Superkondensatory jako akumulatory samochodowe [zamknięte]

Widziałem filmy z YouTube o superkondensatorach zastępujących akumulatory samochodowe. Czy to jest praktyczne? A jeśli tak, to dlaczego nie były oferowane na rynku motoryzacyjnym?

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

typ superkondensatora, którego używa, ma następującą kartę danych:

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

Pamiętaj, że zawiera 8125 dżuli zmagazynowanej energii.

Następnie, jeśli wejdziesz na http://www.rapidtables.com/calc/electric/Joule_to_Watt_Calculator.htm i wpiszesz 8125 w polu i powiedzmy 5 sekund od uruchomienia (w rzeczywistości powinno zacząć się za 1 sekundę). Otrzymujesz wtedy 1625 watów. Pamiętaj 1 HP = 750 Watów, więc masz nieco ponad 2 HP mocy początkowej. Pamiętaj, że używa ich sześciu. 6 x 8125 = 48 750 J. przy 16,2 V.
(na 2 sekundy start to ponad 24 000 watów (32 KM) natychmiastowej mocy) Na tyle łatwo, aby uruchomić samochód. Bez baterii też.

Dobry akumulator samochodowy miałby 700 CCA. @ 14 V = 9800 W (13 KM). Całkiem różnica. (Średni starter to 1.9 do 2 HP)

W miarę upływu czasu opublikuję kolejne filmy wideo, aby wzmocnić moje roszczenie:

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-s Znacznie-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

Podsumowując, jeśli masz wystarczająco dużo Farad, masz gęstość energii.

I to naprawdę rozwiązuje sprawę raz na zawsze ...

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

To nie jest praktyczne. Nie wiem, dlaczego ludzie to robią, nie ma żadnej korzyści. Sprowadza się to do niewłaściwego użycia czegoś pożytecznego. Krótko mówiąc, te filmy są przeznaczone dla osób, które nie wiedzą, co robią i niewłaściwie wykorzystują superkondensatory do dziwnej i bezsensownej aplikacji, do której nie są ani odpowiednie, ani nawet praktyczne. I są oferowane na rynku motoryzacyjnym, po prostu nie jako zamienniki akumulatorów, z tego samego powodu, dla którego reflektory są oferowane na rynku motoryzacyjnym, po prostu nie jako zamienniki samochodowego zestawu stereo. Ponieważ to nie miałoby sensu.

Jedynym powodem istnienia superkondensatorów jest gęstość mocy. Mają straszną gęstość energii, a ta straszna gęstość energii kosztuje wiele razy więcej. Cały punkt baterii to magazynowanie energii luzem. Używanie superkondensatorów do robienia rzeczy, w których są najgorsze, zamiast czegoś taniego, łatwo dostępnego i sprawdzonego przez ponad 100 lat to ... najmilsze, ale o wiele za słabe słowo, którego mogę użyć do opisania tego, co jest „głupie”.

Te filmy istnieją, ale tylko dlatego, że jest wideo, nie jest dobrym pomysłem. To nie jest

Co jest dobrym pomysłem jest za pomocą superkondensatory z tego powodu, że istnieją, co jest zaskakujące jest dokładny sposób są one wykorzystywane w zastosowaniach motoryzacyjnych. Baterie mają dużą gęstość energii , ale w porównaniu do superkondensatorów (lub dowolnego kondensatora), baterie nawet nie zbliżają się do gęstości mocy . Poza tym zmuszanie baterii do dostarczania dużych ilości energii jest dla niej trudne i skraca jej żywotność, a im szybciej rozładujesz baterię, tym niższa będzie jej pozorna pojemność energetyczna. Bateria wytrzyma znacznie dłużej, jeśli zostanie rozładowana z szybkością 10 godzin w porównaniu do 1 godziny. Oznacza to, że w tempie, które rozładuje go za 10 godzin, w porównaniu do 1 godziny. Wyższa moc oznacza wyższą szybkość rozładowania.

Ta słabość gęstości mocy jest dwukierunkowa: baterie źle dostarczają ogromne skoki energii i źle je przyjmują. Lubią rzeczy ładne i stabilne. Właśnie tam wchodzą super kondensatory. Mają straszną gęstość energii, ale wielką gęstość mocy. W 99% przypadków duże skoki mocy wymagane w zastosowaniach motoryzacyjnych są również krótkie - rzeczy takie jak hamowanie, gwałtowne przyspieszenie, prąd rozruchowy silnika rozrusznika itp. Jedynym rozsądnym (i zamierzonym) sposobem użycia superkondensatora jest dodanie baterii, a nie wymiana baterii.Doskonale się uzupełniają. Bateria zajmuje się magazynowaniem ton energii, a kondensatory dostarczają ją z dużą mocą, gdy jest to potrzebne. Pozwalają na odzyskanie prawie całej energii z regeneracyjnego rozbijania, ponieważ całą tę energię można po prostu wrzucić do nich i poradzą sobie z nią jak bohaterowie. Następnie można go z powrotem wsysać do akumulatora z kontrolowaną szybkością, z którą akumulator może sobie poradzić.

