Celovita analiza principov, značilnosti in uporabe superkondenzatorjev v vozilih z novo energijo

Trenutno so glavne globalne tehnologije shranjevanja energije razdeljene v dve kategoriji: fizično shranjevanje energije in elektrokemično shranjevanje energije. Superkondenzatorji kot nova tehnologija na področju fizičnega shranjevanja energije nimajo le odličnih možnosti za komercializacijo, temveč služijo tudi kot ključno dopolnilo k tradicionalnim elektrokemičnim tehnologijam shranjevanja energije. V ozadju naraščajoče svetovne energetske krize ta nova tehnologija shranjevanja energije postaja osrednja usmeritev za industrijske raziskave in razvoj, ki postopoma zapolnjuje vrzeli v aplikacijah, ki jih tradicionalne kemične baterije ne morejo pokriti. Baterijski vodilo kot osrednja komponenta prenosa toka superkondenzatorskega sistema neposredno določa učinkovitost visoko{3}}tokovnega polnjenja in praznjenja superkondenzatorja zaradi svoje prevodnosti.

Medtem ko so tradicionalne kemične baterije široko uporabljene v potrošniški elektroniki in industrijskem shranjevanju energije, imajo sami po sebi nizek tok praznjenja in kratko življenjsko dobo, zaradi česar so popolnoma neprimerne za zahtevne zahteve visoke-moči in dolgo{1}}ciklično delovanje. Na področjih, kot so nova energetska vozila, kjer je zmogljivost izhodne moči izjemno kritična, so omejitve zmogljivosti tradicionalnih baterij še povečane. Razvoj novih naprav za shranjevanje energije, prilagojenih visoko{4}}zmogljivim scenarijem, je postal neizogiben trend v razvoju sodobne tehnologije za shranjevanje energije in superkondenzatorji so se hitro razvili v tej industriji. Power BusBar je ključna komponenta v modulu superkondenzatorja, ki omogoča zbiranje in distribucijo velikih tokov, kar učinkovito zmanjšuje izgube v liniji med prenosom visokega-toka.

Superkondenzatorji, znani tudi kot elektrokemični kondenzatorji, so prepoznani kot visoko{0}}potencialne elektrokemične naprave za shranjevanje energije, ki sodijo med običajne fizične kondenzatorje in tradicionalne kemične baterije. Na podlagi razlik v osnovnih principih shranjevanja energije jih lahko razdelimo na dve glavni tehnični poti. Prvi tip je dvo-slojni superkondenzator, ki se opira na kontaktni vmesnik med elektrodo in elektrolitom, da tvori stabilno dvo-plastno strukturo naboja na trdnem-tekočem vmesniku, ki neposredno shranjuje energijo na elektrodnem-elektrolitskem vmesniku. Celoten proces shranjevanja energije ne vključuje skoraj nobene kemične reakcije in ima izjemno visoko ciklično stabilnost. BusBar Systems zagotavlja popolno visoko{9}}tokovno prenosno omrežje za superkondenzatorske module, ki omogoča nizko{10}}impedančne električne povezave med več posameznimi kondenzatorji in zagotavlja dosledno zmogljivost polnjenja in praznjenja v celotnem modulu.

V primerjavi s tradicionalnimi napravami za shranjevanje energije je glavna prednost superkondenzatorjev najprej njihova kapacitivnost. Z uporabo edinstvenih principov shranjevanja energije dvo-slojne strukture in Faradayevega učinka imajo superkondenzatorji enake prostornine 2000- do 6000-krat večjo kapacitivnost kot običajni fizični kondenzatorji. Ta vrhunska kapacitivnost v celoti izpolnjuje kratkoročne-visoke-potrebe po shranjevanju energije v scenarijih visoke-porabe-energije in zapolnjuje vrzel v zmogljivosti med tradicionalnimi kondenzatorji in baterijami. Avtomobilska zbiralka je bila podvržena strogemu avtomobilskemu{10}}preverjanju zanesljivosti, ki ohranja stabilno prevodnost skozi celoten življenjski cikel novih energetskih vozil, ne da bi pri tem prišlo do povečanega kontaktnega upora.

Druga velika prednost superkondenzatorjev je njihova izjemno visoka gostota moči. Njihov enakovredni serijski upor je izjemno nizek, kar omogoča hitro shranjevanje in sprostitev naboja. Gostota moči lahko doseže več kot desetkrat večjo gostoto kot pri običajnih kondenzatorjih, kar omogoča izhod ogromnih trenutnih tokov v zelo kratkem času. To popolnoma ustreza procesom hitrega pospeševanja in obnavljanja energije novih energetskih vozil, ki zahtevajo takojšnje visoke tokove, kar znatno optimizira dinamični odziv vozila. Izolacije zbiralk so izdelane iz posebnih materialov z visoko temperaturno odpornostjo in visokimi stopnjami izolacije, s čimer se učinkovito izogibajo varnostnim nevarnostim, kot so kratki stiki in lezeče poti, do katerih lahko pride med polnjenjem in praznjenjem superkondenzatorjev z visokim -tokom.

Poleg svojih prednosti se superkondenzatorji ponašajo z visoko hitrostjo polnjenja in praznjenja ter izjemno dolgo življenjsko dobo. Celoten proces polnjenja in praznjenja ne vključuje praktično nobenih uničujočih kemičnih reakcij, kar ima za posledico izjemno stabilnost sistema. Število ciklov polnjenja-praznjenja lahko doseže več sto tisoč, kar močno presega število običajnih kemičnih baterij in tradicionalnih kondenzatorjev tako glede življenjske dobe kot dolgoročne-življenjske dobe shranjevanja. Ne potrebujejo skoraj nobenega vzdrževanja, kar bistveno zmanjša skupne stroške življenjskega cikla sistemov za shranjevanje energije. Vodilne palice IGBT omogočajo povezave z nizko-impedanco med superkondenzatorji in vgrajenimi moduli IGBT, kar dodatno zmanjša toplotne izgube med-prenosom visokega toka in izboljša splošno energijsko učinkovitost sistema.

Vendar imajo superkondenzatorji tudi inherentne omejitve. Njihova energetska gostota je znatno nižja kot pri tradicionalnih litij-ionskih baterijah, zaradi česar niso primerni kot primarna gonilna sila za povsem električna vozila za podporo dolgih dosegov. Trenutno se uporabljajo predvsem kot pomožni viri energije v hibridnih vozilih, ki delujejo v povezavi z glavno napajalno baterijo, da zagotovijo takojšnjo visoko-tokovno podporo. Ta omejitev omejuje -neodvisno uporabo superkondenzatorjev v velikem obsegu v industriji novih energetskih vozil. Industrija trenutno široko uporablja hibridno rešitev za shranjevanje energije, ki združuje superkondenzatorje in litijeve baterije, da bi izpolnila zahteve tako po visoki moči kot tudi po visoki energijski gostoti. Laminirane zbiralke EV uporabljajo posebno več-slojno zloženo strukturo, ki lahko znatno zmanjša parazitsko induktivnost visoko-tokovne zanke superkondenzatorja in dodatno optimizira hitrost dinamičnega odziva polnjenja in praznjenja.