Supercapacitor vs baterya

Mayroong isang mahabang debate na ang mga Supercapacitor ay magpapatuloy sa pamamahala ng baterya sa hinaharap. Ilang taon na ang nakalilipas nang ang Supercapacitors ay ginawang magagamit, mayroong isang malaking hype tungkol dito at marami ang inaasahan na palitan nito ang mga baterya sa mga komersyal na elektronikong produkto at maging sa Mga Elektronikong Sasakyan. Ngunit, wala talagang katulad na nangyari, dahil ang parehong Supercapacitors at Baterya ay ganap na magkakaiba sa bawat isa at mayroon silang sariling mga application.

Katotohanang Katotohanan: Halos lahat ng mga modernong tagakontrol ng airbag ay pinalakas ng mga supercapacitor, dahil sa kanilang mabilis na oras ng pagtugon sa mga baterya.

Kung ikukumpara sa baterya, ang Supercapacitor o Ultracapacitor ay isang mapagkukunan ng high-density na mapagkukunan o imbakan na may malaking kapasidad para sa isang maikling tagal ng panahon. Sa artikulong ito, tatalakayin namin ang Supercapacitor vs Battery (Lithium / Lead Acid) sa iba't ibang mga parameter at magtapos sa isang case study para sa isang engineer na maunawaan kung saan maaaring pumili ang isang supercapacitor sa isang baterya para sa kanyang mga aplikasyon. Kung ikaw ay isang newbie sa Supercapacitors pagkatapos ay lubos na inirerekumenda na malaman ang mga pangunahing kaalaman sa Supercapacitors bago ka magpatuloy.

Bigat ng kapangyarihan

Ang mga supercapacitor ay may mataas na density ng kuryente kaysa sa parehong na-rate na baterya. Bagaman mayroong iba't ibang mga uri ng baterya sa merkado, halimbawa, ang mga lithium-ion, polymer, lead-acid na baterya ay may iba't ibang density ng kuryente, mula sa 1000 Wh bawat kg hanggang 2000 Wh bawat kg. Ang mga rating ay maaari ding mag-iba nang malaki depende sa proseso ng pagmamanupaktura. Ang tsart ng paghahambing sa ibaba ay nagpapakita ng lakas ng lakas ng Supercapacitor vs Baterya.

Ngunit, para sa isang supercapacitor, ang density ng lakas ay nag-iiba mula 2500 Wh bawat kg hanggang 45000 Wh bawat kg. Iyon ay mas malaki kaysa sa lakas ng lakas ng parehong mga na-rate na baterya.

Dahil sa mataas na density ng kuryente, ang isang supercapacitor ay isang kapaki - pakinabang na mapagkukunan ng kuryente kung saan kinakailangan ang mas malaking kasalukuyang rurok.

Boltahe ng cell

Sa iba't ibang mga uri ng application, madalas ang input boltahe ay isang malaking kadahilanan. Malinaw na, mayroong iba't ibang mga uri ng mga regulator ng boltahe na magagamit sa merkado ngunit pa rin, ang input boltahe sa kabuuan ng isang regulator ay naging isang mahalagang bahagi ng application. Ipinapakita ng figure sa ibaba ang boltahe ng output ng Supercapacitor vs Baterya para sa parehong bilang ng mga cell.

Halimbawa, ang isang application na may isang linear voltage regulator tulad ng 7812 ay nangangailangan ng hindi bababa sa 15V input. Ang isang solong-cell na baterya ng Lithium ay nagbibigay ng 3.2 volts sa pinakamababang kondisyon ng pagsingil at 4.2 volts sa pinakamataas na kondisyon ng singil. Samakatuwid, upang mabayaran ang pagtutukoy ng boltahe ng pag-input, hindi bababa sa 5 mga baterya sa koneksyon sa serye ang kinakailangan ngunit ang supercapacitor ay maaaring magbigay ng 2.5 volts hanggang 5.5-volt na output. Ang mga supercapacitor ay may mataas na boltahe ng cell na 5.5V kumpara sa 3.7V ng isang karaniwang baterya ng Lithium. Kaya, hindi pinapansin ang iba pang mga limitasyon ng isang supercapacitor ang circuit designer ay maaaring pumili ng tatlong 5.5 volt supercapacitors sa serye. Sa paglipas ng baterya, ito ay isang walang alinlangan na plus point ng supercapacitors sa mga sitwasyon ng pagpigil sa kalawakan o pag-optimize ng gastos para sa mga layunin.

