Supercapacitores como baterias de carro [fechados]


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Vi vídeos no YouTube de supercapacitores substituindo as baterias de carros. Isso é prático? E se sim, por que eles não foram oferecidos no mercado automotivo?

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

o tipo supercapacitor que ele está usando tem a seguinte planilha de dados:

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

Observe que ele contém 8.125 Joules de energia armazenada.

Então, se você acessar http://www.rapidtables.com/calc/electric/Joule_to_Watt_Calculator.htm e digitar 8125 na caixa, digamos 5 segundos de inicialização (ele deve iniciar em 1 segundo na realidade). Você então recebe 1.625 Watts. Lembre-se de 1 HP = 750 Watts, então você tem pouco mais de 2 HP de potência inicial. Lembre-se de que ele está usando seis deles. 6 x 8125 = 48.750 J. @ 16,2V.
(por 2 segundos de partida, são mais de 24.000 Watts (32 HP) de potência instantânea) Facilmente o suficiente para dar partida no seu carro. Sem bateria também.

Uma boa bateria de carro teria 700 CCA. @ 14V = 9800 Watts (13 HP). Quanta diferença. (A média de partida é de 1,9 a 2 HP)

Aqui, com o passar do tempo, vou postar mais vídeos para reforçar minha reivindicação:

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

Resumindo, se você tiver Farads suficientes, terá densidade de energia.

E isso realmente resolve o problema de uma vez por todas ...

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


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O que sua pesquisa lhe ensinou sobre densidade de energia e capacidade de baterias versus capacitores?
Transistor

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Pergunta muito parecida há um mês em Mechanics.SE: Substitua as baterias de carro por capacitores?
Nick Alexeev

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Parte do problema com seus novos cálculos é que você não obtém esse valor total de energia, a menos que o capacitor esteja totalmente descarregado . Você precisaria assumir alguma queda de tensão (por exemplo, 12V a 8V) e calcular a diferença de energia entre essas tensões. E interrompa as edições repetidas.
W5VO 11/03/16

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@TimSpriggs A maioria dos motores de partida não funciona muito bem em 0V, portanto, citar toda a energia armazenada é enganoso. Você só pode obter essa energia se descarregar completamente o capacitor. Em algum momento, a tensão no capacitor não é suficiente para acionar o motor de partida.
W5VO

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Na década de 1970, quando a maioria das motocicletas tinha um acionador de partida (algumas também tinham partida elétrica), substituir a bateria da motocicleta por um capacitor muito grande era prático.
22816 Robert Bristow-Johnson

Respostas:


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Não é prático. Não sei por que as pessoas fazem isso, não há benefício algum. Isso equivale a mau uso de algo útil. Simplificando, esses vídeos são de pessoas que não sabem o que estão fazendo e usam mal os supercapacitores para uma aplicação bizarra e sem sentido para a qual não são adequados nem práticos. E eles são oferecidos no mercado automotivo, não apenas como substituições de baterias, pelo mesmo motivo que os faróis são oferecidos no mercado automotivo, não apenas como substituições de estéreo de automóveis. Porque isso não faria nenhum sentido.

A única razão pela qual os supercapacitores existem é a densidade de potência. Eles têm uma densidade de energia terrível, e essa densidade de energia terrível tem muitas vezes o custo. O ponto principal de uma bateria é o armazenamento de energia em massa. Usar supercapacitores para fazer o que eles são piores, em vez de algo barato, prontamente disponível e comprovado há mais de 100 anos é ... a palavra mais gentil, porém fraca demais, que posso usar para descrever que é "boba".

Esses vídeos existem, mas só porque há um vídeo não o torna uma boa ideia. Não é.

O que é uma boa idéia é usar supercapacitores para a razão que eles existem, o que não surpreende é a maneira exata que eles estão sendo usados em aplicações automotivas. As baterias têm uma grande densidade de energia , mas comparadas aos supercapacitores (ou qualquer capacitor), as baterias nem chegam perto da densidade de potência . Além disso, forçar uma bateria a fornecer grandes quantidades de energia é difícil e reduzirá sua vida útil a longo prazo, e quanto mais rápido você descarregar uma bateria, menor será sua capacidade aparente de energia. Uma bateria durará muito mais tempo se esgotada a uma taxa de 10 horas versus uma taxa de 1 hora. Ou seja, a uma taxa que o descarregará em 10 horas versus apenas 1 hora. Maior potência significa uma maior taxa de descarga.

