Araba aküsü olarak süper kapasitörler [kapalı]

Araba akülerinin yerini alan süper kapasitörlerin YouTube videolarını gördüm. Bu pratik mi? Ve eğer öyleyse, neden otomotiv pazarında sunulmadı?

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

kullandığı üst kapasitör türü aşağıdaki veri sayfasına sahiptir:

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

8.125 Joule Depolanmış Enerji içerdiğini unutmayın.

Daha sonra http://www.rapidtables.com/calc/electric/Joule_to_Watt_Calculator.htm adresine gidip kutuya 8125 girerseniz ve 5 saniye başlatma diyelim (gerçekte 1 saniye içinde başlayacaktır). Daha sonra 1.625 Watt alırsınız. 1 HP = 750 Watt'ı unutmayın, böylece 2 HP'nin üzerinde başlangıç ​​gücünüz vardır. Altı tanesini kullandığını unutmayın. 6 x 8125 = 48.750 J. @ 16.2V.
(2 saniyeliğine çalıştırma için 24.000 Watt'ın (32 HP) anlık gücünün üzerindedir) Aracınızı çalıştırmak için yeterince kolay. Batarya olmadan da.

İyi bir akü 700 CCA'ya sahip olacaktır. @ 14V = 9800 Watt (13 HP). Oldukça büyük bir fark. (Ortalama başlangıç ​​1,9 ila 2 HP'dir)

Burada, zaman geçtikçe, iddiamı desteklemek için daha fazla video yayınlayacağım:

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

Sonuç olarak, yeterince Farad'ınız varsa, enerji yoğunluğunuz vardır.

Ve bu, konuyu gerçekten bir kez ve herkes için çözüyor ...

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

Pratik değil. İnsanların bunu neden yaptığını bilmiyorum, hiçbir faydası yok. Yararlı bir şeyin kötüye kullanılması anlamına gelir. Basitçe söylemek gerekirse, bu videolar ne yaptıklarını bilmeyen ve ne çok uygun ne de pratik olan tuhaf ve anlamsız bir uygulama için süper kapasitörleri kötüye kullanan kişilerdir. Ve otomotiv pazarında, tıpkı pil değiştirme gibi değil, aynı sebeple, otomobil pazarında farlar da sunuluyor, tıpkı araba stereo değiştirme gibi değil. Çünkü bu hiç mantıklı değil.

Süper kapasitörlerin var olmasının tek nedeni güç yoğunluğudur. Onlar korkunç enerji yoğunluğuna sahipler ve bu korkunç enerji yoğunluğu maliyetin birçok katından geliyor. Bir pilin tüm noktası toplu enerji depolamasıdır. 100 yıldan uzun bir süredir ucuz, hazır ve kanıtlanmış bir şey yerine en kötü oldukları şeyi yapmak için süper kapasitörleri kullanmak ... bunu tarif etmek için kullanabileceğim en nazik ama çok zayıf kelime.

Bu videolar var, ancak sadece bir video olması nedeniyle bunu iyi bir fikir haline getirmiyor. Öyle değil.

Ne olduğunu iyi bir fikir şaşırtıcı olmayan onlar otomotiv uygulamalarında kullanılmaktadır kesin yoldur onların var sebeple, için süperkapasitörlerin kullanıyor. Piller büyük enerji yoğunluğuna sahiptir, ancak süper kapasitörlere (veya herhangi bir kapasitöre) kıyasla piller güç yoğunluğuna bile yaklaşmaz . Bunun ötesinde, bir pili yüksek miktarda güç sağlamaya zorlamak zordur ve uzun süreli ömrünü azaltır ve bir pili ne kadar çabuk boşaltırsanız, görünen enerji kapasitesi o kadar düşük olur. Pil, 1 saatlik bir oranla 10 saatlik bir oranda boşaltılırsa çok daha uzun süre dayanır. Yani, sadece 1 saat karşısında 10 saatte deşarj olacak bir oranda. Daha yüksek güç, daha yüksek deşarj oranı anlamına gelir.

