雙電層電容器（EDLC）提供高功率、高(gao)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)和(he)長(chang)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)，但(dan)與(yu)電(dian)池(chi)一(yi)樣(yang)，其(qi)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)較(jiao)低(di)。電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)在(zai)這(zhe)些(xie)技(ji)術(shu)之(zhi)間(jian)達(da)成(cheng)平(ping)衡(heng)，亦(yi)即(ji)既(ji)具(ju)有(you)傳(chuan)統(tong)電(dian)池(chi)與(yu)雙(shuang)層(ceng)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)優(you)點(dian)，又(you)沒(mei)有(you)其(qi)缺(que)陷(xian)。混(hun)合(he)式(shi)ENYCAP™ 196 HVC電容器能夠提供這一性能。為充分發揮產品性能，必須使用可靠的充電解決方案。本文指出恒壓（CV）脈衝充電是最經濟有效的解決方案。

 

 

hunhexitongjiehelejingdianchunengheganyingchunengfangfa
，yinciyoukenengshixiangengkuaiyudianchidechongdiansudu。hunhedianrongqixitongdegonglvmidukeqingyichaoguodianchi
，qienengliangmiduxianzhugaoyushuangcengdianrongqi。

 

youyushiyongganyingchunengfangfa，suoyihunhedianrongqidegongzuodianyafanweijiaozhai，yudianchixiangsi。suiranzhezhongdianyawendingxingzaixuduoyingyongzhongshiyouyide，danbixuzhuyidianrongqidianyahedianliuguanli
，yibianzaichanggongzuoshoumingneibaochizuijiaxingneng。

 

絕不能超過最大電芯電壓。因此，為了獲得最長使用壽命，電源管理必須確保工作電壓絕對精確地處於規定的毫伏範圍之內。

 

另(ling)外(wai)還(hai)要(yao)考(kao)慮(lv)流(liu)過(guo)混(hun)合(he)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)與(yu)感(gan)應(ying)轉(zhuan)換(huan)過(guo)程(cheng)具(ju)有(you)部(bu)分(fen)相(xiang)關(guan)性(xing)。由(you)於(yu)這(zhe)些(xie)過(guo)程(cheng)需(xu)要(yao)一(yi)定(ding)時(shi)間(jian)
，所(suo)以(yi)在(zai)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)時(shi)必(bi)須(xu)使(shi)最(zui)大(da)允(yun)許(xu)電(dian)流(liu)保(bao)持(chi)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)。

 

混合電容器的自放電顯著低於雙電層電容器。例如
，ENYCAP 196 HVC的自放電水平低於5%/天。

 

由於感應儲能過程總包括一些物質轉換，所以顯然必須避免過度充電。即便 ENYCAP 196 HVC在此方麵具有短時耐受力，但必須考慮在長時段內，如果沒有合適的控製措施，即使低充電電流也會使電容器過度充電。

 

混合電容器的循環壽命性能優於電池。例如
，ENYCAP 196 HVC能夠實現5萬次以上循環。

 

 

對於要求儲能器件持續處於高荷電態的應用
，例如後備係統，建議使用恒壓脈衝充電法（PCM）。脈衝充電法可在相當簡單的電源管理環境中實現

，並確保混合儲能元件在建議限值與條件範圍內安全工作。

 

脈衝充電是補償自放電並避免經常或持久過充的首選方法，能大幅改善儲能係統的使用壽命。

 

脈衝充電（或稱間歇充電）可利用由定時器控製的恒壓源來實現。電壓源需要進行準確調節，以適應儲能係統的充電電壓。

 

典型的工作程序包含五個步驟（見圖4）：

1. 初次充電步驟確保有充足的電能供下一次後備操作（荷載）使用

2. 通過檢測儲能元件的開路電壓（OCV）檢查可用電能

3. 監測健康狀態（SOH）

4. 施加充電脈衝，以補償自放電和後備荷載

5. 從第2步重新開始

 

