Supercapacitor vs bateri

Terdapat perdebatan panjang bahawa Supercapacitors akan mengatasi pasaran bateri pada masa akan datang. Beberapa tahun yang lalu ketika Supercapacitors tersedia, ada banyak gembar-gembor mengenainya dan banyak yang mengharapkannya untuk menggantikan bateri dalam produk elektronik komersial dan bahkan di Kenderaan Elektrik. Tetapi, tidak ada yang seperti itu yang berlaku, kerana Supercapacitors dan Battery sama sekali berbeza antara satu sama lain dan mereka mempunyai aplikasi sendiri.

Fakta Menyeronokkan: Hampir semua pengawal beg udara moden dikuasakan oleh superkapasitor, kerana masa tindak balas yang cepat daripada bateri.

Berbanding dengan bateri, Supercapacitor atau Ultracapacitor adalah sumber tenaga berketumpatan tinggi atau penyimpanan dengan kapasitansi besar untuk jangka masa yang pendek. Dalam artikel ini, kita akan membincangkan Supercapacitor vs Battery (Lithium / Lead Acid) mengenai berbagai parameter dan diakhiri dengan kajian kes agar seorang jurutera dapat memahami di mana seseorang dapat memilih supercapacitor melalui bateri untuk aplikasinya. Sekiranya anda seorang pemula untuk Supercapacitors maka sangat disarankan untuk mempelajari asas-asas Supercapacitors sebelum anda meneruskannya lebih jauh.

Ketumpatan Kuasa

Supercapacitors mempunyai ketumpatan kuasa yang tinggi daripada bateri berkadar yang sama. Walaupun terdapat berbagai jenis bateri di pasar, misalnya, bateri lithium-ion, polimer, asid plumbum mempunyai ketumpatan daya yang berbeza, dari 1000 Wh per kg hingga 2000 Wh per kg. Peringkat juga boleh berbeza-beza bergantung pada proses pembuatannya. Carta perbandingan di bawah menunjukkan kepadatan kuasa Supercapacitor vs Battery.

Tetapi, untuk supercapacitor, ketumpatan daya berbeza dari 2500 Wh per kg hingga 45000 Wh per kg. Itu jauh lebih besar daripada ketumpatan kuasa bateri yang sama.

Oleh kerana ketumpatan daya yang tinggi, supercapacitor adalah sumber kuasa yang berguna di mana arus puncak yang lebih besar diperlukan.

Voltan sel

Dalam pelbagai jenis aplikasi, selalunya voltan input adalah faktor yang besar. Jelas, terdapat pelbagai jenis pengatur voltan yang tersedia di pasaran tetapi tetap, voltan masukan melintasi pengatur menjadi bahagian penting dalam aplikasi. Gambar di bawah menunjukkan voltan keluaran Supercapacitor vs Battery untuk bilangan sel yang sama.

Sebagai contoh, aplikasi dengan pengatur voltan linier seperti 7812 memerlukan sekurang-kurangnya 15V input. Bateri Lithium sel tunggal menyediakan 3.2 volt pada keadaan cas terendah dan 4.2 volt pada keadaan cas tertinggi. Oleh itu, untuk mengimbangi spesifikasi voltan input, diperlukan sekurang-kurangnya 5 bateri dalam sambungan siri tetapi supercapacitor dapat memberikan output 2,5 volt hingga 5,5 volt. Supercapacitors mempunyai voltan sel tinggi 5.5V berbanding 3.7V bateri Lithium khas. Oleh itu, dengan mengabaikan batasan supercapacitor lain, perancang litar dapat memilih tiga supercapacitor 5.5 volt secara bersiri. Dengan bateri, ini merupakan titik tambah yang tidak diragukan lagi dari superkapasitor dalam situasi kekangan ruang atau pengoptimuman kos untuk tujuan.

Kecekapan

Dari segi kecekapan, kapasitor super 95% lebih cekap daripada bateri yang 60-80% cekap dalam keadaan beban penuh. Bateri dalam beban tinggi menghilangkan haba yang menyumbang kepada kecekapan rendah. Juga, suhu bateri dan parameter lain harus dipantau selama pengisian dan pemakaian menggunakan Sistem Pengurusan Baterai (BMS), sedangkan pada supercapacitor sistem pemantauan ketat seperti itu mungkin tidak diperlukan. The Kecekapan Ultracapacitor vs Battery ditunjukkan dalam rajah di bawah. Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa Supercapacitor juga menghasilkan haba nominal semasa operasi.

Kebolehgunaan semula dan Jangka Hayat

Jangka hayat bateri sangat bergantung pada kitaran pengisian dan pengosongan. Bagi bateri Lithium dan asid plumbum, masa pengisian dan pengosongan terhad dari 300 hingga 500 kitaran, kadang-kadang boleh mencapai maksimum 1000 kali. Jangka hayat tanpa situasi pengisian dan pengecasan bateri litium dapat bertahan selama 7 tahun.

Supercapacitor hampir mempunyai kitaran pengisian yang tidak terhingga, ia dapat dicas dan dibebaskan untuk beberapa kali; ia dapat dari 1 100,000 hingga 1 juta masa. Jangka hayat supercapacitor juga tinggi. A Superkapasitor boleh bertahan selama 10-18 tahun, manakala bateri Lead-Acid boleh bertahan sekitar 3-5 tahun sahaja.

