Doğru şekilde kullanıldığında, süper kondansatörler yüksek
güç seviyelerini, yüksek darbe karakteristiğindeki yükleri ve uzun süreli yedek güç ihtiyaçlarını
sorunsuz şekilde destekleyebilirler.
Süper kondansatör özelliklerindeki bir takım nüansları anlayabilmek, bu
performans yeteneklerini en üst düzeye çıkarmanın bir anahtarıdır.
Süperkondansatör boyutları için bir miktar standartlaşmadan
bahsedebiliriz, örneğin, 10x30 mm'lik
bir süperkondansatör genellikle endüstri genelinde 10 Farad kapasitesindedir.
Bazı tedarikçiler, muhtemelen farklı kapasitans toleranslarına sahip 11F veya
12F cihazı olarak da sunabilirler ve aynı
eğilim diğer kondansatör boyutlarında da geçerlidir, ancak bu durum çok
zaman bir pazarlama stratejisi olarak
görülür. Gerçekten farklılığı meydana getiren asıl unsurlar DCL ( sızıntı akımı) veya ESR (eşdeğer seri
direnç) gibi uygulamaya ait performansı
doğrudan etkileyen diğer elektriksel parametrelerdir. Bunlar, sektörde boyut
veya kapasitans temelinde standart değildir.
 |
| IOXUS marka 3000F Süperkondansatör (Elektriksel Çift Katmanlı ) |
Süper kondansatörler için spesifikasyon belgeleri genellikle
cihazların kapasitansını ve voltajını (ve sonuç olarak ortaya çıkan enerji
yoğunluğunu) belirtirken, ESR'yi anlamak uzun vadeli sistem tasarımı başarısı
ile ilgili kritik faktörlerden biridir. Örneğin, süperkondansatör kapasitansı
ve ESR'nin her ikisi de sıcaklığa bağımlı olsa da, ESR'nin sıcaklık bağımlılığı
kapasitanstan çok daha büyüktür.
Süperkondansatör ESR değeri model, seri ve üretici yönüyle değişiklik arzeder. Genel olarak, kapasitans
arttıkça ESR azalır demek mümkündür. Örneğin, X firması, kendi standart
serileri veya endüstride kullanılan diğer ürünlerle karşılaştırıldığında düşük
ESR özelliklerine sahip özel düşük ESR tasarımlı süper kondansatörler üretmektedir.
Bu ürünlerin tercih edilmesi, uygulamada
ESR katkısı önemli olduğu için seri olarak birden fazla hücre gerektiren çözümler söz konusu olduğunda kritik olabilir.
Bununla birlikte, düşük ESR performansına ulaşmak için feragat edilen şey tipik olarak ESR ile ters orantılı
oldukları için yüksek sızıntı akımı (DCL:direct
current leakage ) dır.
Kapasitans genellikle 25 ° C ila nominal sıcaklık aralığında
oldukça kararlıdır, ancak -40 ° C gibi düşük sıcaklıklarda% 25 veya daha fazla
düşebilir. Yüksek performanslı süperkondansatör tasarımları -40 ° C ve üstü tüm
çalışma sıcaklığı aralığında küçük kapasitans değişiklikleri gösterirler.
 |
| Süperkondansatör ESR değeri için tipik olarak 1kHz'de yapılan bir AC ölçümüdür. |
Süperkondansatör ESR’si ise daha
karmaşıktır. Genellikle yüksek sıcaklıkta düşer ve düşük sıcaklıkta yükselir.
Bazı tipik cihazlar için 85 ° C'de ESR, 25 ° C'de ESR'nin yarısıdır ve -40 °
C'de ESR, 25 ° C'de ESR'nin yaklaşık 9 katı olabilir. Çalışma sıcaklığı
aralığında kapasitansta çok az değişiklik gösteren veya hiç değişiklik göstermeyen yüksek performanslı ürünler bile aynı sıcaklık
aralığında ESR'de% 250 veya daha fazlası bir değişiklik gösterebilir.
Sıcaklık, Gerilim ve Süper Kondansatör Ömrü
Süper kondansatör performansını etkileyen sadece sıcaklık
değildir; çalışma sıcaklığı ve uygulanan gerilimin kombinasyonu, bir süper kondansatörün çalışma
ömrünü belirlemede önemli bir husustur. Kombine edilmiş sıcaklık ve uygulanan gerilim etkilerinin dikkate
alınması durumunda, ESR önemli bir faktördür.
