Kattava analyysi superkondensaattorien periaatteista, ominaisuuksista ja sovelluksista uusissa energiaajoneuvoissa

Tällä hetkellä valtavirran maailmanlaajuiset energian varastointitekniikat jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan: fyysiseen energian varastointiin ja sähkökemialliseen energian varastointiin. Superkondensaattoreilla uutena teknologiana fyysisen energian varastoinnin alalla ei ole vain erinomaiset kaupallistamismahdollisuudet, vaan ne toimivat myös ratkaisevana suorituskyvyn täydentäjänä perinteisille sähkökemiallisille energian varastointitekniikoille. Kasvavan maailmanlaajuisen energiakriisin taustalla tästä uudesta energian varastointitekniikasta on tulossa teollisuuden tutkimuksen ja kehityksen ydinsuunta, joka vähitellen täyttää sovellusaukot, joita perinteiset kemialliset akut eivät pysty kattamaan. Akun väyläpalkki superkondensaattorijärjestelmän ydinvirran siirtokomponenttina määrittää suoraan superkondensaattorin korkean virran latauksen ja purkamisen tehokkuuden sen johtavuudesta johtuen.

Vaikka perinteisiä kemiallisia paristoja on käytetty laajalti kulutuselektroniikassa ja teollisuuden energian varastoinnissa, ne kärsivät luonnostaan ​​alhaisesta purkausvirrasta ja lyhyestä käyttöiästä, mikä tekee niistä täysin sopimattomia korkean -tehon ja pitkän{1}}jakson toiminnan vaativiin vaatimuksiin. Aloilla, kuten uusissa energiaajoneuvoissa, joissa tehon teho on erittäin kriittinen, perinteisten akkujen suorituskykyrajoitukset vahvistuvat entisestään. Uusien, tehokkaisiin-skenaarioihin sovitettujen energian varastointilaitteiden kehittämisestä on tullut väistämätön trendi nykyaikaisen energian varastointitekniikan kehityksessä, ja superkondensaattorit ovat kehittyneet nopeasti tätä alan taustaa vasten. Power BusBar on superkondensaattorimoduulin avainkomponentti, joka mahdollistaa suurten virtojen keräämisen ja jakamisen, mikä vähentää tehokkaasti linjahäviöitä suuren virransiirron aikana.

Superkondensaattorit, jotka tunnetaan myös sähkökemiallisina kondensaattoreina, tunnetaan suuren{0}}potentiaalisen sähkökemiallisen energian varastointilaitteina, jotka sijaitsevat tavallisten fyysisten kondensaattoreiden ja perinteisten kemiallisten akkujen välissä. Niiden taustalla olevien energian varastointiperiaatteiden erojen perusteella ne voidaan jakaa kahteen pääasialliseen tekniseen reittiin. Ensimmäinen tyyppi on kaksikerroksinen superkondensaattori, joka luottaa elektrodin ja elektrolyytin väliseen kosketusrajapintaan ja muodostaa vakaan kaksikerroksisen varausrakenteen kiinteään-nesterajapintaan, joka varastoi energiaa suoraan elektrodi-elektrolyyttirajapintaan. Koko energian varastointiprosessi ei sisällä lähes mitään kemiallista reaktiota ja sillä on erittäin korkea syklin stabiilisuus. BusBar Systems tarjoaa täydellisen-suurvirran siirtoverkon superkondensaattorimoduuleille, mikä mahdollistaa alhaisen-impedanssin sähköliitännät useiden yksittäisten kondensaattorien välillä ja varmistaa tasaisen lataus- ja purkaussuorituskyvyn koko moduulissa.

