由于缺乏連續、穩定、可靠的電源輸入,智能故障指示器中的收集模塊和收集模塊需要使用超級電容或電池等儲能元件作為備用電源。以下分析了幾種常見儲能元件的特點。歡迎業內同仁留言討論。
1.鉛酸電池
鉛酸電池自發明以來已有100多年的歷史。特別是自20世紀以來,鉛酸電池經歷了許多重大改進,提高了能量密度、循環壽命、聚合物電池放電等性能。它在化學電池中一直占有很大的優勢,特別是由于其自身結構的優勢,電解液的消耗量非常小,在使用壽命周期內基本上不需要維護電解液。自放電電流小,技術成熟,價格低廉。它已被廣泛應用于許多需要備用電源的地方。
鉛酸電池基本上是一種浮動充電類型的電池,不適應快速大電流充放電,雖然行業技術人員花了很多努力來改善,其壽命不太理想,鉛酸電池充放電頻率一般只有幾百次,溫度和壽命影響更大,在室外高溫環境中,隨著溫度上升的使用壽命將顯著降低,戶外智能配電終端配置鉛酸電池壽命一般不超過3年。
與鋰電池相比,鉛酸電池的蒸發熱仍然很小,即在相同的容量下,電池的重量和體積都很大。其次,由于鉛酸電池含有重金屬鉛,鉛泄漏會導致環境污染,危害人類健康,不符合環境保護發展的要求。
2.鋰電池
鋰電池一般是指鋰電池,主要通過在正和負之間移動鋰離子來實現充放電。它是近年來發展迅速的一種新型動力電池。由于不含重金屬元素,其對環境的危害程度小于鉛酸電池。此外,鋰電池還考慮了以下優點:
(1)單電壓高,能量密度高
單個鋰電池的工作電壓為2.7-4.2V,單個鉛酸蓄電池電壓(2)V)高,可以減少電池的使用面積。與鉛酸電池相比,鋰電池的能量密度增加了3-4倍,同樣體積的鋰電池可以長期保持負荷供電。
(2)充放電循環壽命長
鋰電池的充放電循環壽命可達2000倍以上。
(3)耐熱,使用安全
(-20~50℃),新型鋰電池還能更好地解決電池碰撞時的危險,降低了客戶使用時的安全風險。
(4)自放電率低,無記憶
鋰電池自放電電流小,無記憶能力,可隨用。
(5)充放電電流倍數高
鋰電池的正常電流可達0.5C,大放電電流高達2C以上。
鋰電池作為一種新型動力電池,其應用越來越普及,但也受到以下缺陷的制約:
成本較高,價格較高
在同等儲能容量下,鋰電池的平均價格約為鉛酸電池價格的3倍。
充電和放電不要太多,控制電路需要保護
過度放電會導致鋰離子活性物質的分解和破壞。方式過度充電都會嚴重損壞甚至鋰電池的性能。因此,鋰電池必須配備充放電保護電路(部分鋰電池已內置)。
3.超級電容
超級電容器是一種介于傳統電容器和化學電池之間的儲能元件,具有的性能。考慮到化學電池的高能密度和物理電容器的穩定充放電性能,其儲能過程不會發生化學變化。因此,其儲能過程是可逆的,超級電容器可以反復充放電100000次以上。其特點還包括:
(1)充放電性能好,無需限流和充放電控制電路,可實現大電流充放電,特別適用于沖擊負載和峰值能量儲存,與傳統物理電容一樣簡單。
(2)容量很大,單個超級電容的大容量可達2300F,儲存能量大。
(3)泄漏電流小,電壓保持時間長。
(4)儲存和耐用,可實現免維護使用。
(5)溫度范圍廣,可達-40~85℃,適用于戶外端應用環境。
與化學電池相比,超級電容器也存在能量密度高的缺陷,大約是鋰電池能量密度的十分之一。因此,超級電容器不適用于輕型和小型電源。
4.應用總結
下面簡要介紹幾種后備電源方案。
(1)基于超級電容的備用電源方案
由于超級電容具有耐高低溫、免維護、使用壽命長的良好特性,因此在有高溫(60)℃)及低溫(-40℃)在此前提下,容量基本沒有變化,這對于長期處于室外惡劣環境中的配電設備來說是一個重要的性能。實踐證明,配電終端超級電容器的實際使用壽命可達5年以上,而鉛酸電池在同等條件下的使用壽命通常不到3年。使用超級電容器作為備用電源,可以在智能配電終端的生命周期維護,有利于提高智能配電終端的穩定性、可靠性和便利性。
(2)基于超級電容-蓄電池的混合電源方案
超級電容器具有循環壽命長、充放電效率高、高低溫性能好、放電容量大、鉛酸電池儲能密度大、成本低等優點。因此,超級電容器和鉛酸電池可以用作儲能模塊。線路故障后,鉛酸電池為配電終端提供工作電源,超級電容器為操作機構提供大功率操作電源。這種方案不僅實現了長期備用電源,而且滿足了頻繁操作電源和大功率短時間的脈沖功率要求。
(3)基于電池電容的電源方案
電池電容器是一種安全性高、溫度范圍寬的新型超級電容器(-40)℃-85℃),高的泄漏電流(自放電率小于1%)和長壽命(超過10年)。電池電容器不僅具有電池的能量密度特性,還具有超電容的電容特性,其充放電范圍為2.5V-4.5V,容量達到360F(120mAh),后備電源方案適用于智能故障指示器中的收集模塊。