Bu güç yoğunluğu zayıflığı çift yönlüdür: piller büyük miktarda enerji artışı sağlamada ve onları kabul etmede kötüdür. Güzel ve istikrarlı şeyleri severler. Süper kapasitörlerin devreye girdiği yer burasıdır. Çok büyük enerji yoğunluğuna, ancak büyük güç yoğunluğuna sahiptirler. Zamanın% 99'u, otomotiv uygulamalarında talep edilen büyük güç artışları da kısadır - frenleme, hızlanma patlaması, marş motorunun ani akımı, bu tür şeyler. Bir süper kapasitör kullanmanın tek makul (ve amaçlanan) yolu , bir bataryaya ek olarak, asla batarya yerine kullanılmamasıdır.Birbirlerini mükemmel şekilde tamamlarlar. Pil, tonlarca enerji depolamakla ilgilenirken, kapasitörler gerektiğinde yüksek güçte teslim eder. Neredeyse tüm enerjiyi rejeneratif kırılmadan geri almak gibi şeylere izin veriyorlar, çünkü tüm bu enerji sadece onlara atılabilir ve şampiyonlar gibi idare edecekler. Daha sonra pilin başa çıkabileceği kontrollü bir hızda pilin içine geri sifonlanabilir.

Süper kapasitörler aşırı soğukta aşırı zayıf bir akünün bile arabayı çalıştırmasına izin verebilir, çünkü akü güç taleplerinden kurtulur. Ancak bu zayıf pil çalışmaya devam edecek ve hala yavaş ama yine de kapasitörleri şarj edecek ve bu video yapımcılarının arabaları su içinde öldükten uzun süre sonra şarjlı kalacak.

Uzun lafın kısası, otomotiv endüstrisinde kullanılıyorlar ve bu videolardaki insanlar, süper kapasitörleri sadece zararlı bir şekilde kötüye kullanarak arabalarını birçok önemli şekilde daha düşük yapmak için para harcıyorlar. Piller tonlarca enerji depoladığından, kapasitörler kullanmadıkları için pillerin yerini almazlar. Ancak birlikte kullanıldığında, çok iyi bir eşleşmedir ve diğerinin zayıf olduğu alanlardaki boşluğu alırlar.

Bu karşılaştırma kilo için kilodur.

Süper kapasitörlerin dezavantajları

• Pillere göre daha düşük enerji yoğunluğu.
• Daha yüksek kendi kendine deşarj oranları. Zamanla yükü kaybeder.

Süper kapasitörlerin avantajları

• Pillerden daha hızlı şarj alabilir.
• Akülerden daha fazla akım verebilir.

---

Süper kapasitörler bir güç kaynağı olarak pillerden daha iyidir , ancak enerji depolamadaki pillerden daha kötüdürler . Arabalarda, süper kapasitörler bazen KERS'de (Kinetik Enerji Geri Kazanım Sistemi) bulunur, burada araba yavaşladıkça büyük miktarda güç emerler, ancak bu gücü sadece birkaç saniye sonra motorlara geri döndürürler. Ancak süper kapasitörler, mevcut teknoloji durumunda bir gaz tankı için pratik bir yedek olarak hizmet edemez.

Öncelikle, hakkında konuştuğunuz videonun bağlantısını yayınlarsanız iyi olur, böylece videoya kendimiz bakabiliriz ve tam olarak ne hakkında konuştuğunuzu tahmin etmemiz gerekmez.

İkincisi, cevap hayır. Mevcut teknoloji ile uzaktan mümkün değildir. "Enerji yoğunluğu" ile ilgili basit bir Google aramasıyla başlayın ve iyi eski Wikipedia bulacaksınız . Buna bakıldığında, benzin için yaklaşık 44 MJ / kg ve süper kapasitörler için yaklaşık .04 MJ / kg spesifik bir enerji bulacaksınız. Bu, aynı ağırlıktaki benzinin üst kapaklardan 1000 kat daha fazla enerji sağlayacağını göstermektedir. Benzinin bir içten yanmalı motorda yakılması gerektiğinden ve pratik IC motorlar sadece yaklaşık% 30 verimli olduğundan, bu yaklaşık 3 kat kadar yanıltıcıdır. Bununla birlikte, bu benzine yaklaşık 250 veya 300'lük bir avantaj sağlar. Başka bir deyişle, 25 galonluk bir gaz tankı ile aynı ağırlık üst kapaklarına sahip bir elektrikli araba yaklaşık 1 pint tankına eşdeğer olacaktır.

