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2.2.2 超级电容器单体、模组与系统

超级电容器单体和模组如图2-11所示。与电池类似,超级电容器也有单体、模组与系统的概念,下面根据国家标准《超级电容器第1部分:总则》(GB/T 34870.1—2017)和汽车行业标准《车用超级电容器》(QC/T 741—2014),对相关定义进行介绍。

(1)超级电容器单体(Super Capacitor Cell):超级电容器的基本单元,由电极、隔膜、电解质/液、引出端子和外包装构成的组装体。超级电容器单体如图2-11(a)所示。

(2)超级电容器模组(Super Capacitor Module):由两个或两个以上超级电容器单体及其附件构成的组合体。超级电容器模组如图2-11(b)所示。

图2-11 超级电容器单体和模组

超级电容器的单体电压由电解质的分解电压决定,常见的单体额定电压为2.7V、3.0V,通常难以满足汽车对高电压的需求。因此需要采用串联方式提高工作电压。此外,单体容量一般为数法拉至数百法拉,当需要更大容量时,可以通过并联实现扩容。

与电池类似,多个超级电容器单体的串联可能导致单体间电压不均衡,因此需要采用单体间电压平衡电路、过压保护电路、温度监测电路等辅助电路。

(3)超级电容器系统(Super Capacitor System):可依据相应的控制策略从外部获得电能并可对外输出电能,且具有相应的安全防护、状态监测和通信功能的完整系统。通常包括多个超级电容器模组、管理系统、箱体及相应附件(冷却部件、连接线缆等)。

超级电容器单体也有圆柱形和方形两种。圆柱形超级电容器单体结构如图2-12所示,典型的圆柱形超级电容器单体的正极由分布在集流体两侧的正电极构成,负极由分布在集流体两侧的负电极构成,正极和负极由隔膜分隔,都卷绕在充有电解液的铝壳体内。正极和负极分别引出至位于圆柱上端的正极端子和负极端子。

图2-12 圆柱形超级电容器单体结构

如果外部电压高于超级电容器单体额定电压,则内部的电解液会分解形成气体,当气体的压力逐渐升高并达到一定阈值时,可以通过安全阀释放压力,以防止壳体爆炸。 giLI+LQ7c4i0VEUnCGDOD5a05RB1NT5ltzesv6h5kc+X892M21ZSwxGb1vKQsXVp

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