Ultra (Super) condensatori

[zegalvis]

Mi intrufolo...

Mi intrufolo...

Da qualche tempo mi sto interessando all'accumulazione di energia per via cinetica attraverso l'uso di accumulatori a volano sottovuoto a levitazione magnetica.
Un singolo volano garantirebbe potenze specifiche di certo non trascurabili, con una concomitanza di molte virtù che superano di gran lunga le capacità delle migliori tecnologie di accumulazione elettrochimica.
Il cruccio di questi sistemi è racchiuso nel più che problematico ed inevitabile effetto giroscopico che ne precluderebbe l'uso nel campo degli autotrasporti, a meno di non posizionare 2 volani in rotazione antisenso reciproca oppure assicurando una totale libertà di movimento dell'asse di rotazione del volano rispetto al veicolo.

In ambito domestico non si presenta il problema dell'effetto giroscopico quindi, sarebbe un'ottima alternativa agli accumulatori elettrochimici che vengono usati per stoccare l'elettricità prodotta attraverso impianti di normale micro-produzione casalinga.

Qualcuno è al corrente sullo stato di messa a punto di questi sistemi?
Googlando non ho trovato granché, solo post vecchi in più forum oltre l'ormai consunta voce wikipediana, già numerose volte interpellata.

 

[lucusta]

molto ha studiato la GM, con un suo prototipo di auto da corsa.
era una ibrida particolare:
motori elettrici, turbina a gas come generatore, una particolare dinamo della siemens per "succhiare" energia dalla turbina, ed un sistema di accumulo dato da un motore siemens con una elevatissima efficienza callettato ad un volano doppio in composito (controrotante) sottovuoto.
le ricerche furono bruscamente interrotte quando un prototipo del volano esplose; nell'incidente ci rimise la vita un tecnico.
conservare l'energia cinetica e' molto piu' difficile che farlo in modo capacitativo o chimico...

 

[zegalvis]

So però che alla possibilità di esplosione del volano si è posto rimedio inserendo nel contenitore esterno un'armatura di carbon-kevlar o altro simile materiale composito e che per ovviare alla possibilità di incidentali guasti meccanici si potrebbe optare per volani che immagazzinano e rilasciano energia attraverso l'induzione elettromagnetica sfruttando poi l'elettricità estratta attraverso normali motori elettrici, mentre la ricarica potrebbe essere affidata ad apposite strutture, magari affogate nel piano stradale o nelle aree di sosta oppure ancora attraverso un normale cavo elettrico di adeguato diametro.
Il problema maggiore starebbe nel costo dei volani che viste le elevatissime velocità di rotazione necessiteranno di una precisione di non poco conto nel processo di costruzione.
Un'imperfezione micrometrica può portare a conseguenze distruttive per un volano che ruota a 50-60'000 giri al minuto.

 

[lucusta]

il prototipo che ti descrivevo era appunto con queste caratteristiche, ma immagazzinare centinaia di Kw in energia inerziale e' comunque difficile e pericoloso.
per portarti un semplice esempio calcolai che l'energia stivata in una stilo alcalina AA e' sufficente a far alzare 100Kg di oltre 1 metro, se espressa istantaneamente... sono 3W; pensa ad un'energia di qualche centinaio di KW racchiusa in un componente meccanico che se ha un minimo problema puo' andare in 1000 pezzi esplodendo!
il volano di quel prototipo girava a 100.000 rpm (il motore siemens attaccato aveva un rendimento del 99%);
e' difficile trovare appunti su questo prototipo per il web... era degli anni '90.

