恒功率充放电条件下锂离子电容器的循环性能.pdf
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1、电力设备自动化应用恒功率充放电条件下锂离子电容器的循环性能邵国柱,姜汉兵,许检红,杨恩东(南通江海电容器股份有限公司,江苏南通2 2 6 30 0)摘要:本文探究了恒功率充放电条件下锂离子电容器的循环性能,为有效评估其在恒功率充放电条件下的循环性能及健康状态,以恒功率为前提,开展了循环次数(1 2 0 0 次)、充电时间(1 3h)、工作温度(5 45)下锂离子电容器循环性能的测试,以研究3种因素对锂离子电容器循环性能的相关影响,为锂离子在不同条件下开展锂离子电容器加速老化寿命测试提供一定参考。关键词:锂电子电容器,LIC循环性能,充放电测试中图分类号:TM53,T M 9 10Cyclic
2、Performance of Lithium-Ion Capacitor under Constant Power Charging andAbstract:This paper explores the cycling performanc e of lithium-ion capacitors under constant power charging anddischarging conditions.In order to effectively evaluate their cycling performance and health status under constant po
3、wercharging and discharging conditions,tests were conducted on the cycling performance of lithium-ion capacitors under constantpower conditions,including cycling times(1200 times),charging time(13 hours),and working temperature(545 C),to investigate the relevant effects of three factors on the cycli
4、ng performance of lithium-ion capacitors,provide a certainreference for conducting accelerated aging life testing of lithium-ion capacitors under different conditions.Key words:lithium-ion capacitors,LIC cycle performance,charge and discharge test文献标识码:ADischarging ConditionsSHAO Guozhu,JIANG Hanbin
5、g,XU Jianhong,YANG Endong(Nantong Jianghai Capacitor Co.,Ltd.,Nantong,Jiangsu 226300,China)0引言锂离子电容器是一种高性能、高能量密度和高功率密度的电容器,应用前景广阔,包括电动汽车、可再生能源储能系统、智能手机和其他便携式电子设备等。锂离子电容器的循环性能通常使用循环寿命和循环效率进行描述1。循环寿命是指锂离子电容器在恒功率充放电条件下经过多次循环后,容量下降到原始容量的8 0%。循环寿命取决于锂离子电容器的电极材料、电解液、电容器结构等因素。循环效率是指锂离子电容器(Lithium-Ion Capac
6、itor,LIC)在充放电循环中,能量损失的比例。锂离子电容器的循环效率高,说明其在充放电过程中能量损失较小,电容器的能量利用率高。本文选用LSH20的锂离子电容器为测试对象,针对不同影响因素,如温度、工作时间,进行了多次不同控制变量的试验,以探究锂离子电容器的循环性能,为锂离子电容器的寿命评估方面提供一定的参考依据。作者简介:邵国柱,男,19 6 3年生,副高级工程师,研究方向为电能源。通讯作者:杨恩东,男,19 7 3年生,副高级工程师,研究方向为电能源。1 试验1.1 试验的目的本试验通过在恒功率固定条件下对锂离子电容器进行充电、放电、充放电等操作,测试恒功率充放电条件下不同影响因素对锂
7、离子电容器循环性能的影响,以在实际应用中根据具体的应用场景和要求,综合考虑各种因素,提高锂离子电容器的循环性能,延长使用寿命。1.2 测试对象锂离子电容器是一种结合了锂离子电池和超级电容器的新型电容器,具有高能量密度和高功率密度的优点2。本文以LSH20型号的锂离子电容器作为本试验的测试对象。LSH20由正负极电极、分隔膜、电解质和外壳组成3。其中,正负极电极分别由石墨、活性炭和聚丙烯薄膜组成,分隔膜由聚乙烯醇(PVA)材料制成,电解质为锂盐和有机溶剂的混合物。LSH20外壳采用金属壳体,具有良好的密封性和机械强度。2023/16期/10 5自动化应用电力设备1.3测试设备可用于测试锂离子电容
8、器的软硬件设备包括电容器测试仪、循环充放电测试仪、多功能电容器测试仪、恒流源、数据采集系统、电容器模拟软件等4。恒功率充放电测试需要使用专业的测试仪器和软件,如ArbinInstruments(美国阿宾仪器)公司的恒功率充放电测试系统,该系统可以通过电流、电压、容量、内阻等参数实时监测电容器,并实现自动化测试。本文以NEWAREBTS-4000(型号)循环充放电测试仪为例开展相关试验。1.4测试方法在恒功率充放电条件下,锂离子电容器循环性能测试涉及的数学原理公式主要包括电容器的放电特性、容量计算、以及循环寿命预测。放电特性循环寿命预测电容器的循环寿命是指电容器在特定循环条件下能够充放电的次数,
9、通常以循环次数表示5。(1)循环寿命预测:循环充放电测试可以用于预测电容器的循环寿命。N=CII式中:N是电容器的循环寿命,C是电容器的总容量,I是电容器每个循环周期的放电电流。式(1)应用在恒功率充放电条件下锂离子电容器循环性能测试的不同环节中,包括电容器参数测量、容量计算、以及循环寿命预测。(2)电容器参数测量:在恒功率充放电条件下测试电容器时,需要测量电容器的放电特性,包括开路电压和内阻。开路电压公式为:OCV=V+IxR内阻公式为:R=(OCV-V)1式中:V是电容器的实际电压,I是电容器的实际电流,R是电容器的内阻,OCV是电容器的开路电压。(3)容量计算:在恒功率充放电条件下测试电
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