Siêu tụ cho ups

Một trong những thành phần quan trọng của bộ nguồn dự phòng UPS là thời gian chờ và khả năng lưu điện của hệ thống ắc qui, hay là siêu tụ điện đang trên đà thay thế.

Siêu tụ điện được lắp ráp như một tụ điện bình thường nhưng có điện dung cao hơn trong cùng một kích thước. Năng lượng lưu trữ của siêu tụ lớn hơn so với năng lượng điện hóa bình thường của ắc qui chì axit dùng cho UPS. Siêu tụ được sạc bằng việc ứng dụng sự chênh lệch điện áp giữa cực âm và cực dương ( Nguyên lý này gần giống với việc phóng điện khi trà sát với tấm thảm

Thiết kế nhỏ gọn của siêu tụ điện có thể làm giảm kích thước của bộ nguồn UPS và giảm thiểu khả năng xả của siêu tụ khi nguồn điện bị sự cố. Dung lượng của siêu tụ tùy thuộc vào vật liệu thiết kế lên nó. Khả năng có thể lên đến 30kW.

Siêu tụ điện( kể cả các sản phẩm tụ điện phân cực, tụ hóa hay tụ có điện dung lớn) bao gồm hai bản cực được chế tạo từ các bon hoạt tính, có thể được kết lại với nhau. Trong khi đó, một tụ điện thông thường bao gồm lá dẫn và cách điện khô, những siêu tụ điện vượt qua vào công nghệ pin bằng cách sử dụng các điện cực đặc biệt và một số chất điện phân. Có ba loại vật liệu điện cực thích hợp cho các siêu tụ điện: bề mặt cao khu vực cacbon hoạt tính, oxit kim loại và polymer dẫn điện. Các vật liệu bề mặt điện cực hoạt tính cao, còn được gọi tụ hai lớp (DLC), là ít tốn kém nhất để sản xuất và là phổ biến nhất. Nó lưu trữ năng lượng trong lớp kép hình thành gần bề mặt điện cực carbon

 

Các điện cực than hoạt tính cung cấp một khu vực hình mắt lưới lớn khi mà một vật liệu hoạt động như Rutheni Oxide được tích tụ. Vật liệu cung cấp cho một khoảng rất lớn, ví dụ, 1000 mét vuông cho mỗi gram của vật liệu sử dụng. Giấy cellulose với sợi polymer sử dụng để  gia cố thường được sử dụng như các phần phân cách giữa các điện cực. Điện thường được pha loãng axit sulfuric. Ruteni Oxide được chuyển đổi thành Rutheni Hydroxide bởi một phản ứng hóa học và điều này cho phép năng lượng được lưu trữ.Để Hoạt động ở điện áp cao hơn, siêu tụ điện được ghép nối tiếp với nhau. Trên một chuỗi lớn hơn ba tụ điện, cần phải cân bằng điện áp để bảo vệ từng cell không bị quá điện áp.

Năng lượng trong một siêu tụ điện được sạc một cách nhanh chóng - và đây là một trong những lợi thế lớn nhất của nó. Khi kết hợp với một bộ pin hiện có, họ có thể hạn chế vòng sạc xả cho gián đoạn tạm thời, giúp kéo dài tuổi thọ làm việc của bộ này. Tuổi thọ làm việc một siêu tụ điện là thường mười năm (gấp đôi so với một ắc qui UPS trung bình). Chúng  cũng có thể hoạt động trên một phạm vi nhiệt độ rộng (trừ 30 đến 45 độ C).

Các lợi thế

 

 Vòng đời hầu như không giới hạn - có thể quay vòng hàng triệu lần

 Trở kháng thấp - tăng cường xử lý tải trọng khi đặt trong song song với một ắc qui

 Thời gian sạc ngắn, trong vài giây

 Phương pháp đơn giản phí - không phát hiện đầy đủ phí là cần thiết, không có nguy cơ quá tải.

Các hạn chế

Siêu tụ xả theo đường tuyến tính nên hạn chế việc sử dụng toàn bộ năng lượng

 Mật độ năng lượng thấp - thường bằng một phần năm đến một phần mười năng lượng của ắc qui điện hóa

Các tế bào có điện áp thấp – Phải mắc nối tiếp để nâng cao điện áp. Cân bằng điện áp là cần thiết nếu có nhiều hơn ba tụ điện được nối tiếp.

Năng lượng tự xả cao hơn rất nhiều so với một ắc qui điện hóa

Trong khi điện áp của ắc qui điện hóa ổn định trong suốt thời gian sử dụng, điện áp của các siêu tụ điện là tuyến tính và giảm đều từ điện áp đầy đủ đến không volts. Bởi vì điều này, nó không thể sạc đầy. Nếu, ví dụ, một pin 6V được phép xả đến 4.5V trước khi thiết bị cắt, các siêu tụ điện đạt đến ngưỡng đó trong một phần tư chu kỳ xả đầu tiên. Các phần năng lượng còn lại vào một phạm vi điện áp không sử dụng được. Một chuyển đổi DC-to-DC có thể sửa vấn đề này nhưng một điều như vậy sẽ làm tăng thêm chi phí và tăng tổn thất lên 10- 15%

Thời gian sạc một siêu tụ điện là khoảng 10 giây. Khả năng hấp thụ năng lượng, đến một mức độ lớn, bị giới hạn bởi kích thước của bộ sạc. Các đặc tính phí tương tự như của một ắc qui điện hóa. Thời gian sạc ban đầu là rất nhanh. và giảm về sau. Cần phải đưa thêm việc hạn chế dòng điện khi sạc siêu tụ từ điện áp 0V

Về phương pháp sạc, các siêu tụ điện tương tự như pin axit chì. Dung lượng được sạc đầy khi đạt đến điện áp đặt của ắc qui hay tụ điện. Nhưng không giống như ắc qui điện hóa, các siêu tụ điện không đòi hỏi một mạch xác định sạc đầy. Siêu tụ điện mất nhiều năng lượng khi cần thiết. Khi đầy, nó ngừng không sạc nữa ,không có nguy cơ quá tải hay "ghi nhớ".

Siêu tụ điện là tương đối tốn kém về chi phí cho mỗi watt. Một số kỹ sư thiết kế cho rằng tiền sẽ được chi tiêu tốt hơn khi cung cấp một ắc qui lớn hơn bằng cách tăng các cells. Nhưng các siêu tụ điện và ắc qui hóa học không nhất thiết phải cạnh tranh. Chúng hỗ trợ lẫn nhau.

 

Hiện tại hãng RIELLO đã nghiên cứu và tích hợp thành công siêu tụ điện vào hệ thống UPS của mình, cho phép có thể sạc nhanh chóng và đạt được hiệu quả cao trong thời gian lưu trữ điện