超级电容器作为汽车电池[关闭]


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我看过YouTube影片,其中有超级电容器代替了汽车电池。这可行吗?如果是这样,为什么不在汽车市场上提供它们呢?

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

他使用的超级电容器类型具有以下数据表:

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

请注意,它包含8,125焦耳的储能。

然后,如果您转到http://www.rapidtables.com/calc/electric/Joule_to_Watt_Calculator.htm 并在框中输入8125,则假设启动时间为5秒钟(实际上是在1秒钟内启动)。然后,您将获得1,625瓦。记住1 HP = 750瓦,因此您的启动功率刚好超过2 HP。记住,他正在使用其中的六个。6 x 8125 = 48,750焦耳@ 16.2V。
(启动2秒钟,瞬时功率超过24,000瓦(32 HP))足以轻松启动汽车。也没有电池。

一个好的汽车电池将具有700 CCA。@ 14V = 9800瓦(13马力)。完全不同。(平均启动器为1.9至2 HP)

在这里,随着时间的流逝,我将发布更多视频来支持我的主张:

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

底线是,如果您有足够的法拉,则具有能量密度。

这确实可以一劳永逸地解决问题...

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


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您的研究对电池和电容器的能量密度和容量有什么启发?
晶体管

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一个月前在Mechanics.SE上的问题非常类似:用电容器代替汽车电池?
尼克·阿列克谢耶夫

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新计算的部分问题是除非电容器完全放电,否则您不会得到完整的能量数字。您将不得不假设某个电压降(例如12V至8V)并计算这些电压之间的能量差。并取消重复的编辑。
W5VO

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@TimSpriggs大多数启动器电动机在0V时都不能很好地工作,因此引用所存储的全部能量会产生误导。仅当电容器完全放电时,才能获得该能量。在某些时候,电容器上的电压不足以驱动启动马达。
W5VO

1
早在20世纪70年代,当大多数摩托车有脚踏起动器(有些也有一个电启动),具有非常大的电容更换摩托车电池实用的。
罗伯特·布里斯托

Answers:


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这是不切实际的。我不知道为什么人们这样做,没有任何好处。这等于滥用有用的东西。简而言之,这些视频是由不知道自己在做什么的人使用的,它们是将超级电容器误用于既不适合也不实用的奇异,毫无意义的应用。而且它们是在汽车市场上提供的,而不是作为电池的替代品,出于同样的原因,在汽车市场上也提供头灯,而不是作为汽车立体声音响的替代品。因为那没有任何意义。

超级电容器存在的唯一原因是功率密度。它们具有可怕的能量密度,而可怕的能量密度的成本要高很多倍。电池的全部要点是大容量储能。用超级电容器来做最糟糕的事情,而不是便宜,容易获得并且已经证明了100多年的事情……我可以用最善良但又太弱的词来形容它“傻”。

这些视频是存在的,但是仅仅因为有一个视频并不能使它成为一个好主意。不是。

什么一个好主意,利用超级电容器为他们存在的理由,这是勿庸置疑他们被用于汽车应用的具体的方式是。电池具有很高的能量密度,但是与超级电容器(或任何电容器)相比,电池的功率密度甚至不高。除此之外,强迫电池提供大量电量并不容易,并且会缩短电池的长期使用寿命,而电池消耗越快,其表观能量容量就越低。如果以10个小时的速度消耗电量,则以1个小时的速度消耗的电量会更长。意思是,其放电速度仅需10个小时,而仅需1个小时。更高的功率意味着更高的放电率。

这种功率密度弱点是双向的:电池不利于提供巨大的能量峰值,也不利于接受它们。他们喜欢稳定的事物。这就是超级电容器的用武之地。它们的能量密度极高,但功率密度却很高。99%的时间里,汽车应用中要求的大功率尖峰也很短暂-诸如制动,加速爆发,启动电动机的涌入电流之类的事情。使用超级电容器的唯一合理(和预期)方法是除电池外,绝不能更换电池。它们完美地互补。电池用于存储大量能量,而电容器则在需要时以高功率传递能量。它们允许诸如从再生破坏中捕获几乎所有能量之类的事情进行,因为所有这些能量都可以直接倾倒入其中,并且它们将像冠军一样处理它。然后可以以可控制的速率将其虹吸回电池中。