Superkondensatory mogą pozwolić, aby nawet wyjątkowo słaby akumulator w skrajnie niskich temperaturach uruchomił samochód, ponieważ akumulator rozładowuje zapotrzebowanie na energię. Ale ta słaba bateria będzie nadal działać i wciąż powoli, ale z pewnością naładuje kondensatory i pozostanie naładowana długo po tym, jak samochody tych twórców wideo zginą w wodzie.

Krótko mówiąc, są one wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym, a ludzie w tych filmach po prostu wydają pieniądze, aby podnieść jakość swoich samochodów na wiele ważnych sposobów, niewłaściwie wykorzystując superkondensatory w sposób, który jest tylko szkodliwy. Nie są zamiennikami baterii, ponieważ baterie magazynują mnóstwo energii, a kondensatory nie. Używane w tandemie są jednak bardzo dobrze dopasowane i podnoszą luz w obszarach, w których drugi jest słaby.

To porównanie jest kilogram za kilogram.

Wady superkondensatorów

• Niższa gęstość energii niż baterii.
• Wyższe wskaźniki samorozładowania. Z czasem traci ładunek.

Zalety superkondensatorów

• Może otrzymywać ładunek szybciej niż akumulatory.
• Może emitować więcej prądu niż baterie.

---

Superkondensatory są lepsze niż akumulatory jako źródło energii , ale są gorsze niż akumulatory w magazynowaniu energii . W samochodach superkondensatory są czasem spotykane w KERS (Kinetic Energy Recovery System), gdzie pochłaniają dużą ilość energii w miarę zwalniania samochodu, ale sekundę później wrzucają ją z powrotem do silników. Jednak w obecnym stanie techniki superkondensatory nie mogą służyć jako praktyczny zamiennik zbiornika gazu.

Po pierwsze, byłoby miło, gdybyś zamieścił link do filmu, o którym mówisz, abyśmy mogli sami na niego spojrzeć i nie musieliśmy zgadywać dokładnie, o czym mówisz.

Po drugie, odpowiedź brzmi „nie”. Przy obecnym stanie techniki nie jest to możliwe. Zacznij od prostej wyszukiwarki Google „gęstości energii”, a znajdziesz dobrą, starą Wikipedię . Patrząc na to, znajdziesz energię właściwą około 44 MJ / kg dla benzyny i około 0,04 MJ / kg dla superkondensatorów. Sugeruje to, że ta sama masa benzyny zapewni 1000 razy więcej energii niż superkapsy. Jest to mylące około 3 razy, ponieważ benzyna musi być spalana w silniku spalinowym, a praktyczne silniki spalinowe mają wydajność około 30%. Niemniej jednak daje to benzynie około 250 lub 300 na jedną korzyść. Innymi słowy, samochód elektryczny o tej samej masie superkorków co 25-galonowy zbiornik gazu byłby odpowiednikiem około 1 litra zbiornika.

Więc nie, to nie jest praktyczne. Może być wykorzystywany na przykład jako tymczasowy bufor do magazynowania energii odzyskanej przez hamowanie regeneracyjne, ale to nie wystarczy.

EDYCJA - Dzięki linkom do filmu i karty danych mogę pełniej odpowiadać.

Po pierwsze, przyznam, że moja odpowiedź była bardziej odpowiednia do dyskusji na temat samochodów elektrycznych, więc postaram się lepiej skupić na rozruszniku i innych zagadnieniach.

Film jest dość klasycznym przykładem faceta, który odkrył coś, co wydaje się być fajnym pomysłem, ale który nie przeżył pierwszego entuzjazmu, a zacznę od dygresji od kwestii początkowych, po prostu po to, aby wyciągnąć to z droga. Jest to najbardziej oczywiste w jego komentarzach na temat ładowania słonecznego. Uruchommy kilka liczb. Zacznij od wygodnego założenia: w pełni naładowany układ superkondensatorów zostanie naładowany do 15 woltów, a rozładowanie zatrzyma się przy 7,5 wolta. Przy energii 8 kJ dla naładowanego superkondensatora energia dostarczana przy połowie napięcia wynosi 3/4 lub 6 kJ. Przy 6 superkondensatorach całkowita dostarczona energia wynosi około 36 kJ. Aby naładować superkapsy za pomocą 13-watowego panelu słonecznego będzie oczywiście wymagało

$$t = \frac{36000}{13} =2769\text{ seconds} = 46\text{ minutes}$$ co nie jest dokładnie „kilka minut”. W rzeczywistości przy nominalnym czasie ładowania wynoszącym 6 godzin dziennie układ słoneczny może obsługiwać około 16 cykli ładowania. Biorąc pod uwagę to, co zostało osiągnięte w filmie, sugeruje to, że można wykonać bardzo niewielką ilość użytecznej pracy. Było to jednak sugerowane przez 13-watowe panele słoneczne, więc nie powinno to dziwić.