 

[mariomaggi]

zegalvis,
molti anni fa avevo scritto quest'articolo sui supervolani, dopo averli venduti ed affrontato molte discussioni tecniche in merito.
Da allora la situazione non e' molto cambiata, ci sono grandi progetti ma solo poche migliaia di applicazioni attive in tutto il mondo.
Ciao
Mario

 

[lucusta]

ci ho messo un po' a ricordare:
non era GMC ma Chrysler, ed il prototipo si chiamava Patriot ed era del 1992.
uno studio di auto da corsa a propulsione ibrida: una turbodinamo a gas a regime costante; le variazioni di potenza, in piu' oi in meno, venivano servite da un generatore ad inerzia (il sudetto volano della SatCon Corporation con motore siemens); la trazione era elettrica.
qualche dettaglio:
Chrysler Patriot hybrid-electric racing car

 

[maxtecnico]

Ho appena acquistato supercondensatori 400F 2,7 volt,
integrero' la mia batteria impianto solare 24V 200A,
intanto faccio esperimenti a 12volt per avviamento auto etc,
(costo attuale circa 9,50 euro x condensatore)
avete esperienze da condividere?

 

[uforobot]

Perché usare supercondensatori ?
Ci sono già i normalissimi accumulatori delle automobili che sono già supercondensatori !

 

[maxtecnico]

rapida capacita' di accumulo carica e scarica illimitata, risposta rapida a richieste alte di energia (es: il picco di avvio di motori condizionatore\frigo con risparmio della capacita' chimica della batteria...... penso.....
il mio banco condensatori e' simile a questo, (per capire le caratteristiche, ma a 24volt dimezza capacita', ovviamente comprati singoli e montatti cosi'.)
http://www.mouser.com/catalog/specsheets/bus-elx-ds-10105-xvm-module-9.pdf

 

[HAMMURABY]

LiC (condensatori al Litio) 30Wh/Kg

LiC (condensatori al Litio) 30Wh/Kg

mah... non sottovaluterei i Lic specialmente nella ricarica veloce...
http://www.intechopen.com/download/get/type/pdfs/id/20362

 

[jumpjack]

avete esperienze da condividere?

Sì: me ne hanno regalati 20 qualche mese fa... e non so cosa farci :-( , perchè non riesco a trovare un DC/DC convert buck/boost per lo scooter e i circuiti per mantenere bilanciati i condensatori, che sono molto più delicati delle batterie, e se li carichi troppi si rompono irrimediabilmente.

Però non capisco l'utilità nel campo fotovoltaico, non ci sono questi gran picchi di corrente, nè in carica nè in scarica.

 

[Furio57]

Ciao a tutti!

Non sono proprio batterie, ma possono essere...

Ciao Gabriele esiste anche il "BatCap" della Xstatic sembrerebbe un misto fra un super consensatore ed una batteria che però si carica in tempi brevissimi il BatCap 300 può fornire quando carico 300 Ampere per 5 secondi! Non male!
Ecco il link della Xstatic

Ecco un link in inglese dei Supercondensatori vs Batcap e più precisamente che cosa è Capacitor vs. BATCAP

Che ne pensate?
Salutoni
Furio57

 

[richiurci]

Aireccomi! Come al solito spengo (o meglio cerco di spegnere) i facili entusiasmi...

Ho letto velocemente un po' di documenti linkati e fatto due conti; vista la relativa fretta magari controllateli...

I super/ultra cap sembra possano arrivare a 10/30 Wh/kg, ma se ho ben capito questo è il imite della 'chimica', non comprende involucro, connettori ecc ecc. Un po' come parlare di 150Wh/kg per il litio...

Io invece ho fatto due conti su prodotti disponibili sul mercato, eccovi quindi il confronto tra ultra cap Maxwell presi dal link in post precedente e le celle LiFeYPO4 Winston/GWL da me comprate per la mia auto elettrica.

.........................Ultracond vs celle litio......Pacco ultracond 165F vs monoblocco litio 60Ah
E [Wh/kg]................ 6!..........83..........................4!!!...........................67
E [Wh/l] .................7.6!.......135........................3,65!!!.........................95

Quindi stiamo parlando di densità di energia dalle 14 (per celle/cond singoli, in Wh/kg) alle 26 (per i pacchi, in Wh/l)volte superiori con il litio!