注：第2-5步補償自放電效應並通過這種涓流充電使儲能元件保持健康狀態，同時還維持更長的時間。

 

 

ENYCAP 196 HVC儲能電容器由一個或更多獨立電芯組成，各個電芯的額定電壓UR為1.4 V。

 

因此
，每個混合儲能電容器為X個電芯以串聯方式配置，額定電壓UR為X * 1.4 V。

 

 

恒壓脈衝充電：恒壓充電是指通過在儲能器件的端子上施加恒定電壓UCVcharge進行充電的方法。對於恒壓脈衝充電法
，充電時間另外還受開關SW1的限製，而SW1由適當的算法控製。

 

 

對於所考慮的係統與電壓，由此產生的充電電流Icharge取決於儲能元件的荷電狀態（SOC）。荷電狀態越低，充電電流Icharge一般越高。

 

依據歐姆定律可判定：

1. 荷電狀態越低，充電電流Icharge越高

2. 施加的電壓UCVcharge越高
，充電電流Icharge越高

 

根據第1點，充電電流會隨著荷電狀態升高而減小。這是一種負麵效應，因為充電時間會因為充電電流減小而延長。根據第2點，UCVcharge增加時Icharge也會增加，並因此縮短充電時間。

 

但隻要施加了源電壓，UCVcharge升高就會導致高殘餘充電電流。所以必須確保係統在滿充後不會過度充電。

 

約束條件

所有類型的儲能元件都要求下列參數保持在規格範圍之內：

• 最大和最小充電電壓

• 最大充電電流

• 荷電狀態：必須限製充電量Q =  ∫ Icharge * dt
，以免過充

• 溫度

 

 

Q = ∫ Icharge * dt 應當加以限製，以避免過充（> 100 %荷電狀態）。這樣即可實現由定時器控製的間歇或脈衝充電法。

 

該過程還會限製極低殘餘充電電流在長時間內的負麵影響，並確保產品具有最長的使用壽命。

 

待充電量可由充電源的“ON時間”控製。需要按照產品規範選擇需要的電量Q = ∫ Icharge * dt。

最大充電電流通常由儲能元件的類型和尺寸而定。

 

ENYCAP適用以下參數：

 

 

針對UCVcharge增加的安全區已得到考慮，並且列於“充電電壓”部分的表2。

 

充電電壓（帶溫度補償）

正確的充電電壓依賴溫度條件（見圖1）。

 

溫度影響充電電壓的原因有二：

1. 電化學反應依賴溫度條件

2. 電芯的內阻會隨溫度變化而變化

 

這兩個效應導致每個電芯具有-1 mV / 1 °C的線性電壓相依性。

 

圖1.充電電壓是溫度的函數

 

表2顯示了20 °C時標準配置的正確充電電壓。

 

 

充電電壓的溫度補償是一個優勢，可確保在寬溫度範圍內的全功能工作
，但不是每個應用都必須這樣做（見下節內容）。

 

充電電壓（無溫度補償）：ENYCAP 196 HVC混(hun)合(he)儲(chu)能(neng)電(dian)容(rong)器(qi)沒(mei)有(you)溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)也(ye)能(neng)充(chong)電(dian)。這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)應(ying)考(kao)慮(lv)一(yi)些(xie)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)，以(yi)便(bian)在(zai)必(bi)須(xu)支(zhi)持(chi)極(ji)寬(kuan)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)時(shi)延(yan)長(chang)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。如(ru)果(guo)充(chong)電(dian)電(dian)壓(ya)完(wan)全(quan)不(bu)可(ke)調(tiao)節(jie)，則(ze)應(ying)設(she)置(zhi)充(chong)電(dian)的(de)上(shang)限(xian)電(dian)壓(ya)及(ji)溫(wen)度(du)限(xian)值(zhi)；通常可設置為每電芯1.4 V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1.4 V充電電壓情況下的局限。

