Supercapacitor come batterie per auto [chiuso]


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Ho visto i video di YouTube di supercondensatori che sostituiscono le batterie dell'auto. È pratico? E se è così, perché non sono stati offerti nel mercato automobilistico?

https://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w

il tipo supercapacitor che sta utilizzando ha la seguente scheda tecnica:

http://www.nooelec.com/files/2600f.pdf

Nota che contiene 8.125 Joule di energia immagazzinata.

Quindi se vai su http://www.rapidtables.com/calc/electric/Joule_to_Watt_Calculator.htm e inserisci 8125 nella casella e diciamo 5 secondi di avvio (si avvia in 1 secondo in realtà). Quindi ottieni 1.625 Watt. Ricorda 1 HP = 750 Watt, quindi hai poco più di 2 HP di potenza iniziale. Ricorda che ne sta usando sei. 6 x 8125 = 48.750 J. @ 16.2V.
(per un avvio di 2 secondi sono oltre 24.000 Watt (32 HP) di potenza istantanea) Abbastanza facilmente per avviare la tua auto. Anche senza batteria.

Una buona batteria per auto avrebbe 700 CCA. @ 14 V = 9800 Watt (13 CV). Piuttosto una differenza. (L'antipasto medio è da 1,9 a 2 HP)

Qui, col passare del tempo, posterò altri video per rafforzare la mia richiesta:

https://www.youtube.com/watch?v=EoWMF3VkI6U

http://www.extremetech.com/computing/183839-new-supercapacitor-technology-could-store-conduct-power-on-the-same-copper-wires

http://scitechdaily.com/graphene-based-supercapacitors-may-significantly-boost-power-electric-vehicles/

http://phys.org/news/2015-09-micro-supercapacitor-unmatched-energy-storage.html

https://www.tecategroup.com/ultracapacitors-supercapacitors/industry_news.php

http://www.skeletontech.com/news/skeleton-technologies-launches-markets-highest-energy-density-ultracapacitor/

https://www.youtube.com/watch?v=ZgozrScGN8U

In conclusione, se hai abbastanza Farad, hai la densità di energia.

E questo risolve davvero la questione una volta per tutte ...

https://www.youtube.com/watch?v=JAT_8H23iGI


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Cosa ti ha insegnato la tua ricerca sulla densità energetica e sulla capacità delle batterie rispetto ai condensatori?
Transistor

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Domanda molto simile un mese fa su Mechanics.SE: sostituire le batterie dell'auto con i condensatori?
Nick Alexeev

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Parte del problema con i tuoi nuovi calcoli è che non ottieni quella cifra di piena energia a meno che il condensatore non sia completamente scarico . Dovresti assumere una caduta di tensione (diciamo da 12 V a 8 V) e calcolare la differenza di energia tra quelle tensioni. E cancella le ripetute modifiche.
W5VO,

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@TimSpriggs La maggior parte dei motorini di avviamento non funziona troppo bene a 0 V, quindi la citazione dell'energia totale immagazzinata è fuorviante. Puoi ottenere quell'energia solo se scarichi completamente il condensatore. Ad un certo punto la tensione sul condensatore non è sufficiente per pilotare il motorino di avviamento.
W5VO,

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negli anni '70, quando la maggior parte delle motociclette aveva un dispositivo di avviamento (alcuni avevano anche un avviamento elettrico), era pratico sostituire la batteria della motocicletta con un condensatore molto grande .
robert bristow-johnson,

Risposte:


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Non è pratico. Non so perché la gente faccia questo, non c'è alcun beneficio. Equivale a un uso improprio di qualcosa di utile. In parole povere, quei video sono realizzati da persone che non sanno cosa stanno facendo e usano in modo improprio i supercondensatori per un'applicazione bizzarra e insensata a cui non sono né adatti né nemmeno pratici. E sono offerti sul mercato automobilistico, non come sostituti della batteria, per lo stesso motivo per cui i fari sono offerti sul mercato automobilistico, non come sostituti dell'autoradio. Perché non avrebbe alcun senso.

L'unica ragione per cui esistono supercondensatori è la densità di potenza. Hanno una terribile densità di energia e quella terribile densità di energia ha un costo molte volte superiore. L'intero punto di una batteria è l'accumulo di energia sfusa. Usare i supercondensatori per fare la cosa peggiore invece di qualcosa che è economico, prontamente disponibile e provato da oltre 100 anni è ... la parola più gentile ma troppo debole che posso usare per descrivere che è "sciocco".

Quei video esistono, ma solo perché c'è un video non lo rende una buona idea. Non lo è.