Essa fraqueza na densidade de energia é bidirecional: as baterias são ruins em fornecer enormes picos de energia e ruins em aceitá-las. Eles gostam de coisas boas e constantes. É aí que entram os super capacitores. Eles têm uma densidade de energia terrível, mas uma grande densidade de potência. 99% do tempo, os grandes picos de potência exigidos em aplicações automotivas também são breves - coisas como freios, uma explosão de aceleração, a corrente de arranque do motor de partida, esse tipo de coisa. A única maneira razoável (e pretendida) de usar um supercapacitor é além de uma bateria, nunca substituindo uma bateria.Eles se complementam perfeitamente. Uma bateria lida com o armazenamento de toneladas de energia, enquanto os capacitores a entregam em alta potência quando necessário. Eles permitem coisas como capturar quase toda a energia de volta da quebra regenerativa, porque toda essa energia pode simplesmente ser despejada diretamente neles e eles lidam com isso como campeões. Em seguida, ele pode ser desviado de volta para a bateria a uma taxa controlada com a qual a bateria pode lidar.

Os supercapacitores podem permitir que até mesmo uma bateria extremamente fraca, com frio extremo, ligue o carro, porque a bateria é aliviada por demandas de energia. Mas essa bateria fraca continuará funcionando e, ainda assim, lenta mas seguramente recarregará os capacitores e permanecerá carregada muito tempo depois que os carros desses fabricantes de vídeos ficarem mortos na água.

Para encurtar a história, eles são usados ​​na indústria automotiva e as pessoas nesses vídeos estão simplesmente gastando dinheiro para tornar seus carros inferiores em muitos aspectos importantes, usando mal os supercapacitores de uma maneira que é apenas prejudicial. Eles não substituem as baterias porque as baterias armazenam toneladas de energia, os capacitores não. Usados ​​em conjunto, no entanto, eles combinam muito bem e ficam mais fracos nas áreas onde o outro é fraco.


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Parabéns, o único até agora entre as respostas que sabem o que é uma bateria de carro. :)
pipe

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Não é recomendável "quebrar" o seu carro; sugira substituí-lo por "travagem".
hobbs

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Há uma frase enterrada em sua resposta que merece mais atenção. Você disse: "... forçar uma bateria a fornecer grandes quantidades de energia é difícil e reduzirá sua vida útil a longo prazo ..." Em outras palavras, o uso de um SuperCap como complemento de uma bateria pode fazer com que a bateria dure mais , especialmente em aplicativos "explosivos".
Solomon Slow

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@TimSpriggs Eu pensei que ele era bem claro. Não há benefício em substituir uma bateria por supercaps, mas há um benefício em usar as duas ao mesmo tempo. Esta é uma resposta excelente e bem escrita. Seus comentários sugerem que talvez você não estivesse realmente procurando alguém para responder sua pergunta. Nesse caso, receio que você tenha acessado o site errado. :-)
Adam Haun

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@tim spriggs, que parte é opinião? Os supercaps atuais não têm a densidade de energia necessária para substituir algo como uma bateria de carro completamente ... Isso é um fato.
Jarrod Christman

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Essa comparação é quilo por quilo.

Desvantagens dos supercapacitores

  • Densidade de energia mais baixa que as baterias.
  • Taxas de auto-descarga mais altas. Perde a cobrança ao longo do tempo.

Vantagens dos supercapacitores

  • Pode receber carga mais rapidamente do que as baterias.
  • Pode produzir mais corrente que as baterias.

Os supercapacitores são melhores que as baterias como fonte de energia , mas são piores que as baterias para armazenar energia . Nos carros, às vezes, os supercapacitores são encontrados no KERS (Sistema de Recuperação de Energia Cinética), onde absorvem uma grande quantidade de energia à medida que o carro desacelera, apenas para jogar essa energia de volta nos motores segundos depois. Mas os supercapacitores não podem servir como substitutos práticos de um tanque de gás no estado atual da tecnologia.


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As baterias de carro não são usadas para dirigir carros, elas são usadas para iniciar carros.
pipe

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@pipe A menos que seja um daqueles Teslas novos.
Nick Alexeev

5
Muitos híbridos usam baterias para absorver a energia da quebra, com o objetivo de usá-lo alguns segundos ou minutos depois. As tampas grandes podem ser potencialmente melhores que as baterias para esse fim.
supercat

3

Primeiro, seria bom se você postasse um link para o vídeo do qual está falando, para que possamos analisá-lo por conta própria e não ter que adivinhar exatamente o que você está falando.