Teraz zaczynam. Rozważmy układ 6 superapułek, każdy z 2600 F. Efektywna pojemność wyniesie około Należy również pamiętać, że arkusz danych podaje maksymalny prąd jako 600 amperów. Tak więc na początku superkapsy mogą zgasić mniej niż bateria 700 CCA, która może zgasnąć po 30 sekundach. Co gorsza, przy założeniu stałego prądu (co nie jest całkowicie rozsądne, ale upraszcza arytmetykę) napięcie na superkapie spadnie o

$$C =\frac{2600}{6} = 433\text{ F}$$ $$\frac{dV}{dt} = \frac {i}{C} = \frac{600}{433} = 1.4 \text{ volt/sec}$$ i na przykład napięcie superkondensatora spadnie o 7 woltów, czyli prawie o 50%, po zaledwie 5 sekundach. Ponieważ CCA jest definiowany jako prąd, który może być podtrzymywany przez 30 sekund przy napięciu ogniwa 1,2 wolta (7,2 wolta dla akumulatora 12 woltów), superkondensator skończy się po zaledwie 5 lub 6 sekundach, w porównaniu do zwykłego akumulatora 30

To nie do końca chodzi o to, że silniki rozruchowe tak naprawdę nie pobierają 600 amperów. Zamiast tego 100 amperów jest bardziej rozsądną liczbą. W tych okolicznościach superkapsy tracą około 1/4 wolta na sekundę. Czy to problem? Zwracam uwagę, że bieżąca edycja OP sugeruje, że rozrusznik musi zapewnić moc tylko przez około 1 sekundę. Sugeruje to, że plakat żyje w ciepłym klimacie i nigdy nie jeździ starszymi pojazdami, które nie dają się łatwo uruchomić. Dla takich ludzi superkapsa zrobi dobrze. Dla innych nie tak bardzo.

Istnieją również inne czynniki. Jak długo konwencjonalna bateria może zapewnić mniej niż rozruch mocy w porównaniu do superkondensatora? Ustalono już użyteczną liczbę superkapsy: 36 kJ. Co z akumulatorem kwasowo-ołowiowym? Zwróć uwagę, że film ważył baterię i wynosił 66 kg (30 funtów). Połączony arkusz danych supercap daje gęstość energii supercap (faktycznie, energię właściwą) wynoszącą 1-10 W-h / kg, a gęstość energii akumulatora 10 - 100 W-h / kg. Pokazane superkapsy mają energię właściwą 4,3, więc przyjmijmy energię właściwą 40 ​​dla akumulatora samochodowego. W rzeczywistości Wikipedia mówi od 33 do 43, więc przejdźmy do 35. Wtedy nowa bateria kwasowo-ołowiowa wielkości pokazanej na filmie będzie zawierać około

$$S.E. = 35\text{ W-hr/kg}\times{66} \text{ kg}= 2310\text{ W-hr} = 8.3\text{ MJ}$$ W przeciwieństwie do superkondensatora bateria ma nieliniowe napięcie względem dostępnej krzywej energii, z długim plateau, po którym następuje gwałtowny spadek napięcia, gdy akumulator osiąga rozładowanie. Dla wygody, powiedzmy, 90% dostępnej energii znajduje się dla napięcia powyżej 50% wartości nominalnej. To jest właściwie konserwatywne. Daje to użyteczną energię około 7,5 MJ, która jest 208 razy większa.

Akumulator samochodowy (w tradycyjnym samochodzie z silnikiem benzynowym / wysokoprężnym, zignoruję tutaj pojazdy hybrydowe i elektryczne) służy do uruchamiania samochodu, a także do zasilania różnych obciążeń, które są używane, gdy silnik jest wyłączony.

Kondensatory mają zwykle bardziej wydajne ładowanie / rozładowywanie niż akumulatory i nie mają rzeczywistych problemów z zużyciem przy dużej liczbie cykli, ale mają DUŻO niższą gęstość energii. Tak więc mały bank superkapów może z powodzeniem uruchomić samochód (jak pokazują te filmy), ale rozładuje się również naprawdę szybko, jeśli masz włączone znaczne obciążenia przy wyłączonym silniku. Na filmie powiązanym z pytaniem widać, jak gwałtownie spada napięcie, gdy włącza reflektory.

To będzie poważna PITA, jeśli będziesz musiał dokonywać napraw drogowych w nocy.

Kondensatory ładują się szybko, ale rozładowują się również szybko. Dlatego używamy baterii. Baterie dłużej się ładują. Jeśli przypadkowo pozostawisz włączone światła na 5 minut, samochód się uruchomi. Kondensatory również kosztują więcej. Jedyną korzyścią, jaką widzę, jest to, że oczekiwana żywotność byłaby dłuższa, ponieważ kondensator ma więcej cykli ładowania. Być może nigdy nie będziesz musiał wymienić kondensatora. Mówiąc najprościej, bateria jest bardziej wydajna, niezawodna i znacznie tańsza. Być może będziesz musiał go wymieniać co 5 lat, ale to niewielka cena za niezawodność. Biorąc pod uwagę, o ile tańsza jest bateria, nie jest to żadnym problemem. Prawdopodobnie dobre na kosztowne doładowanie awaryjne. Ale i bateria. Bateria jest jednak cięższa ... więc ...