Ciò che è una buona idea è usare i supercondensatori per il motivo per cui esistono, il che non sorprende che sia esattamente il modo in cui vengono utilizzati nelle applicazioni automobilistiche. Le batterie hanno una grande densità di energia , ma rispetto ai supercondensatori (o qualsiasi condensatore), le batterie non si avvicinano nemmeno alla densità di potenza . Oltre a ciò, forzare una batteria a fornire elevate quantità di energia è difficile e ridurrà la sua durata a lungo termine, e più rapidamente si scarica una batteria, minore sarà la sua capacità di energia apparente. Una batteria durerà molto più a lungo se scarica a una velocità di 10 ore rispetto a una velocità di 1 ora. Significato, ad un ritmo che lo scaricherà in 10 ore contro solo 1 ora. Maggiore potenza significa una maggiore velocità di scarica.

Questa debolezza della densità di potenza è bidirezionale: le batterie sono cattive nel fornire enormi picchi di energia e cattive nell'accettarle. A loro piacciono le cose belle e costanti. È qui che arrivano i super condensatori. Hanno una terribile densità di energia, ma una grande densità di potenza. Anche il 99% delle volte, i grandi picchi di potenza richiesti nelle applicazioni automobilistiche sono brevi: cose come la frenata, un'esplosione di accelerazione, la corrente di spunto del motorino di avviamento, quel genere di cose. L'unico modo ragionevole (e previsto) di utilizzare un supercondensatore è in aggiunta a una batteria, mai in sostituzione di una batteria.Si completano perfettamente a vicenda. Una batteria si occupa di immagazzinare tonnellate di energia, mentre i condensatori la erogano ad alta potenza quando necessario. Permettono cose come catturare quasi tutta l'energia dalla rottura rigenerativa, perché tutta quell'energia può semplicemente essere scaricata direttamente dentro di loro e la gestiranno come campioni. Può quindi essere reimpostato nella batteria a una velocità controllata che la batteria può gestire.

I supercondensatori possono lasciare che anche una batteria estremamente debole in condizioni di freddo estremo possa avviare l'auto, poiché la batteria è alleviata dalle esigenze di alimentazione. Ma quella batteria scarica continuerà a funzionare e continuerà lentamente, ma sicuramente ricaricherà i condensatori e rimarrà carica per molto tempo dopo che le auto di quei produttori di video saranno morte nell'acqua.

Per farla breve, sono utilizzati nell'industria automobilistica e le persone in quei video stanno semplicemente spendendo soldi per rendere le loro auto inferiori in molti modi importanti abusando dei supercondensatori in un modo che è solo dannoso. Non sostituiscono le batterie perché le batterie immagazzinano tonnellate di energia, i condensatori no. Utilizzati in tandem, tuttavia, sono un'ottima partita e raccolgono il gioco nelle aree in cui l'altro è debole.


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Congratulazioni, l'unica finora tra le risposte che sa cos'è una batteria per auto. :)
pipe

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"Rompere" la tua auto non è raccomandato, suggerisci di sostituirla con "frenata".
Hobbs

6
C'è una frase sepolta nella tua risposta che merita più attenzione. Hai detto: "... forzare una batteria a fornire elevate quantità di energia è difficile e ridurrà la sua durata a lungo termine ..." In altre parole, l'uso di un SuperCap in aggiunta a una batteria può prolungare la durata della batteria , specialmente nelle applicazioni "esplosive".
Solomon Slow

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@TimSpriggs Ho pensato che fosse abbastanza chiaro. Non vi è alcun vantaggio nel sostituire una batteria con supercaps, ma c'è un vantaggio nell'usarli entrambi contemporaneamente. Questa è una risposta eccellente e ben scritta. I tuoi commenti suggeriscono che forse non stavi davvero cercando qualcuno che rispondesse alla tua domanda. Se è così, temo che tu sia arrivato nel sito sbagliato. :-)
Adam Haun

1
@tim spriggs, che parte è l'opinione? Gli attuali supercap non hanno la densità di energia necessaria per sostituire qualcosa come una batteria per auto ... Questo è un dato di fatto.
Jarrod Christman,

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Questo confronto è chilo per chilo.

Svantaggi dei supercondensatori

  • Densità di energia inferiore rispetto alle batterie.
  • Tassi di autoscarica più elevati. Perde la carica nel tempo.

Vantaggi dei supercondensatori

  • Può ricevere la carica più rapidamente delle batterie.
  • Può emettere più corrente delle batterie.

I supercondensatori sono migliori delle batterie come fonte di energia , ma sono peggiori delle batterie per conservare energia . Nelle auto, i supercondensatori si trovano talvolta nel KERS (Kinetic Energy Recovery System), dove assorbono una grande quantità di potenza mentre l'auto rallenta, solo per restituire questa potenza ai motori pochi secondi dopo. Ma i supercondensatori non possono servire come una sostituzione pratica per un serbatoio di gas allo stato attuale della tecnologia.


