¿Qué tan seguros son los supercaps precargados en comparación con las baterías precargadas?
Estoy diseñando un sistema de energía solar y me gustaría usar algo como un supercap de BCAP0005 de Maxwell (2.7V, 5F) para almacenar mucha energía.
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Este supercap es mucho menos energético y mucho menos peligroso que un paquete de baterías de 2500 mAh de células AA o incluso que una célula AA individual.
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El supercap que eligió produciría una explosión de energía durante una fracción de segundo que excedería ligeramente lo que normalmente obtendría de una celda NimH AA moderna de 2500 mAh, pero luego se descargaría por completo.
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Sin embargo, una sola celda AA produciría algo menos de energía, pero durante muchos minutos. Una sola celda o algunas de ellas en una batería serían capaces de crear temperaturas muy altas y provocar un incendio. El supercap podría usarse para iniciar un incendio solo con gran dificultad.
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Algunos supercaps o ultracaps son mucho más capaces que este. Algunos pueden usarse, por ejemplo, para arrancar automóviles.
".... pants on fire" - casi: En "unas cuantas ocasiones" he estado cerca de incendiar el bolsillo de mi pantalón o de quemarme con las temperaturas generadas por (estúpidamente ) que lleva varias celdas AA NimH (con capacidad de 2000 mAh) más monedas y llaves en el mismo bolsillo y que tiene una forma de ruta conductora. La eliminación de las celdas del bolsillo se convierte repentinamente en la única y abrumadora prioridad, ya que la eliminación de los pantalones es una segunda opción. Esta no es una experiencia que pretendo replicar en el futuro :-). En tales ocasiones, algunas monedas o llaves alcanzan temperaturas muy por encima de su nivel de manejo seguro en unos pocos segundos. La supercapa elegida como ejemplo no pudo lograr este resultado.
Primero, echemos un vistazo a los aspectos de la capacidad energética:
Por cualquier significado normal del término, un condensador de 2.7V, 5F no almacenará "mucha energía". Si toda la energía en el condensador estuviera disponible, proporcionaría E = 0.5 x C x V ^ 2 julios. Para un condensador de 2.7V, 5F E = 0.5 x 5 x 2.7 ^ 2 = ~ 18 julios.
En comparación, una batería AA de 2500 mAh proporcionará alrededor de
E = V x Ah x 3600 julios
= 1.2 x 2.5 x 3600 = 10,800 julios.
Así que el supercap 5F almacenará alrededor de 18 / 10,800 = ~ 0.17% de la energía en la batería. Además, mientras que la batería podrá entregar casi toda esta energía en una aplicación típica, la supercapa necesitará un esfuerzo extra para recuperar energía a medida que el voltaje se acerca a cero.
Seguridad de descarga:
Cuando un supercap es útil en comparación con una batería, está en su capacidad de cargarse rápidamente y descargarse rápidamente, y hacerlo durante muchos más ciclos que una batería con poca pérdida de capacidad.
En algunos casos, esta carga rápida y amp; la capacidad de descarga es grande en comparación con la de una batería típica, y es extremadamente grande en comparación con la de una batería cuando se expresa en términos de su capacidad total.
Sin embargo, el ejemplo que ha elegido, y todos los demás miembros de su familia, son mucho más "débiles" que algunos super / ultra caps. La hoja de datos disponible aquí muestra una resistencia interna de 170 miliohms que sugiere una corriente de cortocircuito de alrededor de 2.7 / 0.17 = ~ 16A cuando está completamente cargada, y la corriente de cortocircuito típica se muestra como 16A a 65C y 14A a 85C. Como la temperatura aumentaría rápidamente y el voltaje equivalente (una vez que se cortara) bajaría muy rápidamente bajo un cortocircuito (como a una capacidad bruta de 18 J, el tiempo de descarga s / c sería muy inferior a 1 segundo), este capacitor no produciría grandes cantidades de energía (quizás 20 a 30 W pico) y solo por menos de 1 segundo.
Una célula NimH AA típica y moderna contiene mucha más energía y entregará mucha más energía durante mucho más tiempo.
Por ejemplo, una celda Nimh AA de 2,5 Ah puede descargarse normalmente hasta aproximadamente 5A y puede tener una capacidad de descarga cargada en el rango de 10A a 20A durante períodos cortos a un voltaje muy reducido. Por lo tanto, la potencia en vataje casi coincide con lo que el supercap producirá durante una fracción de segundo, PERO la batería producirá 10+ vatios durante muchos segundos y 5+ vatios durante muchos minutos.