Yani hayır, pratik değil. Örneğin, rejeneratif frenleme ile geri kazanılan enerji için geçici bir depolama tamponu olarak kullanılabilir, ancak bu yeterli değildir.

EDIT - Video ve veri sayfasına bağlantılar ile daha eksiksiz yanıt verebilirim.

İlk olarak, yanıtımın elektrikli otomobil tartışmasına daha uygun olduğunu söyleyeceğim, bu yüzden marş ve diğer konulara odaklanmak için daha iyi bir iş yapmaya çalışacağım.

Video, düzgün bir fikir gibi görünen bir şeyi keşfetmiş, ancak coşkunun ilk sifonunu ele geçirmemiş bir adamın oldukça klasik bir örneğidir ve ben sadece bunu çıkarmak için başlangıç ​​sorunlarından uzaklaşarak başlayacağım. yol. Bu en çok solar şarj hakkındaki yorumlarında açıktır. Hadi birkaç sayı aktaralım. Uygun bir varsayım yaparak başlayın: Tam olarak şarj edilmiş bir üst kapak dizisi 15 volta şarj edilir ve deşarj 7.5 voltta durur. Yüklü bir üst kapak için 8 kJ enerji ile, yarım voltajda verilen enerji 3/4 veya 6 kJ'dir. 6 üst kapak ile toplam verilen enerji yaklaşık 36 kJ'dir. 13 watt'lık bir güneş paneli ile üst kapakları şarj etmek için açıkça

$$t = \frac{36000}{13} =2769\text{ seconds} = 46\text{ minutes}$$ ki bu tam olarak "birkaç dakika" değildir. Aslında, günde bir nominal 6 saatlik şarj süresinde bir güneş sistemi yaklaşık 16 şarj döngüsünü destekleyebilir. Videoda yapılanlar göz önüne alındığında, bu çok az miktarda yararlı çalışmanın gerçekleştirilebileceğini düşündürmektedir. Ancak bu 13 watt güneş panelleri tarafından ima edildi, bu yüzden büyük bir sürpriz olmamalı.

Şimdi başlıyoruz. Her biri 2600 F olan 6 kapaklı bir üst kapak dizisini düşünün. Etkili kapasitans yaklaşık Ayrıca veri sayfasında maksimum akımı 600 amper olarak listelediğini unutmayın. Böylece, başlangıçta üst kapaklar 30 saniyeden sonra 700 CCA pilden daha az bir pil çıkarabilir. Daha kötüsü, sabit akım varsayarsak (tamamen makul değildir, ancak aritmetiği basitleştirir) üst kapaktaki voltajd

$$C =\frac{2600}{6} = 433\text{ F}$$ $$\frac{dV}{dt} = \frac {i}{C} = \frac{600}{433} = 1.4 \text{ volt/sec}$$ ve örneğin, üst kapak voltajı sadece 5 saniye sonra 7 volt veya yaklaşık% 50 oranında düşmüş olacaktır. CCA, 1,2 voltluk bir hücre voltajında ​​(12 voltluk bir pil için 7,2 volt) 30 saniye boyunca desteklenebilen akım olarak tanımlandığından, bir supercap, normal bir bataryaya kıyasla sadece 5 veya 6 saniye sonra buhar bitecektir. 30.

Marş motorları aslında 600 amper çekmediği için bu tamamen nokta değildir. Bunun yerine, 100 amper daha makul bir sayıdır. Bu koşullar altında üst kapaklar saniyede yaklaşık 1/4 volt kaybedecektir. Bu bir sorun mu? OP'nin mevcut düzenlemesinin bir marş motorunun sadece yaklaşık 1 saniye güç sağlaması gerektiğini önerdiğini unutmayın. Bu, posterin sıcak bir iklimde yaşadığını ve asla kolay başlamayan eski araçları sürmediğini göstermektedir. Böyle bir halk için, bir üst kapak güzel bir şekilde yapacaktır. Diğerleri için o kadar değil.