Ho calcolato la densità riferita sia al volume che al peso perchè, ovviamente, sono entrambi parametri vincolanti nell'automotive. Notare lo svantaggio dei pacchi Maxwell, dovuto forse alla forma cilindrica dei supercap singoli.

Che dire? Io dico che per ora me ne infischio dei super cap, visto che nello stesso spazio potrei mettere celle talmente sovradimensionate da dimenticare anche qualsiasi ipotetico problema di carica/scarica veloce (spunti, frenata rigenerativa ecc)

Aaahhh quasi dimenticavo! Parliamo di costo?

Il prezzo del pacco grande Maxwell non è dato, ma quello da 83F (27Wh) costa 1500$ (circa 1100€), quindi circa 40€/Wh.
Dal sito GWL se invece prendo il costo di celle o monoblocchi singoli (se ne compro un po' il prezzo unitario cala) è di circa 0,3-0,34€/Wh.

Vi faccio l'ultimo confronto: il prezzo/Wh degli ultra cap è 120 volte maggiore del litio!

Ma di cosa stiamo parlando? Spero qualcuno trovi al più presto dove ho sbagliato a fare i conti...

PS: per le monoblocco Winston ho considerato il peso reale da me misurato di 11,5kg; il dichiarato è di 13kg.

 

[HAMMURABY]

beh in effetti se lo scopo e' accumulare, di certo hai ragione...

ma l'utilizzo dei condensatori ha delle sue applicazioni particolari; di certo ridimensionate dalle Lib (litio battery).
Tuttavia lo scopo dei condensatori e' quello di fornire-assorbire picchi di potenza;
quindi gli utilizzi dipendono anche da scelte "industriali" tenendo conto di tre caratteristiche
(la prima "relativamente" poco interessante)

1) la possibilita' di fornire picchi di potenza a vari gradi sottozero

2) la possibilita di cedere ed assorbire il 90% dell energia necessaria ai mezzi pesanti ad alta densita di Stop&Go su fonte primaria ICE (a bordo) o fastfill-fastcharge da rete smart
(ideale per bus urbani, raccolta rifiuti e consegne ultimo miglio IN CITTA)

3) l'altissima durabilita in cicli a picchi pesanti come "buffer" (polmone) a protezione/efficientamento della fonte energetica primaria che potrà essere essere ad esempio da batterie
Ni-NaCl (II°tipo) o Zinco-aria (I°tipo, maricaricabili in stazione di servizio).......
Le quali hanno un ottima capacita energetica, ma un erogazioni lineare....

http://www.intechopen.com/download/g.../pdfs/id/20362

quindi il paragone dovrebbe essere tra
LITIO Vs. Condensatori+ zinco-aria (o celle I°tipo one way)

 

[richiurci]

Ok, mi hai fatto venire in mente un altro aspetto importante che avevo dimenticato...

Le batterie dichiarano una certa capacità per tensioni comprese tra un min e un max 'vicini'.
I super/ultra cap dichiarano la capacità teorica (1/2 C Vquadro)!

Quindi la capacità utilizzabile è molto minore, sia se usati (molto ipoteticamente) da soli, visto che non si può portare V a 0V, ancora più se usati in parallelo a batterie: della C teorica si userebbe una piccola frazione!

Quindi ripeto: di cosa stiamo parlando? Se metto in parallelo alle batterie una C molto minore assorbiranno solo picchi molto veloci, che possono essere 'smorzati' anche in altro modo... invece quello che ci preoccupa, cioè correnti elevate o molto elevate ma che possono durare qualche secondo (spunto, regen) andrebbe a finire ancora nelle batterie...

A meno di spendere un cifrone in supercap, ma allora visto che non sono nè più leggeri nè più piccoli nè più economici delle batterie... perchè non dovrei aumentare la capacità delle batterie direttamente, spendendo meno e ottenendo ugualmente una maggior robustezza ai picchi?