Faktor Voltan Pelepasan

Bateri memberikan voltan keluaran yang agak tetap. Tetapi voltan keluaran superkapasitor menurun semasa keadaan menunaikan. Oleh itu, semasa menggunakan bateri sebagai sumber tenaga, seseorang dapat menggunakan regulator buck atau boost bergantung pada keperluan aplikasi, tetapi ketika menggunakan supercapacitor, adalah pilihan yang popular untuk menggunakan converter boost pelbagai untuk mengimbangi kehilangan voltan input.

Masa mengecas

Bateri yang berbeza menggunakan algoritma pengecasan yang berbeza. Untuk mengecas bateri Lithium-ion voltan malar dan pengecas arus tetap digunakan. Pengecas perlu dikonfigurasikan khas untuk mengesan keadaan pengecasan bateri dan juga suhu. Untuk kes bateri asid plumbum digunakan kaedah pengecasan tetesan.

Secara keseluruhan, untuk mengecas bateri tanpa mengira ion Lithium atau asid plumbum, memerlukan masa berjam-jam untuk mengecas sepenuhnya. The Superkapasitor telah makan malam cepat mengenakan semasa; ia memerlukan jangka masa yang sangat singkat untuk mendapatkan caj penuh. Oleh itu, untuk aplikasi di mana masa pengisian diperlukan lebih sedikit, kapasitor super pasti memenangi kapasiti bateri yang sama.

Kos

Kos adalah parameter penting untuk masalah berkaitan reka bentuk produk. Supercapacitors adalah alternatif yang mahal apabila digunakan sebagai ganti bateri. Kosnya kadangkala menjadi sangat tinggi seperti 10 kali lebih tinggi jika dibandingkan dengan kapasiti bateri yang sama.

Faktor-faktor risiko

Bateri litium atau asid plumbum memerlukan perhatian atau perhatian khusus semasa keadaan operasi atau pengisian. Terutama untuk bateri lithium-ion, topologi pengisian perlu dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga bateri tidak boleh diisi lebih tinggi atau dicas dengan kapasiti arus yang lebih tinggi daripada yang sebenarnya boleh diterima oleh bateri. Ini meningkatkan risiko letupan setiap kali bateri berlebihan atau dicas dengan arus yang tinggi.

Tidak hanya dalam keadaan pengecasan, tetapi bateri juga perlu dikendalikan dengan berhati-hati semasa keadaan habis. Keadaan pelepasan dalam berpotensi merosakkan jangka hayat bateri. Oleh itu, bateri perlu diputuskan dari beban setelah ia mencapai tahap pengecasan tahap tertentu. Juga, litar pintas bateri adalah keadaan berbahaya.

Supercapacitors lebih selamat daripada bateri dari segi faktor risiko di atas. Walau bagaimanapun, pengisian supercapacitor menggunakan voltan yang lebih tinggi daripada penilaiannya berpotensi membahayakan supercapacitor. Tetapi, apabila mengecas lebih daripada satu kapasitor, ia boleh menjadi pekerjaan yang rumit.

Kajian kes

Mari kita fikirkan keadaan di mana kita mahu menyalakan 10 LED selari selama 1 jam. Untuk aplikasi ini, mari kita ketahui, sebagai jurutera haruskah kita mempertimbangkan untuk menggunakan bateri supercapacitor atau lithium?

Mari kita anggap LED menarik arus 30mA pada 2.5V. Oleh itu, watt 10 LED selari akan

2.5V x 0.03 x 10 = 0.75 Watt

Sekarang, selama 1 Jam penggunaan 3600 saat, tenaga yang diperlukan dapat dikira sebagai

3600 x 0.75 = 2700 Joules.

Sekiranya kita menganggap Supercapacitor 10F 2.5V, ia boleh menyimpan E = 1 / 2CV ² yang mana

½ x 10 x 2.5 ² = 31.25 Joules

Oleh itu, seseorang memerlukan sekurang-kurangnya 85 Supercapacitors selari dengan penilaian yang sama. Jelas dalam aplikasi khusus ini bateri akan menjadi pilihan pertama. Tetapi jika aplikasi ini diubah menjadi aplikasi tertentu di mana jumlah daya yang sama hanya diperlukan selama 30 Detik, Supercapacitor dapat menjadi pilihan kerana dapat diisi dengan sangat cepat dan dapat digunakan untuk jangka waktu yang sangat lama.

Kesimpulannya

Perbandingan di atas hanya dilakukan antara bateri tertentu (litium atau asid plumbum) dengan superkapasitor. Walau bagaimanapun, terdapat bateri yang berbeza dengan komposisi kimia yang berbeza. Sebaliknya, terdapat juga supercapacitor yang berlainan dengan komposisi kimia yang berbeza seperti supercapacitor elektrolitik berair atau supercapacitor cair ionik serta supercapacitor elektrolitik hibrid dan organik juga ada di pasaran. Komposisi yang berbeza mempunyai ciri dan spesifikasi kerja yang berbeza.

Supercapacitors mempunyai titik positif yang lebih baik dari segi aplikasi berbanding bateri. Tetapi, ia juga mempunyai sisi negatif dibandingkan dengan bateri. Oleh itu, penggunaan supercapacitors sangat bergantung pada jenis aplikasi.