超级电容组详解

超级电容组

电容单元的主要参数：

型号：4-BMOD2600-6

额定电压：60Vdc

容量：108F

可用能量：150kJ

超级电容是由4个超级电容组串联而成的。下面着重介绍超级电容组。

1．绪论

430F，16V的超级电容能量存储模块是一个独立的能量存储设备，最多能够存储55kJ(15.3Whr)的能量。能量存储模块由6个独立的超级电容单元、激光焊接的母线连接器和一个主动的、完整的单元平衡电路组成。单元可以串联连接以获得更高的工作电压(215F，32V；143F，48V；107.5F，64V等)。也可以并联连接提供更大的能量输出(860F，16V；1290F，16V等)或者是串联和并联的组合来获得更高的电压和更大的能量输出。当串联连接的时候，单元到单元之间的电压平衡问题可以通过使用我们提供的双线平衡电缆来加以解决。

超级电容模块的包装是一个耐损耗的冲压铝外壳。这样一个外壳是永久封装的，不需要维护。3个集电极开路逻辑输出端是选购件，其中2个用于显示过压程度，另外一个用于显示过温。

2．安装

2.1机械方面

模块可以以任意方向安装、工作。只用两个设计好的安装法兰来支撑模块。也可以用4个绝缘子支座把模块安装到一个平面上。关于绝缘子支座的安装位置请看数据表。

模块面板上有一个M4的螺纹通气孔。从出厂到运输过程中，用一个螺杆把这个孔塞住。这个通气孔是可选组件。当单元发生灾难性故障时，单元会释放电解液和气体。如果应用环境要求远程通风的话，附件中会提供一个M4的螺纹软管。拿下螺杆换上软管。把一个4mm 的软管系到hose barb上然后把软管导到一个安全的地方通风。图1给出了通风口的情况。

图1 BOOST超级电容的通风口

2.2电气

注意：为了避免拉弧或者打火花，能量存储模块在安装过程中应该处于放电状态并断开系统电源。在运输过程中模块也要放电。我们推荐首先检查单元的电压确保其电压最小。

为了提供尽可能低的ESR(等效串联电阻)，能量存储模块没有装保险。模块能够提供55kJ的能量，峰值电流超过5000A。因此在使用时要小心以防过大电流出现。

注意：模块的底座要通过安装绝缘子支座或者足够粗的标准线连接到系统地。这样最坏情况下的故障电流就可以流入地线。

2.2.1输出端子接线柱

模块的输出端子是铝制的螺纹接线柱。可以直接把它们与环形接线片或母线直接连接。在交界面之间涂一层抗氧化混合物(铝和铝之间的导电性好)。螺纹正端可以装一个M8⨯20的钢螺杆和锁紧垫圈。螺纹负端可以装一个M10⨯20的钢螺杆和锁紧垫圈。

注意：端子螺杆的最大扭矩是10Nm。过大的力矩可能会对模块造成损坏。

图2给出模块串联连接的情况，图3给出超级电容并联的情况。

图2 串联连接

图3 并联连接

2.2.2模块之间的平衡电缆

每个模块都提供一个模块到模块的平衡电缆。需要用模块到模块的平衡电缆来平衡串联连接的模块。当模块串联连接的时候，模块平衡可以阻止电压不平衡现象的出现。我们提供

的电缆长15cm。如果长度不够，可以接上一段类似的标准线而不会影响其平衡性能。

图4 模块平衡电缆的用法

图4给出了模块平衡电缆的正确和错误用法。

注意：不要把模块平衡电缆接入同一个模块的J1和J2跨接输出端。详见图4。 2.3逻辑输出

3个集电极开路的逻辑输出是可选组件并且位于面板上标注J3的区域。它们分别是两个过压程度信号和一个过温信号。温度的输出逻辑：如果T>65o C,那么TEMP=TRUE=ON 。

逻辑输出与电容电压以及底座地是隔离的。下面的表格给出了输出管脚、信号和最大电流情况。最大开路电压是5.5VDC 。见图5所示。

注意：无论模块电压是多少，即使是0V ，过温逻辑输出都正常工作。 2.4热问题

单元的低内阻使得模块使用期间的发热量很低。在大多数应用场合，自然空气对流就足够了。在要求最大使用寿命的应用场合，需要用强迫风冷。

热阻Rth 对于确定单元的工作极限条件是非常有用的。温升可以通过下面的公式计算：

R I R D T th c ∙∙∙=∆2

其中，D c 是占空比，I 是交流或者直流电流，R 是交流电阻或者直流电阻。T ∆加上环境温度应当小于规定的最大温度。如果采用了强迫冷却方式，单元有可能以更大的电流或占空比工作。

3．附件

下面的附件和模块一并提供给客户：

1)104732-模块之间的平衡电缆，150mm长(当模块串联连接的时候用。如果提供的电缆长度不够，可以把相似的标准线搭接上去)；

2)104762-M4软管(作为可选组件进行提供。当发生灾难性故障时，可以收集气体)；

3)104583-连接头外壳盖板(作为可选组件提供。为逻辑输出和模块平衡连接头提供防液体飞溅保护)

图5 防飞溅保护盖板和逻辑输出

4．安全性

不要在高于推荐的电压情况下让其工作；

不要在高于推荐的温度定额情况下让其工作；

在充电时不要碰触端子和导线。否则，严重烧伤、休克甚至材料溶化都有可能发生；

保护周围的电气元件不要与其接触；

当其在高于50VDC的情况下工作是能够提供足够的电气绝缘。

5．维护

定期检查主接线端子的连接情况。当必要的时候上紧端子的螺钉。

在进行任何操作之前，确保超级电容单元储存的能量被彻底放掉。如果发生了误操作，存储的能量和电压电平有可能是致命的。

6．技术参数