Kahusayan

Sa mga tuntunin ng kahusayan, ang mga supercapacitor ay 95% na mas mahusay kaysa sa mga baterya na 60-80% mahusay sa ilalim ng buong kundisyon ng pag-load. Ang mga baterya sa mataas na pagkarga ay nagwawala ng init na nag-aambag sa mababang kahusayan. Gayundin, ang temperatura ng baterya at iba pang mga parameter ay dapat na subaybayan sa panahon ng pagsingil at paglabas gamit ang isang Battery Management System (BMS), samantalang sa mga supercapacitor maaaring hindi kinakailangan ang mga mahigpit na sistema ng pagsubaybay na ito. Ang Kahusayan ng Ultracapacitor vs Baterya ay ipinapakita sa ibabang pigura. Gayunpaman, dapat pansinin na ang Supercapacitor ay bumubuo din ng nominal na init sa panahon ng operasyon.

Kakayahang magamit muli at habang-buhay

Ang habang-buhay ng baterya ay lubos na maaasahan sa pagsingil at paglabas ng mga cycle. Sa kaso ng mga baterya ng Lithium at lead-acid, ang mga oras ng pagsingil at paglabas ay limitado mula 300 hanggang 500 na mga cycle, kung minsan maaari itong maging isang maximum na 1000 beses. Ang habang-buhay na walang pag-charge at paglabas ng sitwasyon ng mga baterya ng lithium ay maaaring tumagal ng isang span ng 7 taon.

Ang isang supercapacitor ay halos may walang katapusang mga pag-ikot ng singil, maaari itong singilin at mapalabas sa loob ng maraming beses; maaari itong mula sa 1 lakh hanggang 1milyong oras. Ang habang-buhay ng isang supercapacitor ay mataas din. Ang isang supercapacitor ay maaaring tumagal ng 10-18 taon, habang ang isang baterya ng Lead-Acid ay maaaring tumagal ng mga 3-5 taon lamang.

Kadahilanan ng Boltahe na Paglabas

Ang isang baterya ay nagbibigay ng isang pare-pareho na boltahe ng output. Ngunit ang isang boltahe ng output ng supercapacitor ay bumababa habang naglalabas ng mga kundisyon. Samakatuwid, habang gumagamit ng mga baterya bilang mapagkukunan ng kuryente, maaaring gumamit ang isang tao ng buck or boost regulator depende sa mga kinakailangan ng aplikasyon, ngunit habang gumagamit ng isang supercapacitor, ito ay isang tanyag na pagpipilian na gumamit ng isang malawak na range boost converter para sa pagbabayad ng pagkawala ng boltahe ng input.

Oras ng Pagsingil

Ang iba't ibang mga baterya ay gumagamit ng iba't ibang mga pagsingil ng mga algorithm. Upang singilin ang mga baterya ng Lithium-ion na pare-pareho ang boltahe at pare-pareho ang kasalukuyang pagsingil ng mga charger ay ginagamit. Kailangang espesyal na mai-configure ang charger upang makita ang kondisyon ng pagsingil ng baterya pati na rin ang temperatura. Para sa kaso ng mga lead-acid na baterya ay ginagamit ang trickle charge charge.

Sa pangkalahatan, upang singilin ang mga baterya na hindi alintana ang Lithium-ion o lead-acid, tumatagal ng maraming oras upang ganap na singilin. Ang supercapacitor ay may tagal ng mabilis na pagsingil ng oras; nangangailangan ito ng isang napakaikling panahon ng oras para sa pagkuha ng isang buong singil. Samakatuwid, para sa mga application kung saan kinakailangan ang oras ng pagsingil na mas mababa, ang mga supercapacitor ay tiyak na mananalo sa parehong kapasidad ng mga baterya.

Gastos

Ang gastos ay isang mahalagang parameter para sa mga isyu na nauugnay sa disenyo ng produkto. Ang mga supercapacitor ay isang magastos na kahalili kapag ginamit sa halip na mga baterya. Minsan ang gastos ay napakataas tulad ng 10 beses na mas mataas kung ihahambing sa parehong kapasidad ng baterya.

