極,針對不同的電源備份系統,如可選擇不同的超級電容.由此原理可以用超級電容器還可應用在對單片機,觸摸屏等需要時鐘保持或數據的保持電路中.
超級電容在太陽能光伏產品上的應用:
隨著全球能源的不斷緊缺如何節能、環保成為世界的主題,太陽能是無處不有、取之不盡、用之不竭的理想的清潔能源.超級電容是近些年興起的綠色儲能元件,因此超級電容器太陽能燈必將成為綠色照明中的主力軍.由于無需安裝其它電源.主動發光而且能夠根據光的強弱控制燈的開關.可以安裝在小區,廣場,步行街等場所.
超級電容器太陽能燈器件選擇
1、光源的選擇
LED有壽命長,節能,安全,綠色,環保等顯著優點.LED的壽命可以長達10萬小時以上,工作電壓也很低,很適合與太陽能配合使用.顏色也有多種.數量可根據需要照明的亮暗程度調整.由于LED的離散性很大,同一型號也有很大差別,并聯時需均流.我們選擇額定電壓為3V,額定電流為20ma的中亮的LED作為光源,顏色為白色.也可選擇其他顏色有綠,藍,紫.也可選擇超高亮度的LED.
2、超級電容的選擇
由于太陽能電池輸入電壓不穩定,同時太陽能燈當周圍光線弱時才發光,必須配備蓄電裝置.但是由于現在的蓄電池的壽命短,,有污染而且太陽能電池和LED燈的壽命都在10年以上,這樣由于蓄電池的壽命與太陽能電池和LED燈的差距給整個草坪燈系統的維護帶來了麻煩.并且蓄電池還需要過充過放保護,并且其化學結構使其不能大電流充電,所以我們選擇超級電容器做為儲能裝置.超級電容器是最近幾年才興起的一種儲能裝置,.他的功率性能要比蓄電池好的多,充電速度快,不存在過放的問題,壽命長充放電可以達到數十萬次,它是一種綠色能源;并且超級電容器可焊接,因而不存在蓄電池那樣的不牢固現象.
超級電容器太陽能燈電路設計
太陽能燈可由控制電路、升壓穩壓電路、光控電路構成電路結構入圖1所示.
一、控制電路
1、充電穩壓電路
由于太陽能電池的電壓會隨著光照的強度變化不穩定,會對電容造成損害,所以需要在充電系統中設計穩壓電路.
2、防止反充電控制電路
防止反充電路保證在太陽能電池輸出電壓低于超級電容的電壓時,超級電容不會反向充點給太陽能電池,以免造成不必要的能量損耗.
二、LED驅動升壓穩壓電路
由于選用的LED額定電壓為3V,而我們超級電容的單只電壓為2.5V,低于3V因此需要有升壓電路來驅動LED.市場上這種DC/DC種類很多.還有專門為太陽能產品生產的DC/DC.
三、光控電路
由于太陽能草坪燈需要光控開關來控制LED,當周圍的光線變暗時,點亮LED,光線變亮時關閉LED.可以采用太陽能電池作為光敏開關,因其光特性比光敏電阻要好.
該設計主要適用于各種裝飾燈,草坪燈等小功率的太陽能照明裝置.在光控電路中加上脈沖觸發器后可以使LED閃爍,可以用做太陽能道釘燈等.
超級電容器在混合動力汽車中的應用
電動汽車發展到今天,主要的瓶頸就是蓄電池的問題.傳統的蓄電池(如鉛酸電池)由于功率密度偏低,不能滿足車輛的頻繁地起步、加速和制動工況的要求,而且由于加速時浪費了過多的能量,致使車輛的行駛里程也不能滿足要求.在正常行駛時,電動汽車從蓄電池中吸取的平均功率相當低,而加速和爬坡時的峰值功率又相當高,一輛高性能的電動汽車的峰值功率與平均功率之比可達到16:1.事實上,電動汽車行駛中用于加速和爬坡時所消耗的能量占到總能耗的2/3.在現有的電池技術條件下,蓄電池必須在比能量和比功率以及比功率和循環壽命之間做出平衡,而難以在—套能源系統上同時追求高比能量、高比功率和長壽命.蓄電池與超級電容器混合動力車的出現很好的解決解決了電動汽車續駛里程與加速爬坡性能之間的矛盾.其中由蓄電池提供最佳的續駛里程,而由超級電容在加速和爬坡需要大功率時提供短時的輔助動力.超級電容的能量可以直接取自蓄電池,也可以在電動汽車剎車或下坡時回收可再生的動能.
在蓄電池與超級電容器配合使用中要注意的是,蓄電池電的輸出功率應與車輛平均行駛功率需求相當,而超級電容器輸出高于平均功率需求的功率并且可吸收再生能量.當車輛的實際行駛功率需求高于超級電容的最大功率時．多余部分由蓄電池提供.超級電容由再生能量為其充電,若沒有充足電,剩余部分由蓄電池在車輛低勸率行駛時進行補充.當超級電容充滿電時,再生制動能量為蓄電池充電.在蓄電池和超級電容之間采用兩象限DC-DC變換器控制它們之間的功率分配,并限制蓄電池在車輛低功率行駛時對超級電容的充電率.若沒有DC-DC變換器,則蓄電池和超級電容將只有相同的電壓,導致超級電容僅在蓄電池發生快速變化時輸出和接受功率,減弱廠超級電容的負載均衡作用.
加裝超級電容還解決了低溫啟動困難的問題,鉛酸蓄電池的低溫性能也較差,在—40℃時它的電流輸出能力約是常溫時的1/10左右.所以造成了機動車的低溫啟動困難.而超級電容的正常工作溫度在-40℃至+70℃之間.機動車在-15℃時啟動已經困難,而用超級電容器即使是在-30℃時,仍能順利啟動.
超級電容器適用于用汽、柴油發動機的低溫啟動.可用于汽車、內燃機車、坦克、飛機、輪船、工程設備等使用內燃機的領域.
由于現在石油價格的飛漲,國外一些汽車企業已經把超級電容應用到汽車上,汽車在下坡時把能量以電能的方式儲存起來,在爬坡時或需要大功率時釋放出來.這樣就降低了使用成本.這種方式不僅可以用在機動車上面,還可以用在電動自行車領域.
上一篇：法拉電容相對鋰電池有哪些優勢？
