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Sistemas de almacenamiento de energía ES y SPC (supercondensador de impulsos) de EVE Energy en las filas de Endrich

Los dispositivos electrónicos diseñados para aplicaciones que requieren un funcionamiento breve y que permanecen mucho tiempo en modo de espera suelen necesitar un gran impulso energético después de la orden de activación. Entre estos dispositivos se encuentran los sistemas de alarma de emergencias, transpondedores RFID, dispositivos de seguimiento por GPS, dispositivos electrónicos de lectura de los sistemas de medición inteligente o los sistemas E-CALL obligatorios desde hace poco en los vehículos de pasajeros. Es necesaria una pila con un nivel bajo de corriente de fugas y una tensión estable que pueda transmitir al sistema una gran carga instantánea en un espacio breve tiempo. Estos requisitos se suelen cumplir al integrar distintos supercondensadores, que tienen una densidad energética diez o incluso cien veces más elevada que la de los condensadores electrolíticos normales, sus tiempos de carga y descarga también son más cortos y toleran muchos más ciclos que, por ejemplo, las baterías recargables. El funcionamiento de los supercondensadores suele basarse en el principio electrostático; no obstante, existen algunos dispositivos especiales, como por ejemplo los SPC patentados de EVE Energy, que disponen del principio de funcionamiento químico. No suelen funcionar solos, sino integrados en uno de los sistemas de almacenamiento energético de EVE, los cuales son un conjunto especial de baterías. En el presente documento se presentan las ventajas de dicho sistema.

Dispositivo SPC

Los supercondensadores de impulsos que produce EVE son dispositivos de descarga de alta corriente instantánea que pueden funcionar dentro del rango de temperatura de -40 °C a +85 °C. La exclusiva estructura química de litio está basada en patentes propias de EVE. La cubierta sellada y cerrada herméticamente con válvulas de seguridad dota al diseño de una seguridad excelente, incluso en aplicaciones en las que no se pueden utilizar los supercondensadores tradicionales. Una de ellas es la medición de gas, en la que los SPC con aprobación ATEX constituyen una solución ideal para suministrar energía al lector del medidor inteligente, ya que las válvulas de seguridad lo convierten en un dispositivo antideflagrante. La tensión de la pila es de 3,6 V y no aparece la pasivación que padecen otras familias de baterías de litio. La descarga espontánea permanece por debajo del 2%, lo cual permite que se mantenga durante mucho tiempo en posición de espera y se active rápido para transmitir una gran carga instantánea al circuito. Si un medidor inteligente contiene una batería ER (cloruro de litio-tionilo) autónoma, el retardo de la tensión que provoca el efecto de pasivación puede afectar al funcionamiento. La pasivación es un fenómeno de las pilas primarias de litio relacionado con la interacción del ánodo de metal de litio y el electrolito. La formación de una película delgada en la superficie del ánodo cuando se inyecta el electrolito en la pila durante la producción se denominada pasivación. Esta película es importante porque protege el ánodo de la reacción mientras la carga no afecta a la pila, lo cual hace posible una larga vida útil en almacenamiento. Con carga, cuando la batería comienza a descargar, la corriente que fluye a través de la pila empezará a reconstruir esta película. En condiciones normales, la película delgada de la pasivación no afecta ni perjudica al rendimiento de la batería. Un engrosamiento excesivo de la película a causa del almacenamiento prolongado puede afectar al rendimiento de la descarga. En la evolución de la película de pasivación intervienen las condiciones del almacenamiento; los periodos sin carga de meses o años y la temperatura ambiente de almacenamiento superior a los 23-25 oC provocarán el engrosamiento de la película de pasivación. Una pila pasivada puede presentar un retardo de la tensión cuando se aplica una carga repentina; en estas circunstancias se retrasa la respuesta de la tensión. En estos casos, no funcionará correctamente un medidor inteligente de servicios que permanece en espera durante periodos prolongados; puede que no se ponga en marcha el sistema electrónico de lectura y que falle la transferencia de datos. Una posible solución para estos casos es utilizar un dispositivo SPC además de la batería ER.

