Qual a segurança das supercaps pré-carregadas em comparação com as baterias pré-carregadas?
Estou projetando um sistema movido a energia solar e gostaria de usar algo como a supercap BCAP0005 (2.7V, 5F) da Maxwell para armazenar muita energia.
Essa supercap é muito menos energética e muito menos perigosa do que uma bateria de 2500 mAh de células AA ou mesmo que uma célula AA individual.
A supercap que você escolheu produziria uma explosão de energia por uma fração de segundo que excedia levemente o que você normalmente obteria de uma moderna célula NimH AA de 2500 mAh - mas ela seria totalmente descarregada.
Uma única célula AA produziria um pouco menos de energia, mas por muitos minutos. Uma única célula ou algumas delas em uma bateria seria capaz de criar temperaturas muito altas e iniciar um incêndio. O supercap poderia ser usado para iniciar um incêndio apenas com grande dificuldade.
Algumas supercaps ou ultracaps são muito mais capazes que essa. Alguns podem ser usados para, por exemplo, a partida de automóveis.
".... pants on fire" - quase: em "algumas ocasiões", cheguei perto de incendiar o bolso da calça ou de me queimar com as temperaturas geradas por (estupidamente) transportar várias células AA NimH (sob Capacidade de 2000 mAh), mais moedas e chaves no mesmo bolso e com um caminho condutor. A remoção das células do bolso repentinamente se torna a única e esmagadora prioridade, com a remoção de calças, uma segunda escolha próxima. Esta não é uma experiência que pretendo replicar no futuro :-). Nessas ocasiões, algumas moedas ou chaves atingem temperaturas bem acima do seu nível de manuseio seguro em alguns segundos. A supercap escolhida como exemplo não conseguiu alcançar esse resultado.
Primeiro, vejamos os aspectos da capacidade de energia:
Por qualquer significado normal do termo, um capacitor de 2,7V, 5F não armazenará "muita energia". Se toda a energia no capacitor estivesse disponível, ele forneceria E = 0,5 x C x V ^ 2 Joule. Para um capacitor de 2,7V, 5F E = 0,5 x 5 x 2,7 ^ 2 = ~ 18 Joule.
Em comparação, uma bateria AA de 2500 mAh fornecerá cerca de
E = V x Ah x 3600 Joule
= 1,2 x 2,5 x 3600 = 10.800 Joule.
Portanto, a supercap 5F armazenará cerca de 18 / 10.800 = ~ 0,17% da energia da bateria. Além disso, enquanto a bateria poderá fornecer quase toda essa energia em uma aplicação típica, a supercap exigirá um esforço extra para recuperar energia à medida que a tensão se aproxima de zero.
Segurança de descarga:
Onde uma supercap é útil em comparação com uma bateria, é possível carregar e descarregar rapidamente e fazê-lo por muito mais ciclos do que uma bateria com pouca perda de capacidade.
em alguns casos, essa capacidade de carga e descarga rápida é grande em comparação com a de uma bateria típica e é extremamente grande em comparação com a de uma bateria quando expressa em termos de capacidade total.
No entanto, o exemplo que você escolheu e todos os outros membros de sua família são muito "mais fracos" do que alguns super / ultra caps. A folha de dados disponível aqui mostra resistência interna de 170 miliohms, sugerindo uma corrente de curto-circuito em torno de 2,7 / 0,17 = ~ 16A quando totalmente carregada, e a corrente de curto-circuito típica é mostrada como 16A a 65 ° C e 14A a 85 ° C. Como a temperatura aumentava rapidamente e a tensão equivalente (uma vez eliminada) caía muito rapidamente em curto-circuito (como na capacidade bruta de 18 J, o tempo de descarga s / c seria bem inferior a 1 segundo), esse capacitor não produzia grandes quantidades de energia (talvez 20 a 30W de pico) e apenas por menos de 1 segundo.
Uma célula moderna típica de NimH AA contém muito mais energia e fornecerá muito mais energia por muito mais tempo.
Por exemplo, uma célula AA de 2,5 Ah Nimh pode ser normalmente descarregada em até cerca de 5 A e pode ter uma capacidade de descarga carregada na faixa de 10 A a 20 A por períodos curtos em voltagem muito reduzida. Portanto, sua potência de saída quase coincide com o que a supercap produzirá por uma fração de segundo, mas a bateria produzirá mais de 10 watts por muitos segundos e mais de 5 watts por muitos minutos.