电源管理解决方案:混合电容器的恒压(CV)脉冲充电(下)

充電電壓(無溫度補償) 

ENYCAP 196 HVC 混合儲能電容器沒有溫度補償也能充電。這些情況下應考慮一些約束條件,以便在必須支援極寬溫度範圍時延長使用壽命。如果充電電壓完全不可調節,則應設置充電的上限電壓及溫度限值;通常可設置為每電芯 1.4V 和 60°C(圖 2)。在較低溫度時使用該固定電壓進行充電不會損害電芯。但在較低溫度時,充電效率降低且混合電容器無法滿充。 

圖 2 顯示了在僅能提供每電芯 1.4V 充電電壓情況下的局限。

如能提供兩種或三種充電電壓,則有可能在整個溫度範圍上實現逐步逼近(見圖 3)

脈衝充電法

流程圖

開路電壓檢查

 必須定時測量開路電壓(OCV)。如果每個電芯的開路電壓低於 1.29V,則必須施加初次充電迴圈(見圖 1)。每秒測量一次已經足夠。根據電路情況,增加測量次數會造成額外的漏電流,應避免出現這種情況。

 

正常工作/維護充電 

短時充電脈衝(通常每隔約 6-12 小時持續 1-3 分鐘)會使混合電容器充電並補償自放電(典型性質見圖 5,示例見圖 6)。控制維護充電及充電量的最簡單方法是使用計時器。每個充電脈衝過後,OVC 將在“源 OFF ”階段期間“休息”(relax)。

這種脈衝充電(或稱間歇充電)模式是可能的,因為 ENYCAP 196 HVC 混合電容器的電荷保持力(低自放電率)優於傳統雙電層電容器。

圖 5–典型的維護充電– 充電脈衝使荷電狀態處於定義的高水準。OVC 休息取決於荷載情況和自放電。對於典型的後備應用,荷電狀態必須高到足以滿足電能需求。

 

關於總工作時間,非常短的充電週期可增加充電效率和最小化總過充電量。間歇或脈衝充電使用這些優勢來最大化儲能元件的壽命。70% 以上的荷電狀態足以滿足應用的額定及規定電能需求。對於一個電芯,這個值是 115J/HVC 90F、17.5J/HVC 15F 和 4.1J/HVC 4F。該可用電量能夠維持最高壽命、迴圈穩定性及快速充電能力。 

圖 6 中的例子是 196 HVC 90F 4.2V,在維護充電模式下工作 25 天(45°C)。維護充電脈衝使混合儲能元件充滿電並補償自放電。

圖 6a–6 小時後的首個維護充電脈衝(1 分鐘)(90F 4.2V 系統示例)

 

每天充電 5% 已經足夠且不會使混合電容器因過充而加速老化。必須考慮可能產生的額外漏電流。建議在電芯電壓降至低於 1.29V 時進行充電,以便使荷電狀態快速回到目標水準。這可通過施加一個額外的“初次充電”迴圈而實現(見“初次充電”章節)。這種由電壓觸發的充電是一個安全特性,可確保足夠高的荷電狀態。1.29V 的電壓值與溫度無關。開路電壓值低於 1.29V 的狀態的一個例子是在意外高溫時的自放電增加。

 

初次充電 

當充電量超過標稱電量的 5% 時就需要初次充電。圖 4 流程圖中的 5-15 分鐘“ON 時間”是恒壓充電的典型時間範圍,具體取決於應用的電能需求。初次充電可使混合電容器足以滿足下次使用的要求。如果所需電能顯著少於規定的每電芯 115J(例如 90F 電芯),則可減少“ON 時間”。在後備使用之後或在系統停電幾天或幾星期之後很可能需要初次充電。

圖 7–典型的加電和正常工作週期。需要進行初次充電來建立正常工作所需的目標荷電狀態水準。

 

另外,在儲存後的系統首次加電時也建議完成一個初次充電迴圈。在此情況下,首次充電步驟亦稱“條件”充電。在長期儲存之後,混合儲能元件可能處於未定義的荷電狀態。所以第一步先充電很重要。圖 8 中例子顯示了 HVC 90F 4.2V 系統在快速充電模式下的初次充電。5 分鐘即可為下一次後備使用充入足夠多的電量,無需過充。由於其具有良好的電荷保持力,有可能幾小時後才需要利用短時維護充電脈衝進行再次充電。典型情況為 15 分鐘的“ON 時間”。“ON 時間”必須足夠長,以便 ENYCAP 196 HVC 儲能系統有足夠的電能完成接下來的工作週期(例如後備應用)。



總結

 建議使用簡單的計時器控制恒壓方法進行間歇式充電,以保證 ENYCAP 196 HVC 混合電容器的最佳性能和長使用壽命。目標是維持高荷電狀態,以便滿足後備應用的需要,同時最小化不必要的過充。在後備應用之後,由於創新的混合式化學電芯,可快速對儲能元件進行充電。如果需要更多電能來提供可靠的後備支持,ENYCAP 196 HVC電容器是理想的解決方案。

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