Суперцапацитор вс баттери

Дуга је расправа да ће суперкондензатори у будућности надвладати тржиште батерија. Неколико година уназад када су суперкондензатори постали доступни, око тога је владала велика помпа и многи су очекивали да ће заменити батерије у комерцијалним електронским производима, па чак и у електричним возилима. Али, ништа се слично у ствари није догодило, јер су и суперкондензатори и батерије потпуно различити једни од других и имају своје апликације.

Забавна чињеница: Скоро све модерне контролере ваздушних јастука напајају суперкондензатори, због њиховог брзог времена одзива преко батерија.

У поређењу са батеријом, Суперцапацитор или Ултрацапацитор је извор енергије велике густине или складиште са огромним капацитетом за кратак временски период. У овом чланку ћемо размотрити Суперцапацитор вс Баттери (литијум / оловна киселина) о различитим параметрима и закључити студијом случаја за инжењера да разуме где се може изабрати суперцапацитор преко батерије за његове примене. Ако сте новајлија у Суперцапациторс-у, препоручује се да научите основе Суперцапациторс-а пре него што наставите даље.

Густина снаге

Суперкондензатори имају велику густину снаге од исте оцењене батерије. Иако на тржишту постоје различите врсте батерија, на пример, литијум-јонске, полимерне, оловно-киселе батерије имају различиту густину снаге, од 1000 Вх по кг до 2000 Вх по кг. Оцене такође могу доста да варирају у зависности од производног процеса. Табела поређења испод приказује густину снаге Суперцапацитор вс Баттери.

Али, за супер кондензатор, густина снаге варира од 2500 Вх по кг до 45000 Вх по кг. То је много веће од густине снаге истих оцењених батерија.

Због велике густине снаге, суперкондензатор је користан извор енергије где је потребна већа вршна струја.

Напон ћелије

У различитим врстама апликација често је улазни напон велики фактор. Очигледно је да су на тржишту доступне различите врсте регулатора напона, али ипак, улазни напон преко регулатора постао је важан део апликације. Доња слика приказује излазни напон Суперцапацитор вс Баттери за исти број ћелија.

На пример, апликација са линеарним регулатором напона попут 7812 захтева најмање 15 В улаза. Једноћелијска литијумска батерија даје 3,2 волта при најнижем стању пуњења и 4,2 волта при највишем пуњењу. Због тога је за компензацију са спецификацијом улазног напона потребно најмање 5 батерија у серијском повезивању, али суперкондензатор може да обезбеди од 2,5 волта до 5,5 волта. Суперкондензатори имају висок напон ћелије од 5,5 В у поређењу са 3,7 В типичне литијумске батерије. Стога, занемарујући друга ограничења суперкондензатора, дизајнер кола може одабрати три серијска суперкондензатора од 5,5 волта. Преко батерије, ово је несумњиво позитивна страна суперкондензатора у ситуацијама ограниченог простора или оптимизацији трошкова у сврхе.

Ефикасност

Што се тиче ефикасности, суперкондензатори су 95% ефикаснији од батерија које су ефикасне 60-80% под пуним оптерећењем. Батерије под великим оптерећењем расипају топлоту што доприноси ниској ефикасности. Такође, температуру батерије и друге параметре треба надгледати током пуњења и пражњења помоћу система за управљање батеријама (БМС), док у суперкондензаторима можда неће бити потребни такви строги системи надзора. Ефикасност Ултрацапацитор против батерије је приказано на доњој слици. Међутим, треба напоменути да Суперцапацитор такође генерише номиналну топлоту током рада.

Поновна употребљивост и животни век

Животни век батерије веома зависи од циклуса пуњења и пражњења. У случају литијумских и оловно-киселих батерија, време пуњења и пражњења је ограничено са 300 на 500 циклуса, понекад може бити највише 1000 пута. Животни век без ситуације пуњења и пражњења литијумских батерија може трајати 7 година.

Суперкондензатор готово има бесконачне циклусе пуњења, може се напунити и испразнити огроман број пута; то може бити од 1 лак до 1 милион времена. Животни век суперкондензатора је такође висок. Суперцапацитор може трајати 10-18 година, док је батерија Олово-киселина може да траје само око 3-5 година.