Başka faktörler de var. Geleneksel bir pil, bir üst kapağa kıyasla ne kadar süre başlangıç ​​gücünden daha az güç sağlayabilir? Üst kapak için kullanılabilir bir sayı zaten oluşturulmuştur: 36 kJ. Kurşun-asit akü ne olacak? Videonun bir bataryayı tartıp 66 kg (30 lb) olduğunu unutmayın. Bağlanan üst kapak veri sayfası, 1-10 W saat / kg üst sınır enerji yoğunluğu (aslında özgül enerji) ve 10 - 100 W saat / kg pil enerji yoğunluğu verir. Gösterilen süper kapakların 4.3'lük özel bir enerjisi vardır, bu yüzden bir araba aküsü için 40'lık belirli bir enerjiyi varsayalım. Aslında Wikipedia 33 ila 43 diyor, bu yüzden 35 ile gidelim. Sonra videoda gösterilen boyutta yeni bir kurşun-asit pil yaklaşık

$$S.E. = 35\text{ W-hr/kg}\times{66} \text{ kg}= 2310\text{ W-hr} = 8.3\text{ MJ}$$ Bir üst kapaktan farklı olarak, bir pilin mevcut enerji eğrisine karşı doğrusal olmayan bir gerilimi vardır, uzun bir plato ve ardından pil deşarj olurken keskin bir voltaj düşüşü vardır. Uygun bir sayı olarak, mevcut enerjinin% 90'ının nominalin% 50'sinin üzerinde bir voltaj için bulunduğunu varsayalım. Bu aslında muhafazakar. Bu yaklaşık 208 MJ daha yüksek kullanılabilir enerji sağlar.

Bir araba aküsü (geleneksel benzinli / dizel araçta, hibridleri ve elektrikli arabaları görmezden geleceğim) arabayı çalıştırmak ve aynı zamanda motor kapalıyken kullanılan çeşitli yükler için güç sağlamak için kullanılır.

Kapasitörler akülerden daha verimli şarj / deşarj olma eğilimindedir ve çok sayıda döngü ile yıpranma konusunda gerçek bir sorun yoktur, ancak çok daha düşük enerji yoğunluğuna sahiptirler. Bu nedenle, küçük bir süper büyüklükteki banka bir arabayı başarılı bir şekilde başlatabilir (bu videoların gösterdiği gibi), ancak motorunuz durduğunda önemli yükler varsa, gerçek hızlı bir şekilde deşarj olur. Soruya bağlanan videoda, farları açtığında voltajın hızla düştüğünü görüyorsunuz.

Geceleri yol kenarında onarım yapmanız gerekiyorsa, bu büyük bir PITA olacaktır.

Kapasitörler hızlı şarj olur, ancak aynı zamanda hızlı bir şekilde deşarj olurlar. Bu yüzden neden pil kullanıyoruz. Piller şarjı daha uzun süre tutar. Bu nedenle, farlarınızı yanlışlıkla 5 dakika açık bırakırsanız, araç çalışır. Kapasitörlerin maliyeti de daha yüksektir. Görebildiğim tek fayda, kapasitörün daha fazla şarj döngüsü olduğundan yaşam beklentisinin daha uzun olacağı. Asla kapasitörü değiştirmeniz gerekmeyebilir. Ama basitçe söylemek gerekirse, bir pil daha verimli, güvenilir ve çok daha ucuzdur. Her 5 yılda bir değiştirmeniz gerekebilir, ancak güvenilirlik için ödemek için küçük bir fiyattır. Bir pilin ne kadar ucuz olduğu düşünüldüğünde, bu bir beyin değildir. Muhtemelen pahalı bir acil durum artışı için iyi. Ama bir batarya da öyle. Pil daha ağır olsa da ... yani ...