Segundo, a resposta é não. Não é remotamente possível com o estado da arte atual. Comece com uma simples pesquisa no Google sobre "densidade de energia" e você encontrará a boa e velha Wikipedia . Observando isso, você encontrará uma energia específica de cerca de 44 MJ / kg para gasolina e cerca de 0,04 MJ / kg para supercapacitores. Isso sugere que o mesmo peso de gasolina fornecerá 1000 vezes mais energia que as supercaps. Isso é enganoso em cerca de um fator de 3, uma vez que a gasolina precisa ser queimada em um motor de combustão interna, e os práticos motores de CI são apenas 30% mais eficientes. No entanto, isso dá à gasolina cerca de 250 ou 300 a uma vantagem. Em outras palavras, um carro elétrico com o mesmo peso de supercaps de um tanque de gasolina de 25 galões seria o equivalente a um tanque de 1 litro.

Então não, não é prático. Ele pode ser usado, por exemplo, como um buffer temporário de armazenamento de energia recuperada pela frenagem regenerativa, mas isso não é remotamente suficiente.

EDIT - Com links para o vídeo e a folha de dados, posso responder mais plenamente.

Primeiro, vou admitir que minha resposta foi mais adequada para uma discussão sobre carros elétricos, por isso tentarei fazer um trabalho melhor focando o motor de partida e outros assuntos.

t=3600013=2769 segundos=46. minutos

C=26006=433 F
dVdt=EuC=600433=1.4 volt / s

Isso não é totalmente objetivo, já que os motores de partida realmente não usam 600 amperes. Em vez disso, 100 amperes é um número mais razoável. Nessas circunstâncias, as supercaps perderão cerca de 1/4 de volt por segundo. Isso é um problema? Observo que a edição atual do OP sugere que um acionador de partida precisa fornecer energia por aproximadamente 1 segundo. Isso sugere que o cartaz vive em um clima quente e nunca conduz veículos mais antigos que não iniciam com facilidade. Para essas pessoas, uma super capa fará bem. Para os outros, nem tanto.

S.E.=35 W-h / kg×66. kg=2310 W-hr=8.3. MJ

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As baterias de carro não são usadas para dirigir carros, elas são usadas para iniciar carros.
pipe

@ tubo: as baterias dos carros híbridos são usadas para propulsão; às vezes por longos períodos e às vezes apenas como um complemento para ajudar o veículo a acelerar.
supercat

@supercat Tecnicamente verdade, mas se você for a uma loja e perguntar onde eles têm baterias de carro, tenho certeza de que eles não vão assumir que você quer baterias novas para o seu híbrido.
pipe

3
Não, mas meu argumento era que, embora as supercaps não substituam todas as baterias de um carro, elas podem ser úteis para substituir algumas das baterias em alguns tipos de híbridos.
supercat

Quantos links você quer?
Tim Spriggs

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Uma bateria de carro (em um carro a gasolina / diesel tradicional, vou ignorar híbridos e carros elétricos aqui) é usada para dar partida no carro e também para fornecer energia para várias cargas usadas quando o motor está desligado.

Os capacitores tendem a ter mais carga / descarga do que as baterias e nenhum problema real de desgaste com muitos ciclos, mas eles têm uma densidade de energia MUITO menor. Assim, um pequeno banco de supercapacidade pode dar partida em um carro com sucesso (como demonstram esses vídeos), mas também será descarregado rapidamente se você tiver alguma carga significativa ligada com o motor parado. No vídeo vinculado à pergunta, você vê a tensão caindo rapidamente quando ele acende os faróis.

Isso será uma grande PITA se você precisar fazer reparos na estrada à noite.


Uma bateria pode deixá-lo preso com a mesma facilidade. Bateria em curto-circuito, células mortas, bateria congelada, etc.
Tim Spriggs

@TimSpriggs Não é 'tão facilmente'. Eu tive essas falhas cerca de cinco vezes no total na minha vida. Um super capacitor o deixará preso sempre.
user207421

Você não sabe disso porque nunca coloca a mesma configuração de supercap no seu carro. Você tem agora? :)
Tim Spriggs

0

Os capacitores carregam rapidamente, mas também descarregam rapidamente. Por isso, usamos baterias. As baterias carregam uma carga por mais tempo. Portanto, se você acidentalmente deixar os faróis acesos por 5 minutos, o carro dará partida. Os capacitores também custam mais. O único benefício que posso ver é que a expectativa de vida seria maior, pois o capacitor tem mais ciclos de carga. Talvez você nunca precise substituir o capacitor. Simplificando, uma bateria é mais eficiente, confiável e muito mais barata. Pode ser necessário substituí-lo a cada 5 anos, mas é um preço pequeno a pagar pela confiabilidade. Considerando o quanto a bateria é mais barata, não é fácil. Provavelmente bom para um impulso de emergência caro. Mas também é uma bateria. A bateria está mais pesada ... então ...

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