Los ultracapacitores son elementos de última tecnología que permiten almacenar energía suficiente, en cortos periodos de tiempo, para controlar fenómenos de potencia tales como la aceleración o frenado repentino de un vehículo eléctrico.
También poseen un gran rendimiento(el 98% de la carga se devuelve), almacena mucha energía en relación a su peso, aunque no tanto como una batería. Tienen una gran capacidad de velocidad de carga y descarga.
Un ultracondensador es un elemento pasivo con dos terminales formado por dos placas conductoras separadas por un aislante, donde se almacena energía eléctrica debido al paso de las corrientes de una placa a otra a través del aislante. Son elementos que tienen una densidad de energía inusualmente alta en comparación con los capacitores comunes, generalmente miles de veces mayor que un capacitor electrolítico de alta capacidad.
Poseen una mejora de alrededor de dos o tres ordenes de magnitud en la capacidad, pero a un menor voltaje de trabajo.
Se trata del almacenamiento de energía asociado a la acumulación de carga eléctrica entre las placas del condensador gracias al medio aislante. La Pseudocapacitancia es un fenómeno dependiente de la tensión. Posee una capacidad variable que debe ser modelada adecuadamente.
Los rangos de utilización de los ultracapacitores permiten su uso como condensadores comunes con altos valores de capacitancia.
Supercapacitores electrolíticos de interfaz de carbono de doble capa.
Supercapacitores no electrolíticos de interfaz de carbono de doble capa. Supercapacitores acuosos de óxido de doble capa con pseudocapacitancia redox. Supercapacitores de polímeros conductores.
Ciclos de carga. Periodos de carga. Tamaño y Peso. Métodos simple de carga. Almacenaje rentable de energía.
Densidad energética. Liberación de energía. Incapacidad de utilizar completo. Bajas tensiones de celda. Alta autodescarga.
el
espectro
de
energía
Gran periodo de operación.
Capacidad de manejar altos valores de corriente. Valor de carga fácil de monitorear. Alta eficiencia. Gran rango de voltaje. Gran rango de temperatura.
Ciclos largo de funcionamiento. Facilidad de mantenimiento.
Este integrado es un modulo DC-DC que se puede utilizar como buck-boost, el mismo se encarga de regular el duty de manera tal de mantener la tensión de salida cte.
Este integrado, debido a que funciona con un rango de tensiones de 3 a 40 volt, con el ultracapacitor por sí solo no se lo podrá utilizar ya que éste tiene una tensión de 2,5 volt. Para solucionar este inconveniente lo que se utilizó fue una fuente independiente para alimentar la parte lógica de funcionamiento. Y la parte de potencia se alimentó directamente del ultracapacitor.
A partir de la experiencia realizada se pudieron obtener los siguientes datos que vemos plasmados en las gráficas a continuación: Respecto del Convertidor: Regulación convertidor Boost 5 4.5 4 3.5
Voltaje
3
Vo Vuc
2.5
Duty
2 1.5 1 0.5 0 0
3
6
9
12
15
18
21
Tiempo
Potencia en carga 0.35
0.3
Potencia
0.25
0.2
Potencia en carga
0.15
0.1
0.05
0 0
3
6
9
12
Tiempo
15
18
21
Respecto al Ultracapacitor: Descarga ultracapacitor de 100F 3
2.5
Voltaje
2
1.5
Vuc
Iuc
1
0.5
0 0
3
6
9
12 15 tiempo [minutos]
18
21
Potencia en el ultracapacitor
0.4 0.35
Potencia []Watts]
0.3 0.25 0.2 Series2 0.15 0.1 0.05 0 0
3
6
9
tiempo [minutos]
12
15
18
21
Energía teórica almacenada en el ultracapacitor Según la ecuación que determina la energía almacenada en el capacitor
Donde C=100 Faradio Vmax= 2.7 Volt
La energía almacenada es de E=364.5 W.s, donde dividiendo por 3600, obtenemos la energía en Wh: E=0.10125 Wh
Energía medida almacenada en el ultracapacitor: De las mediciones hechas en el laboratorio, pudimos calcular la potencia extraída del ultracapacitor en función del tiempo, la cual si integramos entre el tiempo final e inicial, obtendremos el valor de energía extraída del ultracapacitor.
Realizando la integral de la potencia en el intervalo de tiempo marcado, la energía extraída del ultracapacitor es:
(367.38 W.s)*1h/3600s = 0.10205 Wh
Carga teórica almacenada en el capacitor
Para calcular la cantidad de carga almacenada en el ultracapacitor, basta hacer el cociente entre la energía y la tensión máxima de este.
Dando un valor de: Q=75 mAh
Carga medida extraída del ultracapacitor
Con respecto a la experiencia realizada, la cantidad de carga que se extrajo del ultracapacitor, ésta se calcula integrando la corriente que circula por el mismo en el intervalo de tiempo fijado.
El valor de Q fue de:
Q=72.8 mAh
Ya que el ultracapacitor posee un tamaño similar a una batería de 9 volt, seguidamente realizaremos una comparación entre ambos. Viendo que la corriente media en el capacitor resulta ser Imedia=0,2 amper y el tiempo de servicio en el que utilizamos el capacitor fue de 20 minutos, nos daría como resultado una cantidad de carga expresada en mAh de: Q= 66,6 mAh Debido a las limitaciones del circuito no es posible extraer la totalidad de la carga, por lo que el tiempo de servicio es menor que el tiempo ideal esperado.
Para realizar esta gráfica anterior, la corriente constante la corriente media minutos.
comparación deberíamos tener en la capacidad de carga en mAh, a una de descarga de 200mA, ya que esa es extraída del ultracapacitor en los 21
Como tenemos los valores a 100mA y 300mA, extrapolamos gráficamente y vemos que la capacidad a una corriente constante de 200mA es de 400mAh.
Apreciándose así que esta batería tiene una capacidad de carga mayor, pero tiene la desventaja de que no toda su capacidad puede ser extraída.
Del grafico anterior no podemos determinar la capacidad de carga en mAh para 200mA de corriente de descarga, ya que el máximo valor representado es de 25mA.
Sin embargo podemos estimar esta gráfica usando un patrón exponencial, ya que sigue dicha tendencia.
De la extrapolación pudimos observar que la capacidad de carga a partir de 55mA de corriente, es menor a 50mAh, dejando al capacitor como alternativa razonable frente a esta batería.