Mga kadahilanan sa peligro

Ang mga baterya ng lithium o lead-acid ay nangangailangan ng espesyal na pangangalaga o pansin sa mga kondisyon ng pagpapatakbo o singilin. Lalo na para sa mga baterya ng lithium-ion, ang topology ng pagsingil ay kailangang mai-configure sa isang paraan na ang baterya ay hindi dapat labis na masingil o masingil ng mas mataas na kapasidad ng kasalukuyang kaysa sa tunay na matatanggap ng baterya. Dagdagan nito ang peligro ng isang pagsabog tuwing ang baterya ay sobrang nag-charge o nasingil ng isang mataas na kasalukuyang.

Hindi lamang sa kundisyon ng pagsingil, ngunit ang mga baterya ay kailangan ding maingat na patakbuhin habang naglalabas ng mga sitwasyon. Ang kalagayan ng malalim na paglabas ay maaaring makapinsala sa buhay ng baterya. Samakatuwid, ang baterya ay kailangang ma-disconnect mula sa pagkarga pagkatapos na maabot sa isang tiyak na antas ng estado ng pagsingil. Gayundin, ang maikling circuit ng isang baterya ay isang mapanganib na sitwasyon.

Ang mga supercapacitor ay mas ligtas kaysa sa mga baterya sa mga tuntunin ng mga salik sa panganib na nasa itaas. Gayunpaman, ang pagsingil sa isang supercapacitor na gumagamit ng isang mas mataas na boltahe kaysa sa marka nito ay potensyal na nakakasama sa mga supercapacitor. Ngunit, kapag naniningil ng higit sa isang solong kapasitor, maaari itong maging isang kumplikadong trabaho.

Pag-aaral ng Kaso

Isaalang-alang natin ang isang sitwasyon kung saan nais nating sindihan ang 10 parallel LEDs sa loob ng 1 oras. Para sa application na ito, alamin natin, bilang isang inhinyero dapat nating isaalang-alang ang paggamit ng isang supercapacitor o lithium na baterya?

Ipagpalagay natin na ang mga LED ay gumuhit ng 30mA ng kasalukuyang sa 2.5V. Samakatuwid, ang wattage ng 10 LEDs na kahanay ay magiging

2.5V x 0.03 x 10 = 0.75 Watt

Ngayon, para sa 1 Oras ng paggamit na 3600 segundo, ang enerhiya na kinakailangan ay maaaring kalkulahin bilang

3600 x 0.75 = 2700 Joules.

Kung isasaalang-alang namin ang isang 10F 2.5V Supercapacitor, maaari itong mag-imbak ng E = 1 / 2CV ^{2 na} kung saan ay

½ x 10 x 2.5 ² = 31.25 Joules

Samakatuwid, kailangan ng isa ng hindi bababa sa 85 Supercapacitors na kahanay ng parehong rating. Malinaw na sa tukoy na baterya ng application na ito ang magiging unang pagpipilian. Ngunit kung ang application na ito ay nabago sa isang tukoy na application kung saan ang parehong halaga ng lakas ay kinakailangan lamang para sa 30 Segundo, ang Supercapacitor ay maaaring isang pagpipilian dahil maaari itong singilin nang napakabilis at maaaring magamit sa isang napakahabang panahon.

Konklusyon

Ang paghahambing sa itaas ay ginagawa lamang sa pagitan ng mga tukoy na baterya (lithium o lead acid) na may supercapacitors. Gayunpaman, mayroong iba't ibang mga baterya na may iba't ibang mga komposisyon ng kemikal. Sa kabilang banda, mayroon ding iba't ibang mga supercapacitor na may iba't ibang mga komposisyon ng kemikal tulad ng isang may tubig na electrolytic supercapacitor o may isang ionic liquid supercapacitor pati na rin ang hybrid at organic electrolytic supercapacitors na nasa merkado din. Ang magkakaibang mga komposisyon ay may magkakaibang mga katangian ng pagtatrabaho at pagtutukoy.

Ang mga supercapacitor ay may mas positibong mga puntos sa mga tuntunin ng aplikasyon pagkatapos ng mga baterya. Ngunit, mayroon din itong mga negatibong panig kumpara sa mga baterya. Samakatuwid, ang mga paggamit ng supercapacitors ay lubos na maaasahan sa uri ng aplikasyon.