Sunday, November 17, 2013

Comparação de baterias e supercaps

Estudo comparativo de diferentes soluções de alimentação.



Bateria Lipo 11.1V 2200mah 30C 3S1P



[http://dx.com/pt/p/11-1v-2200mah-30c-replacement-li-poly-battery-pack-for-450-rc-helicopter-48617]




Carregador de bateria Lipo e LifePo4 até 6 células

[ busca pelo Aliexpress ] - menos de us$30



Carregador de bateria Lipo / LiFe / LiFePo modelo IMAX B6
Solução mais elaborada com monitoramento individual por célula, com corrente e tensão ajustáveis.
Geralmente não vem com a fonte de alimentação de 12V, pode-se usar uma fonte de PC para fornece a corrente de entrada suficiente.

Carregador Lipo (Lítio Polimero) para 2 e 3 células
http://dx.com/pt/p/b3ac-7-4v-11-1v-2s-3s-lipo-balance-charger-black-2-flat-pin-plug-154342
(cerca de $10)

Carregador Lipo para 2  e 3 células
Solução de baixo custo - sem diagnóstico avançado.


Baterias LiPo (atualmente em uso)
[cuidado com essas baterias que elas podem explodir se forem mal usadas]
(http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_polymer_battery)

Specific energy130–200W·h/kg[citation needed]
Energy density300 W·h/L[citation needed]
Specific powerup to 10 kW/kg (continuous)[1]
Charge/discharge efficiency99.8%[citation needed]
Energy/consumer-price
1.5-1.7US$/A·h[2]
(2.2-2.5 W·h/US$)
Self-discharge rate5%/month[citation needed]
Time durability24–36 months
Cycle durability>1000cycles[clarification needed]
Nominal cell voltage3.7 V

Thunder Power Extreme 10s 5000mAh
Gráfico de descarga da Thunder Power Extreme 10S 5Ah
As baterias Lipo quando estão entregando o máximo de corrente estabilizam a tensão em torno de 3,4V






Baterias LiFePo4 (atualmente em uso)
[essas baterias são seguras e não correm risco de explodir com as baterias de LiPo]


(http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_iron_phosphate_battery)
Specific energy90–110 Wh/kg (320–400 J/g)
Energy density220 Wh/L (790 kJ/L)
Specific power>300 W/kg
Energy/consumer-price0.5–2.5 Wh/US$ (US$0.11–0.56/kJ)
Time durability>10 years
Cycle durability2,000 cycles
Nominal cell voltage3.2 V



Uma alternativa é montar a sua própria bateria de LiFePo4 usando células A123.


A123 ANR26650M1-A (nano Lifepo4 2300mah 70A constante / 120A pico) antiga que saiu de linha
peso 70 gramas
capacidade de 78% depois de 1000 ciclos
preço na faixa de us$ 8

A123 ANR26650M1-B (nano Lifepo4 2500mah 50A constante / 120A pico) nova para 2013
peso 76 gramas
capacidade de 82% depois de 1500 ciclos
preço na faixa de us$ 8
Gráfico de descarga da célula A123 ANR26650M1-B
As baterias de LiFePo4 quando entregam a corrente máxima estabilizam em a tensão em torno de 2,5V

Um cidadão na página abaixo fez um ótimo comparativo em os modelos ANR26650M1-A e ANR26650M1-B,
onde fica bem claro que as novas tem um rendimento muito melhor. 
[http://www.elektromodellflug.de/a123-2,5ah.html]
Ligando as baterias em série

Colocando o conector para alimentar os motores (por ser um XT60) e o conector para o carregador de bateria


Gráfico de desempenho comparativo da A123 antiga  e A123 nova.
4 x A123 da nova fica mais potente que 5 x A123 da antiga.







Baterias Nucleares (energia por 20 anos)



Bateria de Nano Tritium

Banco de baterias nuclear - NanoTritium betavoltaic 
Funciona por até 20 anos interruptos
Potência na casa 10 μW (microwatts) 
Preço cerca de us$1000
[http://20watts.blogspot.com.br/2012/08/nanotritium-betavoltaic-batteries-for.html]
[http://en.rocketnews24.com/2013/01/17/atomic-batteries-for-sale-on-chinese-website-good-for-20-continuous-years-of-pocket-sized-nuclear-power/]
"A single battery is selling for 6,980 yuan (US$1,122) and is listed as a “20 Years Non-Stop Non-Charging Nano-Tritium Nuclear Battery."


Super Capacitores (muito melhor que bateria)
Ainda experimental, mas altamente promissor.

Maxwell BCAP 350 - ultracap

Maxwell BCAP 350 - gráfico de tensão pelo tempo



http://en.wikipedia.org/wiki/Supercapacitor

http://www.dvice.com/2013-5-3/supercapacitors-near-ish-future-batteries
Comparativo da densidade de energia
Gasolina tem cerca de 11000Ah/Kg se usado um motor com eficiência de 50% temos 5000Ah/Kg.
Baterias LiPo  tipicamente tem 2Ah/kg.
Pelo gráfico dá para ver que tem ultracapacitores de 8Ah/Kg

Inclusive já é possível trocar a bateria do carro por um banco de supercapacitores.



É preciso também balancear os supercapacitores para melhorar a vida útil.
http://www.instructables.com/id/Lets-learn-about-Super-Capacitors-A-Practical-G/step7/Balancing-Your-Series-Banks/


Cada supercap NESSCAP 2.7V 360F está na faixa de us$4
http://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-4PCS-NESSCAP-automotive-super-farad-capacitor-capacitors-kit-2-7V-360F-2-7V-400F/1009544198.html

Mais ultra capacitores da NESSCAP
http://www.nesscap.com/product/overview.jsp

Mais ultra capacitores da Maxwell
http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/applications/burst-power

http://www.edn.com/design/components-and-packaging/4413399/Special-Report--Top-25-global-electronics-component-distributors

http://uk.farnell.com/cooper-bussmann/xv3560-2r7407-r/capacitor-super-400f-2-7v-edlc/dp/2148520

http://www.digikey.com/product-detail/en/XV3560-2R7407-R/283-4209-ND/3878067

http://br.mouser.com/ProductDetail/PowerStor-Cooper-Bussmann/XV3560-2R7407-R/?qs=sGAEpiMZZMuDCPMZUZ%252bYl72C5N2%252bSzT2g2g0vE9ei8Y%3d









Comparativo Baterias vs Ultracap

Fazendo as contas simplificadas:

4 supercap entre série de 2.7v 3000F = 10,8V 750F.

[energy stored] = (Cx(V^2))/2 = 43740 Joules = 43740 / 3600 = 12,5Wh (muito mais que uma LiPo 3s normal)

corrente_para_carregar / capacitancia = 5a / 750F = 6,66mV/s (taxa de aumento da tensão)

tensão alvo / taxa de aumento de tensão  = tempo para carregar até tensão alvo.
10V / 6,66mV/s = 1666,66s = 27minutos.