Süper kondansatörlerin nispeten düşük sıcaklıklarda (örn. 25
° C) çalışması, dahili yıpranma mekanizmalarını ve bunun sonucunda meydana
gelen ESR'deki artışı azaltır. Daha
yüksek sıcaklıklarda, uygulanan gerilimin düşürülmesi, yüksek sıcaklığın
zararlı etkisini dengelemeye yardımcı olabilir. Uygulanan gerilimin daha düşük
sıcaklıklarda yükseltilmesi, artan ESR'nin dengelenmesine yardımcı olabilir.
Aşağıdaki grafik, belirli bir sıcaklıkta sürekli çalışma
için kapasitansın 1.8V ve 2.5V gerilimlerinde % 30 ve 2.5V gerilimde % 50 oranında
düşmesi için geçen süreyi göstermektedir. Bu grafik, izin verilen minimum
kapasitans değerinin bilindiği belirli
uygulamalar için çalışma ömrünü tahmin etmek için kullanılabilir.
 |
| Kondansatör ömrü ile Sıcaklık ve Gerilim arasındaki ilişkiye ait Grafik |
Şarj ve Deşarj Karakteristikleri
Süper kondansatör şarjı ve deşarjı sırasında ölçülen
kayıplar, cihazın dahili DC direnci ile ilgilidir. Bu dahili DC direnci (Ri), ESR veya dahili AC direnci ile
karıştırılmamalıdır. ESR, DC direncinden çok daha küçüktür. ESR, süperkondansatör
ömrünü değerlendirirken faydalı olsa da, ani ilk devre akımları (in-rush ) veya
diğer tepe akımlarını hesaplamak için uygun değildir.
Gerilim Dengeleme
Daha yüksek voltaj sağlamak için modüller gibi seri olarak
birden çok süper kondansatör kullanıldığında voltaj dengeleme önemli bir
husustur. Tek bir süper kondansatör geriliminin önerilen maksimum çalışma gerilimini
aşmadığından emin olmak önemlidir. Bu seviyenin aşılması ESR değerinde bozulmaya
ve cihazın kullanım ömrünün düşmesine neden olur. Gerilim dengesizlikleri
kapasitans farklılıklarından kaynaklanır. Seri bağlı cihazlar bir gerilim bölücü
görevi görür, bu nedenle daha yüksek kapasitanslı kondansatörler üzerinde daha
yüksek bir gerilim oluşur . Kapasitans değerleri +/-% 20 arasında
değişebileceğinden, bu uygulamalarda gerilim dengeleme önemli hale gelir.
Pasif gerilim dengelemede gerilim bölme dirençleri her bir süper kondansatör
ile paralel bağlanır. Aktif gerilim dengeleme devreleri, seri bağlı kondansatörlere
ait devre düğümlerindeki gerilimleri kontrol eder ve sabit bir referans
gerilime eşit olmaya zorlar. Aktif gerilim daha karmaşık olmakla birlikte, daha
verimli ve daha doğru olma eğilimindedir.
Standartlaşmaya Yönelik Kategorileştirme - IEC / EN 62391–1
Farklı üreticilerce üretilen süper kondansatörler genellikle
birbirinin yerine kullanılamaz. Ek olarak, süperondansatör uygulamaları yüksek pik akım / güç kullanımlarından
daha düşük akım / daha uzun süreli uygulamalara kadar büyük ölçüde farklılık
gösterir. Bu ihtiyaçlar, IEC / EN 62391-1, “Elektronik Ekipmanlarda kullanılan
Sabit ve Çift Katmanlı Elektrik kondansatörleri “ tanımlanan test özellikleri ve parametre
gereksinimleri ile ele alınmaktadır. Standart, deşarj (boşalma ) akımı seviyelerine göre dört uygulama sınıfı tanımlar:
-Özellikle kısa süreli çalışma gerektiren motorları sürmek
için kullanılan enerji depolama, ,
- Uzun süreli çalışma için yüksek güç talebi
-Kısa çalışma sürelerinde bile birkaç yüz ampere kadar
nispeten yüksek akım darbeleri veya tepe akımları gerektiren uygulamalar için
anlık güç
-Bellek yedekleme.
Başvurulan Kaynaklar:
Murata Supercapacitor Technical Note
IEC 62391-1:2015, Fixed electric double layer
capacitors for use in electronic equipment
(Tercümedir)
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder