储能领域值得关注的四大趋势

直到最近，除了军事和航空航天应用之外，储能问题几乎不是问题。除了一些大型便携式盒式无线电系统之外，大多数便携式消费设备都没有能量预算焦虑。这个问题改变了便携式设备能够提供无线服务的时刻。

曾几何时，便携式设备提供了一组基于需求的“拉动”功能，例如静态音乐回放或电视和/或无线电接收。现在，随着语音和文本通信等面向“推送”的始终在线功能，云及其双向数据带宽要求进一步加剧，您会遇到电池不够大的情况。

坦率地说，对于用户而言，任何设备充电或电力维护活动（如更换电池）都太过分了。机器人和电动汽车等新的应用空间使电池和储能问题变得更加严重。每个远程、便携式和独立操作的电子设备都需要某种能量存储，除非它的效率足以随时利用收集的能量进行操作。

这种对能量存储的永不满足的需求对工程师来说是一种强大而持续的压力。在当今设计系统时，电源及其存储和管理必须是首要考虑因素之一，即使不使用电池也是如此。但是一旦你创造了最好和最高效的电力电子产品，你把所有的库仑放在哪里？

电容器及其大兄弟电容器有多种拓扑结构和材料，可满足电路板上各种应用的不同需求。在储能方面，有很多解决方案。板级通用电源设备的一个示例是 Kemet 的 C4AQ 系列，用于工业、汽车和电源。这些电容器采用聚丙烯金属化薄膜结构，在 500 VDC 至 1，500 VDC 的电压下提供 1.0 µF 至 130 µF 的值。

再往上看，有一系列相关的设备，其性能非常优越，被称为超级电容器或超级电容器。超级电容器具有如此高的能量处理能力，以至于它们可以在成本不是重要问题的应用中与电池积极竞争，作为能量存储。它们还可用于缓冲标准电池的输入和输出以提高性能。

随着价格下降和可用封装数量的增加，超级电容器的应用空间不断扩大。为几乎任何系统获得专门的超级电容器组已经很容易。从板级电源到大型车载移动电源，有超级电容器可以满足几乎任何需求。

绿色能源间歇性太阳能和风能资源绿色发电的扩展提供了另一个重要的储能需求，超级电容器组承诺提供强大、可靠和快速的储能，至少在设施和小型微电网中是这样。超级电容器解决了对下一代储能资源的真正需求，以更快地响应、更频繁地循环并支持电网的稳定性和弹性。

并且在规模的两端都有超级电容器模块可用。AVX 的 SCM 系列超级电容器模块由串联的圆柱形双层超级电容器组成，具有最佳的脉冲功率处理特性，电容值高达 7.5 F，容差为 ±20%，等效串联电阻 （ESR） 为在 1，000 KHz 时高达 300 mΩ，高达 5.6 Wh/kg 的高能量密度，以及超过 50，000 次以上循环的寿命性能。

像这样的小型超级电容器模块可以为中小型电子设备提供可靠的保持、能量收集和脉冲电源，单独使用或与一次或二次电池一起使用，以提供更长的备用时间、更长的电池寿命和瞬时脉冲功率。

例如，Cadenza Innovation 使用一种新颖的构造方法制造了超级电池形式的电池。联合创始人 Christina Lampe Önnerud 表示，他们采用已知技术并将它们组合在一起，创造出比其他选择更有效的东西。电池设计类似于鸡蛋盒，由陶瓷纤维与耐火材料混合制成，并被薄铝外壳包围。

该公司与 Fiat 为其 500 车型制造的测试电池系统。在该解决方案中，每个能量辊的阳极都连接到铜导体。导体不仅可以传输能量，还可以吸走热量，并有助于在整个电池中保持均匀的温度调节。每个“蛋盒”都作为一个构建块，连接其他组件，创建一个可能比现有解决方案更紧凑的模块。

海上陆地车辆和电网不是唯一需要先进储能的地方；商业航运是一个迫切需要改进电力系统的领域。主要依靠劣质船用油运行，任何能效改进都对大型船舶大有帮助。大型船只内部和外部的恶劣环境加剧了这个问题。从潮湿的空气到流动的水，振动、热量和湿度水平使电力解决方案成为一项挑战。

AHC 使移动船舶上的搬运负载相对于海床或另一艘船舶保持静止。由于 AHC 系统的性能受到可用功率、电机速度和扭矩的限制，任何动力系统的进步都将显着改善系统的运行及其对船舶动力的负担。与各种电池化学成分相比，快速响应时间和无充电问题使得这样的超级电容器系统不仅对基于船舶的应用非常有吸引力，而且对任何将电力存储作为重要设计考虑因素的应用都非常有吸引力。

在此应用中，170V 超级电容器模块在“升起”期间回收能量，并在“降起”期间释放能量，从而将整体系统功率需求降低多达 75%。与电池不同，超级电容器的使用寿命长达 15 年，无需维护。在紧急情况下，本地存储的能量可以在负载下实现受控停止，从而减少对相关系统的潜在机械损坏。

由于其坚固性和易于维护，超级电容器非常适合高可用性和安全性至关重要的海洋和海上应用。此外，Skeleton 的超级电容器以及 MJR 的电源转换系统可以通过加强网络、改善电压和频率响应、防止或最大限度地减少停电影响，为船舶和钻井平台提供瞬态支持。

向前发展 储能是一个已经很重要的市场领域，没有迹象表明增长或范围会放缓。在各个层面，更好的储能解决方案都为工程师及其产品提供了支持。只是不要忘记确保您的电力电子设备也能胜任这项任务。　

      审核编辑：彭静