超级电容器甚至可以使极弱的电池即使在极冷的情况下也能启动汽车,因为该电池可以满足电力需求。但是,这些弱电将继续工作,并且仍将缓慢运行,但可以肯定地给电容器充电,并在这些视频制造商的汽车停在水中很长时间之后仍保持充电状态。

长话短说,它们被用于汽车行业,这些视频中的人们只是花钱通过在许多重要方面以劣势滥用超级电容器来使汽车劣等。它们不是电池的替代品,因为电池会存储大量的能量,而电容器则不会。但是,它们串联使用时,是非常好的搭配,可以弥补其他薄弱区域的松弛。


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恭喜,到目前为止,答案是唯一知道汽车电池是什么的人。:)
管道

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不建议“制动”您的汽车,建议将其替换为“制动”。
霍布斯

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您的答案中有一个句子值得您特别注意。您说:“ ...强迫电池提供大量电量会降低其长期寿命...”换句话说,将SuperCap用作电池的附件可以使电池寿命更长,尤其是在“突发”应用程序中。
所罗门慢速

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@TimSpriggs我以为他很清楚。用超级电容替换电池没有任何好处,但同时使用两者则有好处。这是一个出色且写得很好的答案。您的评论表明,也许您并不是真的在寻找有人来回答您的问题。如果是这样,恐怕您来错地方了。:-)
Adam Haun

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@tim spriggs,意见是哪一部分?当前的超级电容没有彻底更换汽车电池之类的能量密度……这是事实。
Jarrod Christman

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这种比较是千公斤。

超级电容器的缺点

  • 能量密度低于电池。
  • 自放电率更高。随着时间的流逝会损失费用。

超级电容器的优势

  • 可以比电池更快地接收电荷。
  • 可以输出比电池更多的电流。

超级电容器比电池作为动力来源要好,但在存储能量方面比电池要差。在汽车中,有时会在KERS(动能回​​收系统)中找到超级电容器,在超级减速器中,超级电容器会吸收大量功率,直到几秒钟后才将其重新投入电动机。但是,在目前的技术水平下,超级电容器不能替代油箱。


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汽车电池不用于驱动汽车,而用于启动汽车。

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@pipe除非它是那些新奇的特斯拉之一。
尼克·阿列克谢耶夫

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许多混合动力汽车使用电池来吸收破裂中的能量,目的是在几秒钟或几分钟后使用它。在这种情况下,大容量电池可能比电池更好。
超级猫

3

首先,如果您将链接发布到您正在谈论的视频上,这样我们可以自己查看它,而不必猜测您正在谈论的内容,那就很好了。

第二,答案是否定的。对于当前的最新状态,这是遥不可及的。从简单的Google搜索“能量密度”开始,您会发现很好的旧Wikipedia。对此,您会发现汽油的比能量约为44 MJ / kg,超级电容器的比能量约为.04 MJ / kg。这表明相同重量的汽油将提供的能量是超级电容的1000倍。这是大约3倍的误导,因为汽油需要在内燃机中燃烧,而实际的IC引擎的效率只有30%左右。尽管如此,这还是使汽油约有250或300的优势。换句话说,一辆具有与25加仑汽油箱相同重量的超级电容的电动汽车大约相当于1品脱汽油箱。

所以不,这是不实际的。例如,它可以用作通过再生制动回收能量的临时存储缓冲区,但这还远远不够。

编辑-通过指向视频和数据表的链接,我可以做出更充分的答复。

首先,我同意我的回答更适合讨论电动汽车,因此,我将尝试更好地专注于起动器和其他问题。

该视频是一个相当经典的例子,一个人发现了一个似乎很好的主意,但还没有完全摆脱热情,我首先从入门问题中脱身,只是为了解决这个问题方式。这在他关于太阳能充电的评论中最为明显。让我们计算一些数字。首先进行一个方便的假设:充满电的超级电容阵列将被充电到15伏,放电停止在7.5伏。对于一个充电的超级电容器,如果能量为8 kJ,则在一半电压下的输送能量为3/4或6 kJ。有6个超级电容,总传递能量约为36 kJ。要用13瓦的太阳能电池板为超级电容充电,显然需要

t=3600013=2769 seconds=46 minutes
这不完全是“几分钟”。实际上,在每天正常的6小时充电时间下,太阳能系统可以支持大约16个充电周期。鉴于视频中已完成的工作,这表明可以完成非常少的有用工作。但这是13瓦太阳能电池板所隐含的,因此这并不令人感到意外。