Perinteisiin energian varastointilaitteisiin verrattuna superkondensaattorien ydinetu on ensinnäkin niiden kapasitanssi. Kaksikerroksisen rakenteen ainutlaatuisia energian varastointiperiaatteita ja Faraday-ilmiötä hyödyntäen saman tilavuuden superkondensaattorien kapasitanssi on 2000–6000 kertaa tavallisten fyysisten kondensaattoreiden kapasitanssi. Tämä ylivoimainen kapasitanssi täyttää täysin lyhytaikaiset-suuret-energian varastointitarpeet suuren-tehonkulutus-skenaarioissa ja täyttää suorituskykyvajeen perinteisten kondensaattorien ja akkujen välillä. Automotive Busbar on läpikäynyt tiukan autoteollisuuden{10}luotettavuustarkastuksen, joka säilyttää vakaan johtavuuden uusien energiaajoneuvojen koko elinkaaren ajan ilman, että kosketusvastus on kasvanut.

Superkondensaattorien toinen suuri etu on niiden erittäin suuri tehotiheys. Niiden vastaava sarjavastus on erittäin alhainen, mikä mahdollistaa nopean latauksen varastoinnin ja vapauttamisen. Tehon tiheys voi olla yli kymmenen kertaa tavallisiin kondensaattoreihin verrattuna, mikä mahdollistaa massiivisten hetkellisten virtojen ulostulon erittäin lyhyessä ajassa. Tämä sopii täydellisesti uusien energiaajoneuvojen nopeisiin kiihdytys- ja energian talteenottoprosesseihin, jotka vaativat välittömiä suuria virtoja, mikä optimoi merkittävästi ajoneuvon dynaamisen vasteen. Virtakiskoeristeet on valmistettu erikoismateriaaleista, joilla on korkea lämpötilankesto ja korkea eristystaso, mikä estää tehokkaasti turvallisuusriskit, kuten oikosulut ja virumisen, joita voi esiintyä superkondensaattorien korkean virran latauksen ja purkamisen aikana.

Etujensa lisäksi superkondensaattorit tarjoavat nopeat lataus- ja purkunopeudet sekä erittäin pitkän käyttöiän. Koko lataus- ja purkuprosessi ei sisällä käytännössä mitään tuhoavia kemiallisia reaktioita, mikä johtaa poikkeukselliseen järjestelmän vakauteen. Lataus-purkausjaksojen määrä voi nousta satoihin tuhansiin, mikä ylittää huomattavasti tavallisten kemiallisten akkujen ja perinteisten kondensaattoreiden määrän sekä käyttöiän että{3}}pitkän säilytysajan osalta. Ne eivät vaadi juuri lainkaan huoltoa, mikä vähentää merkittävästi energian varastointijärjestelmien kokonaiselinkaarikustannuksia. IGBT-väylät mahdollistavat alhaisen-impedanssin liitännät superkondensaattorien ja sisäisten IGBT-moduulien välillä, mikä vähentää edelleen lämpöhäviötä korkean virransiirron aikana ja parantaa järjestelmän yleistä energiatehokkuutta.

Superkondensaattoreilla on kuitenkin myös luontaisia ​​rajoituksia. Niiden energiatiheys on huomattavasti pienempi kuin perinteisten litiumioniakkujen energiatiheys, minkä vuoksi ne eivät sovellu puhtaasti sähköajoneuvojen ensisijaiseksi käyttövoimaksi pitkien ajomatkojen tukemiseen. Tällä hetkellä niitä käytetään ensisijaisesti lisävirtalähteinä hybridiajoneuvoissa, ja ne toimivat yhdessä päävirta-akun kanssa tarjotakseen välittömän korkean virran{3}}tuen. Tämä rajoitus rajoittaa superkondensaattorien laajamittaista itsenäistä käyttöä uusien energiaajoneuvojen teollisuudessa. Teollisuus käyttää tällä hetkellä laajalti hybridienergian varastointiratkaisua, jossa yhdistyvät superkondensaattorit ja litiumparistot sekä korkean tehon että korkean energiatiheyden vaatimusten täyttämiseksi. EV-laminoiduissa virtakiskoissa on erityinen monikerroksinen pinottu rakenne, joka voi merkittävästi vähentää superkondensaattorin korkean-virtasilmukan loisinduktanssia ja optimoida edelleen latauksen ja purkamisen dynaamista vastenopeutta.