Designing of Power Supply Modules Based on Capacitors with a Double Electric Layer

Abstract

На основе анализа рынка приведены основные сегменты производства и потребления накопителей электрической энергии (НЭЭ). Предложен вариант решения задачи проектирования модулей конденсаторов с двойным электрическим слоем (суперконденсаторов) на уровне применяемости, а именно: определены классификационные требования, варианты системотехнического построения и алгоритмизации их работы, рассмотрены способы адаптации к конструкции суперконденсаторов. Рассмотрены варианты включения в работу НЭЭ, обеспечивающие кратковременную работу нагрузки. Показан характер изменения напряжения на нагрузке и условия для расширения рабочего интервала модулей на основе суперконденсаторов, в том числе с применением DC/DC-преобразователей. Показано, что для формирования линейки источников питания на основе накопителей электрической энергии достаточно использовать типовые DC- или AC-преобразователи. При моделировании процессов зарядки и анализе режимов работы конденсаторов в составе модуля подтверждена необходимость применения схем активной и пассивной балансировки, позволяющих обеспечить устойчивую работу конденсаторов в составе модуля. Проведено моделирование переходных процессов в многоэлементных накопителях энергии, позволившее исследовать динамику выхода накопителей на стационарный режим работы и установить основные требования к компонентам суперконденсаторных НЭЭ. Экспериментальные исследования в ОАО «Элеконд» подтвердили результаты теоретических исследований. Морфологический анализ импортной и отечественных элементной базы позволил обосновать выбор управляющих, силовых и прочих электронных компонентов, позволяющих создавать НЭЭ с оптимальными эксплуатационными характеристиками.