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來(lái)源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard 如果你從事過(guò)使用可充電電池或雙電層超級(jí)電容器 (EDLC) 的分布式電源解決方案方面的工作，就會(huì)了解這種這類電源的局限性。使用電池時(shí)，必須與環(huán)境性能、系統(tǒng)尺寸和安全進(jìn)行權(quán)衡，而且會(huì)增大成本并降低性能、尺寸和安全性。采用 EDLC 可以解決其中的一些問(wèn)題，但這種器件只是缺乏許多應(yīng)用所需的能量容量。 為了消除這些限制，你可以轉(zhuǎn)向鋰離子電容器 (LIC)，也就是所謂的混合超級(jí)電容器�？赡苣氵�不熟悉這種器件，LIC 是融合兩種不同技術(shù)的非對(duì)稱設(shè)備；其陰極像超級(jí)電容器，而陽(yáng)極類似鋰離子電池（圖 1）。LLC 的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)使其非常適用于電源質(zhì)量應(yīng)用，讓這些應(yīng)用在高能量密度、高功率密度、環(huán)境堅(jiān)固性和耐久性方面獲益。 
圖 1：LIC 在非對(duì)稱結(jié)構(gòu)中融合了兩種不同的技術(shù)；陽(yáng)極類似鋰離子電池，陰極類似超級(jí)電容器。（圖片源： Eaton） LIC 可作為備用電源，在用電高峰期防止電壓驟降的影響。在化工廠和半導(dǎo)體制造等工業(yè)系統(tǒng)中，即使是電源出現(xiàn)短暫中斷也會(huì)導(dǎo)致代價(jià)高昂的停工。停電和斷電會(huì)干擾數(shù)據(jù)中心的高速緩存、RAID 系統(tǒng)和存儲(chǔ)服務(wù)器的運(yùn)行。 讓我們分別考慮一下來(lái)自 Eaton、Taiyo Yuden 和 Tecate Group 的、適合用于邊緣電源質(zhì)量保護(hù)應(yīng)用的三個(gè)例子，最后簡(jiǎn)要介紹使用 LIC 時(shí)的一些設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。 LIC 的額定工作溫度低至 -25°C 許多 LIC 的工作溫度范圍為 -15 至 +70°C，但如果你的應(yīng)用需要在更冷的環(huán)境中工作，可以選擇 Eaton 提供的 HSL1016-3R8306-R。這是一款 30 F LIC，其指定工作溫度低至 -25°C（圖 2）。這種 LIC 在 20°C 環(huán)境溫度下的充電周期超過(guò) 25 萬(wàn)次，免維護(hù)使用壽命長(zhǎng)達(dá) 20 年。這款電容器的能量密度是標(biāo)準(zhǔn)超級(jí)電容器的八倍。
圖 2：HSL1016-3R8306-R 是一款 30 F LIC，其工作溫度低至 -25°C，在 20°C 環(huán)境下的額定充電周期超過(guò) 25萬(wàn)次。（圖片源： Eaton） 高溫運(yùn)行 LIC Taiyo Yuden 的 LIC1840RH3R8107 100 F LIC 滿足炎熱的工業(yè)和戶外環(huán)境的需求，其額定工作溫度高達(dá) 85°C，等效串聯(lián)電阻 (ESR) 為 75 mΩ（圖 3）。這種 LIC 在 85℃ 時(shí)的工作電壓范圍為 2.2 至 3.8 V，在 105℃ 時(shí)的電壓范圍為 2.5 至 3.5 V，因此適合高溫應(yīng)用。這類 LIC 的特點(diǎn)是，高溫下使用時(shí)電容降額較小，內(nèi)阻變化得到了改善。
圖 3：LIC1840RH3R8107 是一款高溫 LIC，可在高達(dá) 85℃ 的溫度下處理 3.8 V 電壓。（圖片源：Taiyo Yuden） 450 F 用于高能量應(yīng)用 如果你正在設(shè)計(jì)一個(gè)能從高能量密度受益的應(yīng)用，Tecate Group 的 450 F TPLC-3R8/450MR18X40 可能就是你所需要的電容器，因?yàn)樵撈骷瞧?18 個(gè) LIC 家族中最大的（圖 4）。該器件的額定電流為 2.25 A，峰值為 14.1 A，直徑 18 mm，高 40 mm，重 18 g。TPLC-3R8/450MR18X40 在額定電壓和最高工作溫度下運(yùn)行時(shí)，預(yù)計(jì)壽命為 50 萬(wàn)次，耐用等級(jí)為 1000 小時(shí)。
圖 4：450 F TPLC-3R8/450MR18X40（后排中間）是 Tecate Group TPLC 系列中容量最大的 LIC。（圖片來(lái)源：Tecate Group） 用 LIC 進(jìn)行設(shè)計(jì) 像其他超級(jí)電容器一樣，LIC 的電壓會(huì)根據(jù)其充電狀態(tài)發(fā)生線性變化。在需要通過(guò)單電池獲得穩(wěn)定工作電壓的應(yīng)用中，需要升壓轉(zhuǎn)換器。使用多個(gè)串聯(lián) LIC 的設(shè)計(jì)通常可以利用降壓轉(zhuǎn)換器，以獲得穩(wěn)定的電壓。 與其他可以放電至零伏的超級(jí)電容器不同，LIC 的最低放電電壓通常被限制在 2.2 V，以防造成損壞。這項(xiàng)功能需要通過(guò)電池管理系統(tǒng) (CMS) 進(jìn)行可靠的操作。CMS 在大約 2.2 V 時(shí)停止對(duì) LIC 放電，并在包含多個(gè)串聯(lián)電池的設(shè)計(jì)中保持電池電壓的平衡。標(biāo)準(zhǔn) EDLC 通常在 30 s 左右完成放電，而 LIC 放電則在幾分鐘內(nèi)就能完成；這是邊緣電源質(zhì)量解決方案與眾不同的地方。 LIC 的使用壽命與應(yīng)用電壓和工作溫度直接相關(guān)。較高的溫度和工作電壓會(huì)減少 LIC 的壽命。能夠最大限度延長(zhǎng)使用壽命的主要參數(shù)是更低的工作電壓，這可以通過(guò)電池串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。 總結(jié) 在為惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)分布式電源質(zhì)量解決方案時(shí)，LIC 是一個(gè)絕好的第三選擇。這類器件的混合結(jié)構(gòu)將鋰離子電池和 EDLC 的各個(gè)性能整合在一個(gè)器件中。這類電容器具有較長(zhǎng)的充放電壽命和較高的能量密度，而且放電時(shí)間延長(zhǎng)到幾分鐘而不是幾秒鐘，這在邊緣電源質(zhì)量解決方案中是獨(dú)樹(shù)一幟的特性。LIC 可以帶來(lái)更小、更堅(jiān)固、更安全的解決方案。當(dāng)然，需要良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐才能最大限度地發(fā)揮其作用。 |