 

圖2.每電芯1.40 V充電電壓與溫度的關係

 

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）。

 

圖3.三種電壓情況下的逐步逼近

 

 

流程圖

 

圖4.使用脈衝充電法的後備係統的工作流程圖

 

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1.29 V，則必須施加初次充電循環（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分鍾）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）。

 

控製維護充電及充電量的最簡單方法是使用定時器。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平。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，非常短的充電周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115 J / HVC 90 F、17.5 J / HVC 15 F和4.1 J / HVC 4 F。該可用電量能夠維持最高壽命、循環穩定性及快速充電能力。

 

圖6中的例子是196 HVC 90 F 4.2 V，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6.196 HVC 90 F每12個小時進行維護充電1分鍾（45 °C）

 

圖6a.6小時後的首個維護充電脈衝（1分鍾）（90 F 4.2 V係統示例）

 

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1.29 V時進行充電，以便使荷電狀態快速回到目標水平。這可通過施加一個額外的“初次充電”循環而實現（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。

 

1.29 V的電壓值與溫度無關。開路電壓值低於1.29 V的狀態的一個例子是在意外高溫時的自放電增加。

 

 

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分鍾“ON時間”是shi恒heng壓ya充chong電dian的de典dian型xing時shi間jian範fan圍wei，具ju體ti取qu決jue於yu應ying用yong的de電dian能neng需xu求qiu。初chu次ci充chong電dian可ke使shi混hun合he電dian容rong器qi足zu以yi滿man足zu下xia次ci使shi用yong的de要yao求qiu。如ru果guo所suo需xu電dian能neng顯xian著zhu少shao於yu規gui定ding的de每mei電dian芯xin115 J（例如90 F電芯），則可減少“ON時間”。在後備使用之後或在係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周期。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平。

 

另外，在儲存後的係統首次加電時也建議完成一個初次充電循環。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 90 F 4.2 V係統在快速充電模式下的初次充電。5分(fen)鍾(zhong)即(ji)可(ke)為(wei)下(xia)一(yi)次(ci)後(hou)備(bei)使(shi)用(yong)充(chong)入(ru)足(zu)夠(gou)多(duo)的(de)電(dian)量(liang)，無(wu)需(xu)過(guo)充(chong)。由(you)於(yu)其(qi)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)荷(he)保(bao)持(chi)力(li)
，有(you)可(ke)能(neng)幾(ji)小(xiao)時(shi)後(hou)才(cai)需(xu)要(yao)利(li)用(yong)短(duan)時(shi)維(wei)護(hu)充(chong)電(dian)脈(mai)衝(chong)進(jin)行(xing)再(zai)次(ci)充(chong)電(dian)。

 

典型情況為15分鍾的“ON時間”。“ON時間”必須足夠長，以便ENYCAP 196 HVC儲能係統有足夠的電能完成接下來的工作周期（例如後備應用）。

 

圖8.初次充電的前15分鍾（90 F 4.2 V係統示例）

 

 

建議使用簡單的定時器控製恒壓方法進行間歇式充電，以保證ENYCAP 196 HVC混hun合he電dian容rong器qi的de最zui佳jia性xing能neng和he長chang使shi用yong壽shou命ming。目mu標biao是shi維wei持chi高gao荷he電dian狀zhuang態tai，以yi便bian滿man足zu後hou備bei應ying用yong的de需xu要yao
，同tong時shi最zui小xiao化hua不bu必bi要yao的de過guo充chong。在zai後hou備bei應ying用yong之zhi後hou，由you於yu創chuang新xin的de混hun合he式shi化hua學xue電dian芯xin，可ke快kuai速su對dui儲chu能neng元yuan件jian進jin行xing充chong電dian。如ru果guo需xu要yao更geng多duo電dian能neng來lai提ti供gong可ke靠kao的de後hou備bei支zhi持chi，ENYCAP 196 HVC電容器是理想的解決方案。