Solución combinada: Sistemas de almacenamiento de energía ES de EVE

SPC de EVE es un dispositivo autónomo, aunque sobre el terreno se suele utilizar con pilas ER respon- sables de proporcionar capacidad suficiente. Al conectar las dos pilas en paralelo, la batería primaria de litio mantendrá el SPC totalmente cargado. Los conjuntos de baterías ES de EVE están formados por un SPC y una batería de cloruro de litiotionilo (Li-SOCl2) como se muestra en los diagramas: Claro está, existen distintas combinaciones variando el número de pilas ER situadas detrás del SPC o incluso utilizando más dispositivos SPC a la vez: Las pilas de cloruro de litio-tionilo tienen un ánodo de carbono de litio metálico (el metal más ligero) y un cátodo líquido formado por un colector de corriente poroso relleno con cloruro de tionilo (Li-SOCl2). Generan una tensión nominal de 3,6 V, la tensión de su circuito abierto es 3,66 V y durante la carga, con una tensión de circuito cerrado de entre 3,4 y 3,6 V, son una de las pilas primarias de tensión más alta del mercado. Las baterías de cloruro de litio-tionilo son la batería primaria que en la actualidad tiene la densidad energética (1280 Wh/dm3) y la tensión más altas, el almacenamiento más duradero (10-20 años) y el menor índice de descarga espontánea del 1% a 20ºC. La batería puede funcionar en un rango amplio de temperatura, normalmente -60ºC ~ +85ºC. Estas baterías son ideales para aplicaciones de larga duración, como por ejemplo potencia para dispositivos eléctricos y medidores de energía eléctrica, agua, calor y gas y, especialmente, como fuente de alimentación de reserva para circuitos integrados de memoria. En el programa existen tipos más grandes de espirales de corriente de impulsos, así como pilas de bobina de mayor capacidad. El tipo bobina es más seguro, aunque suele tener retardo de la tensión y su capacidad de impulsos puede no ser suficiente como para suministrar una gran corriente de carga instantánea al dispositivo (pasivación). Al unir las tecnologías ER del SPC y del tipo bobina, podemos combinar sus ventajas. La batería primaria de litio almacenará capacidad suficiente y mantendrá el SPC totalmente cargado en todo momento, mientras que el dispositivo SPC puede transmitir una carga de impulsos rápido al sistema. Otros fabricantes combinan las baterías ER con supercondensadores; si se comparan las dos tecnologías, los sistemas SPC basados en química de litio ofrecen las siguientes ventajas:

• Tensión por pila más elevada (3,6 V frente a 2,7 V máx.)

• Impedancia mucho menor (

• Mayor capacidad (>270 F frente a 100 F máx.)

• Densidad energética mucho mayor

• Por orden de magnitud, menor corriente de fuga, la cual es prácticamente independiente de la temperatura, ahorrando así vida de la batería ER (<1uA)

• Rango de temperatura de funcionamiento mucho más amplio

• Vida útil mucho más larga (15 años aprox.)

• Conjunto de baterías mucho más seguro (UL1642 UN 38.3) En los gráficos se muestra que el bombeo de carga rápida del SPC cubre el retardo de la tensión provocado por la pasivación de la pila de Li/SOCl2 y la tensión del conjunto nunca se sitúa por debajo de la tensión de funcionamiento del dispositivo. La medición se tomó con una corriente de carga continua de 10 mA con un conjunto formado por una batería ER14250 y un sistema de almacenamiento de energía SPC1520. La otra medición muestra que la corriente de fuga del sistema ES de EVE a -30ºC se mantiene por debajo de 2uA, a +25ºC por debajo de 1uA mientras que a +85ºC seguirá estando por debajo de 5uA; por lo tanto, se considera estable con independencia de la temperatura ambiente. La expectativa de vida útil puede alcanzar los 10 o 15 años, el conjunto puede proporcionar 1 A de corriente de impulsos y, gracias a su fabricación segura, se puede utilizar en entornos delicados (ATEX). El producto combinado constituye una solución adecuada tanto para requisitos de densidad de energía alta (gran capacidad) como de densidad de alta potencia (corriente instantánea elevada).  


Etiquetas
eve.es; super condensador


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