Insomma, credo ci sia molto da aspettare ancora, per lo meno a livello 'privato'... e comunque per come la vedo io se restano limiti sulle tensioni di utilizzo (sia max che min!) e restano una certa durata sia in cicli (enorme) che in anni (mica tanto) a me sembrano poco più che batterie costosissime...

L'unica differenza concettuale, se ho capito bene, dovrebbe essere che non ci sono reazioni chimiche nell'elettrolita?

 

[jumpjack]

Ok, mi hai fatto venire in mente un altro aspetto importante che avevo dimenticato...

Le batterie dichiarano una certa capacità per tensioni comprese tra un min e un max 'vicini'.
I super/ultra cap dichiarano la capacità teorica (1/2 C Vquadro)!

Quindi la capacità utilizzabile è molto minore, sia se usati (molto ipoteticamente) da soli, visto che non si può
portare V a 0V, ancora più se usati in parallelo a batterie: della C teorica si userebbe una piccola frazione!

.

E' per questo che serve un DC/DC buck and boost: un SC non ha problemi, a differenza di una batteria, ad arrivare a 0V, ma per metterlo in parallelo a una batteria da 60V servono 20-30 SC in serie; ma una batteria oscilla di soli 5-10V tra completamente scarica e carica, quindi in un SC a 60V resterebbero inutilizzati 50 costosissimi Volt!
Se invece usi uno o piu' SC da 2,7V e 1000F, puoi sfruttare per intero il range di tensione, perchè il DC/DC tira fuori 60V costanti partendo dai 0-2,7V, almeno idealmente;magari almeno due SC in serie però servono, così il DC/DC non deve lavorare fino a 0 volt.

 

[richiurci]

quindi che facciamo, aggiungiamo al pacco trazione costosi, ingombranti e 'perdenti' (nel senso che hanno rendimenti comunque 2, cioè usando solo il 75% della capacità teorica

 

[jumpjack]

quindi che facciamo, aggiungiamo al pacco trazione costosi, ingombranti e 'perdenti' (nel senso che hanno rendimenti comunque QUOTE]
Che vuoi da me? I sistemi a SC funzionano così.
Pero hanno poco senso su mezzi piccoli ed economici, ne hanno di più su autobus e auto da corsa.

 

[richiurci]

no appunto a livello di ricerca possono permettersi gli SC, in impieghi pratici direi ancora no. Comunque un DC-DC che alzi la tensione di decine di volte e con correnti elevate... credo proprio non esistano!

 

[lucusta]

esistono, e con rendimenti (sempre spostati nella situazione di massima fornitura d'energia) accettabili... circa 98%; il loro problema e' che a valori di reogazione inferiori il rendimento cala inesorabilmente... insomma, puoi erogare potenze nell'ordine dei 10-15KW con rendimenti di trasformazizone/inalzamento del 98%, ma se prendi uno di quelli da 15KW e gli vuoi far fornire 1KW solamente, lo fara', ma con un rendimento che supera di poco il 50%, quindi un'altro KW se ne va' in calore.

costo assurdo, comunque.

era la mia idea di utilizzare una monocella LSP da 35Kg (7KWh) ed un DC-DC step-up per ottenere una 70ina di V e 5KW (circa 5Kg); con 40Kg si otteneva un accumulatore da 5.5KWh (reali, ossia da carico a DOD 80%), senza BMS e senza neppure un CB ulteriore.. ma sarebbe costato quanto un pacco LiFePO4 da 200Kg, e con una richiesta intermedia di energia avrebbe sviluppato la meta' dell'energia utile, visto che lo step-up si sarebbe mangiato il resto in rendimento....

pero'... con uno step-up a supercondensatori con una frequenza realmente elevata (arrivando ai ghz... ma esistono mosfet a 1ghz?)...

si vedra' con il progresso tecnologico.

PS: nelle competizioni invece avrebbe senso; in quelle situazioni si starebbe sempre a massima erogazione di potenza, e poche volte in situazioni in cui il rendimento e' scarso, ma la robbustezza e' sicuramente superiore.