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Le batterie per auto non vengono utilizzate per guidare auto, vengono utilizzate per avviare auto.
pipe

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@pipe A meno che non sia una di quelle nuove Tesla.
Nick Alexeev

5
Molti ibridi usano le batterie per assorbire energia dalla rottura, allo scopo di utilizzarla pochi secondi o minuti dopo. A tal fine, i tappi di grandi dimensioni potrebbero potenzialmente essere migliori delle batterie.
supercat

3

Prima di tutto, sarebbe bello se pubblichi un link al video di cui stai parlando, in modo che possiamo guardarlo da soli e non dover indovinare esattamente di cosa stai parlando.

Secondo, la risposta è no. Non è possibile in remoto con lo stato dell'arte attuale. Inizia con una semplice ricerca su Google sulla "densità di energia" e troverai una buona vecchia Wikipedia . Osservando ciò, troverai un'energia specifica di circa 44 MJ / kg per la benzina e di circa 0,04 MJ / kg per i supercondensatori. Ciò suggerisce che lo stesso peso di benzina fornirà 1000 volte più energia dei supercap. Ciò è fuorviante di circa un fattore 3, poiché la benzina deve essere bruciata in un motore a combustione interna e i pratici motori IC sono efficienti solo per circa il 30%. Tuttavia, questo dà benzina a circa 250 o 300 a un vantaggio. Per dirla in altro modo, un'auto elettrica con lo stesso peso di supercapsulanti di un serbatoio di gas da 25 galloni sarebbe l'equivalente di circa un serbatoio da 1 litro.

Quindi no, non è pratico. Può essere utilizzato, ad esempio, come buffer di stoccaggio temporaneo per l'energia recuperata dalla frenata rigenerativa, ma ciò non è abbastanza remoto.

MODIFICA - Con i collegamenti al video e alla scheda tecnica, posso rispondere in modo più completo.

In primo luogo, garantirò che la mia risposta fosse più adatta a una discussione sulle auto elettriche, quindi cercherò di fare un lavoro migliore concentrandomi sul motorino di avviamento e su altre questioni.

Il video è un esempio abbastanza classico di un ragazzo che ha scoperto quella che sembra essere un'idea chiara, ma che non ha superato la prima vampata di entusiasmo, e inizierò divagando da problemi di avviamento, solo per tirarlo fuori da la via. Ciò è più evidente nei suoi commenti sulla ricarica solare. Eseguiamo alcuni numeri. Inizia ipotizzando conveniente: un array supercap completamente carico verrà caricato a 15 volt e la scarica si interromperà a 7,5 volt. Con 8 kJ di energia per un supercap caricato, l'energia erogata a metà tensione è di 3/4 o 6 kJ. Con 6 supercap, l'energia totale erogata è di circa 36 kJ. Per ricaricare le supercapsule con un pannello solare da 13 watt occorrerà ovviamente

t=3600013=2769 seconds=46 minutes
che non è esattamente "pochi minuti". In effetti, con una durata nominale di 6 ore al giorno, un sistema solare può supportare circa 16 cicli di carica. Dato ciò che è stato realizzato nel video, ciò suggerisce che è possibile realizzare una quantità molto piccola di lavoro utile. Ma ciò è stato implicito dai pannelli solari da 13 watt, quindi non dovrebbe essere una grande sorpresa.

Ora, per iniziare. Si consideri un array supercap di 6 tappi, ciascuno con 2600 F. La capacità effettiva sarà di circa Si noti inoltre che la scheda tecnica elenca la corrente massima di 600 amp. Quindi, all'inizio, le supercaps possono emettere meno di una batteria da 700 CCA dopo 30 secondi. Peggio ancora, ipotizzando una corrente costante (che non è del tutto ragionevole, ma semplifica l'aritmetica) la tensione attraverso il supercap diminuirà didV

C=26006=433 F
dVdt=iC=600433=1.4 volt/sec
e, ad esempio, la tensione del supercap diminuirà di 7 volt, o quasi del 50%, dopo soli 5 secondi. Poiché la CCA è definita come la corrente che può essere supportata per 30 secondi a una tensione di cella di 1,2 volt (7,2 volt per una batteria da 12 volt), un supercap si esaurirà dopo soli 5 o 6 secondi, rispetto a una normale batteria 30.