Фактор напона пражњења

Батерија обезбеђује релативно константан излазни напон. Али излазни напон суперкондензатора опада током услова пражњења. Стога, док се батерије користе као извор напајања, може се користити регулатор или појачивач у зависности од захтева апликације, али док се користи суперкондензатор, популаран је избор претварача појачања широког опсега за компензацију губитка улазног напона.

Време пуњења

Различите батерије користе различите алгоритме пуњења. За пуњење литијум-јонских батерија користе се пуњачи са константним напоном и константном струјом. Пуњач мора бити посебно конфигурисан за откривање стања напуњености батерије као и температуре. У случају оловних батерија користи се метода пуњења капљицама.

Генерално, за пуњење батерија, без обзира на литијум-јонске или оловне киселине, потребни су сати да се потпуно напуне. Суперцапацитор је вечера брзо време пуњења; потребан му је врло кратак временски период за потпуно пуњење. Због тога, за апликације у којима је потребно да време пуњења буде веома кратко, суперкондензатори дефинитивно освајају исти капацитет батерија.

Трошак

Трошкови су важан параметар за питања везана за дизајн производа. Суперкондензатори су скупа алтернатива када се користе уместо батерија. Трошак понекад постане врло висок, на пример 10 пута већи у поређењу са истим капацитетом батерије.

Фактори ризика

Литијумске или оловно-киселинске батерије захтевају посебну пажњу или пажњу током рада или услова пуњења. Посебно за литијум-јонске батерије, топологија пуњења мора бити конфигурисана на такав начин да батерија не сме бити пренапуњена или напуњена већим капацитетом струје него што батерија заиста може да прихвати. То повећава ризик од експлозије кад год је батерија пренапуњена или напуњена великом струјом.

Не само у стању пуњења, већ и батеријама треба пажљиво руковати током пражњења. Дубоко пражњење може потенцијално оштетити животни век батерије. Због тога батерију треба искључити из терета након достизања одређеног нивоа пуњења. Такође, кратки спој батерије је опасна ситуација.

Суперкондензатори су сигурнији од батерија у смислу горе наведених фактора ризика. Међутим, пуњење суперкондензатора користећи виши напон од његовог напона потенцијално је штетно за суперкондензаторе. Али, када пуните више од једног кондензатора, то може постати сложен посао.

Истраживање случаја

Размотримо ситуацију у којој желимо да упалимо 10 паралелних ЛЕД диода током 1 сата. За ову апликацију, хајде да сазнамо, да ли бисмо као инжењер требали размислити о употреби суперкондензатора или литијумске батерије?

Претпоставимо да ЛЕД диоде троше 30мА струје на 2,5В. Стога ће паралелно бити снага од 10 ЛЕД диода

2,5 В к 0,03 к 10 = 0,75 В

Сада се за 1 сат употребе, што је 3600 секунди, потребна енергија може израчунати као

3600 к 0,75 = 2700 џула.

Ако узмемо у обзир суперкондензатор од 10Ф од 2,5 В, у њега се може сместити Е = 1 / 2ЦВ ² што је

½ к 10 к 2,5 ² = 31.25 Јоулес

Због тога треба паралелно са истом оценом имати најмање 85 суперкондензатора. Очигледно је да ће у овој специфичној апликацији батерија бити први избор. Али ако се ова апликација променила у одређену апликацију у којој се иста количина енергије захтева само 30 секунди, Суперцапацитор може бити избор, јер се може врло брзо напунити и може се користити веома дуго.

Закључак

Горње поређење врши се само између одређених батерија (литијумска или оловна киселина) са суперкондензаторима. Међутим, постоје различите батерије са различитим хемијским саставом. С друге стране, на тржишту такође постоје различити суперкондензатори са различитим хемијским саставима, попут воденог електролитског суперкондензатора или са јонским течним суперкондензатором, као и хибридни и органски електролитски суперкондензатори. Различити састави имају различите радне карактеристике и спецификације.

Суперкондензатори имају много позитивнијих тачака у погледу примене од батерија. Али, има и негативних страна у поређењу са батеријама. Стога је употреба суперкондензатора веома поуздана у зависности од врсте примене.