现在,开始。考虑一个由6个电容组成的超级电容阵列,每个电容具有2600F。有效电容约为另外还要注意,数据手册中列出的最大电流为600安培。因此,在开始时,超级电容器在30秒后可以输出的电量少于700 CCA电池。更糟糕的是,假设恒定电流(这并不完全合理,但是简化了算法),超级电容两端的电压将下降dV

C=26006=433 F
dVdt=iC=600433=1.4 volt/sec
例如,超级电容的电压将在5秒钟后下降7伏,或将近50%。由于CCA定义为在1.2伏电池电压下可支持30秒的电流(对于12伏电池为7.2伏),因此与常规电池相比,超级电容器仅需5或6秒钟即可耗尽蒸汽。 30岁

这并不完全是重点,因为起动马达实际上并没有消耗600安培的电流。相反,100安培是一个更合理的数字。在这种情况下,超级电容每秒将损失约1/4伏。这是问题吗?我注意到,OP的当前编辑表明,启动器仅需要提供电源约1秒钟。这表明张贴者生活在温暖的气候中,从不驾驶不容易启动的老式车辆。对于这样的人,超级电容器会做得很好。对于其他人,没有那么多。

还有其他因素。与超级电容器相比,常规电池能提供多于启动时间的电量?超级电容的可用数字已经确定:36 kJ。铅酸电池呢?请注意,该录像带称重了一个电池,重量为30磅(66千克)。链接的超级电容数据表给出的超级电容能量密度(实际上是比能量)为1-10 W-hr / kg,电池能量密度为10-100 W-hr / kg。所示的超级电容的比能量为4.3,因此,假设汽车电池的比能量为40。实际上,维基百科说的是33到43,所以让我们来看35。然后,视频中显示的新铅酸电池将包含大约

S.E.=35 W-hr/kg×66 kg=2310 W-hr=8.3 MJ
与超级电容器不同,电池具有非线性电压与可用能量的关系曲线,具有较长的平稳期,随后随着电池达到放电状态,电压会急剧下降。作为一个方便的数字,假设在高于标称值50%的电压下找到90%的可用能量。这实际上是保守的。这提供了大约7.5 MJ的可用能量,是208倍以上。

3
汽车电池不用于驱动汽车,而用于启动汽车。

@pipe:混合动力汽车的电池用于提供动力;有时需要很长一段时间,有时也可以作为帮助车辆加速行驶的辅助工具。
超级猫

@supercat从技术上讲是正确的,但是如果您去商店问他们在哪里有汽车电池,我很确定他们不会以为您要为混合动力车购买新电池。
管道

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不,但是我的意思是,尽管超级电容可能无法代替汽车中的所有电池,但它们可能会有用地替代某些混合动力车中的某些电池。
超级猫

您要多少个链接?
蒂姆·斯普里格斯

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汽车电池(在传统的汽油/柴油汽车中,在这里我将忽略混合动力车和电动汽车)用于启动汽车,并为发动机关闭时使用的各种负载提供动力。

电容器往往比电池具有更高的充电/放电效率,并且没有很多循环损耗的实际问题,但是它们的能量密度要低得多。因此,小型超级电容器库可以成功启动汽车(如那些视频所示),但是如果在发动机停止的情况下打开了很大的负载,它也将迅速放电。在问题中链接的视频中,您看到他打开大灯时电压迅速下降。

如果您必须在晚上进行路边维修,那将是主要的PITA。


电池可以让您同样容易被困。电池短路,电池没电,电池冻结等
Tim Spriggs

@TimSpriggs不那么容易。我一辈子都经历过五次这些错误。每次都会有一个超级电容器让您陷入困境。
user207421 '16

您不知道那是因为您从未在汽车中放置相同的超级电容设置。你现在有吗
:)

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电容器充电很快,但它们也很快放电。因此,为什么我们要使用电池。电池充电时间更长。因此,如果您不小心将大灯打开5分钟,汽车将启动。电容器的成本也更高。我看到的唯一好处是,随着电容器具有更多的充电周期,预期寿命会更长。您可能永远不必更换电容器。简而言之,电池效率更高,更可靠,更便宜。您可能需要每5年更换一次,但是要付出高昂的代价才能获得可靠性。考虑到电池便宜多少,这毫不费力。可能有利于昂贵的紧急救助。但是电池也是如此。电池虽然重...所以...

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