Questo non è del tutto evidente, dal momento che i motorini di avviamento in realtà non assorbono 600 ampere. Invece, 100 amp è un numero più ragionevole. In queste circostanze, i supercapelli perdono circa 1/4 di volt al secondo. Questo è un problema? Noto che l'attuale modifica dell'OP suggerisce che un dispositivo di avviamento deve solo fornire energia per circa 1 secondo. Ciò suggerisce che il poster vive in un clima caldo e non guida mai veicoli più vecchi che non si avviano facilmente. Per tale gente, un supercap andrà bene. Per gli altri, non così tanto.

Ci sono anche altri fattori. Per quanto tempo una batteria convenzionale può fornire una potenza inferiore all'avvio rispetto a un supercap? È già stato stabilito un numero utilizzabile per il supercap: 36 kJ. Che dire della batteria al piombo? Si noti che il vide pesa una batteria e ne viene fuori con 66 kg. La scheda tecnica del supercap collegata fornisce una densità di energia del supercap (in realtà, energia specifica) di 1-10 W-ora / kg e una densità di energia della batteria di 10 - 100 W-ora / kg. I supercaps mostrati hanno un'energia specifica di 4.3, quindi supponiamo un'energia specifica di 40 per una batteria dell'auto. In realtà, Wikipedia dice da 33 a 43, quindi andiamo con 35. Quindi una nuova batteria al piombo acido delle dimensioni mostrate nel video conterrà circa

S.E.=35 W-hr/kg×66 kg=2310 W-hr=8.3 MJ
A differenza di un supercap, una batteria ha una tensione non lineare rispetto alla curva di energia disponibile, con un lungo plateau seguito da un forte calo di tensione quando la batteria raggiunge la carica. Come numero conveniente, supponiamo che il 90% dell'energia disponibile sia trovata per una tensione superiore al 50% del valore nominale. Questo è in realtà conservatore. Ciò fornisce un'energia utilizzabile di circa 7,5 MJ, che è 208 volte maggiore.

3
Le batterie per auto non vengono utilizzate per guidare auto, vengono utilizzate per avviare auto.
pipe

@pipe: le batterie delle auto ibride vengono utilizzate per fornire propulsione; a volte per lunghi periodi, a volte solo come aggiunta per aiutare il veicolo ad accelerare.
supercat

@supercat Tecnicamente vero, ma se vai in un negozio e chiedi dove hanno le batterie per auto, sono abbastanza sicuro che non supporranno che tu voglia nuove batterie per il tuo ibrido.
pipe

3
No, ma il mio punto era che mentre i supercaps potrebbero non sostituire tutte le batterie di un'auto, potrebbero utilmente sostituire alcune batterie in alcuni tipi di ibridi.
supercat

Quanti link vuoi?
Tim Spriggs

0

Una batteria per auto (in una tradizionale auto a benzina / diesel, qui ignorerò ibridi e auto elettriche) per avviare l'auto e anche per fornire energia a vari carichi che vengono utilizzati a motore spento.

I condensatori tendono ad avere una carica / scarica più efficace delle batterie e nessun reale problema di usura con molti cicli, ma hanno una Densità di energia MOLTO più bassa. Quindi un piccolo banco di supercap può avviare un'auto con successo (come dimostrano quei video) ma si scaricherà molto velocemente se hai carichi significativi accesi con il motore spento. Nel video collegato alla domanda vedi che la tensione cala rapidamente quando accende i fari.

Questa sarà una PITA importante se devi fare riparazioni lungo la strada di notte.


Una batteria può lasciarti incagliata altrettanto facilmente. Batteria in corto, celle scariche, batteria congelata, ecc.
Tim Spriggs

@TimSpriggs Non "altrettanto facilmente". Ho avuto quei difetti circa cinque volte in totale nella mia vita. Un super condensatore ti lascerà bloccato, ogni volta.
user207421

Non lo sai perché non hai mai messo la stessa configurazione di supercap nella tua auto. Hai adesso? :)
Tim Spriggs

0

I condensatori si caricano rapidamente, ma si scaricano anche rapidamente. Quindi perché usiamo le batterie. Le batterie mantengono la carica più a lungo. Quindi, se lasci accidentalmente i fari accesi per 5 minuti, la macchina partirà. Anche i condensatori costano di più. L'unico vantaggio che posso vedere è che l'aspettativa di vita sarebbe più lunga poiché il condensatore ha più cicli di carica. Potrebbe non essere necessario sostituire il condensatore. In poche parole, una batteria è più efficiente, affidabile e molto più economica. Potrebbe essere necessario sostituirlo ogni 5 anni, ma è un piccolo prezzo da pagare per l'affidabilità. Considerando quanto è più economica una batteria, è un gioco da ragazzi. Probabilmente buono per un costoso impulso di emergenza. Ma così è una batteria. La batteria è più pesante però ... quindi ...

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