表2 等电容基准下的并联影响
Tab. 2 Capacitance scale parallel effects
表3 等体积基准下的并联影响
Tab. 3 Volume scale parallel effects
5.5 电容器电容值
基于数学模型,电容值主要决定稳态下SCEC系统中并联电容之间的电流分配关系。简单来说,电容值越高,其稳态电流也就越高。与内阻影响类似,电容值对于商业化产品来说是一个固定值。电容值影响特性实验同样基于恒流放电,通过将不同数目的SC和EC进行串并联来分析电容值对SCEC系统效率的影响。
定义电容比值KC为SC与EC电容值之比。实验由4个BCAP350和2个0.47 F的EC组成,分别衍生出的3种串并联方式为:
1)KC=101,4个串联的SC与2个并联的EC。
2)KC=202,4个串联的SC与1个EC。
3)KC=404,2个串联的SC与1个EC。
设置SCEC系统放电电流为50 A,放电时间为20 ms,初始电压以串联SC数量叠加计算得出(单个SC电压为2.5 V)。
图7所示结果表明,SCEC系统的效率随电容比KC的增加而减少,也就是说减小SC电容值或增加EC电容值均对系统效率有所改善。另外,对于以同一电容比进行串并联组合的SCEC系统,其输出效率是一致的。图8依据数学模型对SCEC系统
图7 SCEC系统效率与电容比值KC的关系
Fig. 7 Efficiency versus capacitance ratio KC
图8 SCEC系统效率与并联电解电容数量的关系
Fig. 8 Efficiency versus parallel EC number
的效率进行了预测,SC部分由4个串联的BCAP350组成,而EC部分由不同数目的0.47 F电解电容并联组成。设放电电流为100 A,初始电压为10 V,放电时间为20 ms。
图8结果显示了SCEC系统效率随并联EC数量的增加而增加,而其效率增长率则随之大幅下降。对于初始增加的5个并联EC,系统效率提高10.9%,之后增加的5个并联EC,其效率仅提高1.1%。当EC数量增加至15个时,效率仅提高0.33%。因此在设计SCEC系统时,应综合考虑成本和效率提升度之间的关系来计算最优并联EC的数量。
尽管SCEC系统效率特性分析是以放电过程展开研究的,但基于数学模型,以上所提及的各种放电特性对充电过程均适用。充电和放电过程的区别
主要集中在初始和结束时的边界条件,而对于系统
的效率而言,充电过程同样可以通过并联EC的方式来提高SC系统的能量传输效率。