Un'analisi completa dei principi, delle caratteristiche e delle applicazioni dei supercondensatori nei veicoli a nuova energia

Attualmente, le principali tecnologie globali di stoccaggio dell’energia sono principalmente divise in due categorie: stoccaggio fisico dell’energia e stoccaggio dell’energia elettrochimica. I supercondensatori, in quanto nuova tecnologia nel campo dello stoccaggio fisico dell'energia, non solo possiedono eccellenti prospettive di commercializzazione, ma fungono anche da complemento prestazionale cruciale alle tradizionali tecnologie di stoccaggio dell'energia elettrochimica. Sullo sfondo di una crescente crisi energetica globale, questa nuova tecnologia di stoccaggio dell’energia sta diventando una direzione fondamentale per la ricerca e lo sviluppo del settore, colmando gradualmente le lacune applicative che le batterie chimiche tradizionali non possono colmare. La barra collettrice della batteria, in quanto componente centrale di trasmissione della corrente di un sistema di supercondensatori, determina direttamente l'efficienza della carica e scarica ad alta-corrente del supercondensatore grazie alla sua conduttività.

Sebbene le tradizionali batterie chimiche siano state ampiamente adottate nell'elettronica di consumo e nello stoccaggio di energia industriale, soffrono intrinsecamente di una bassa corrente di scarica e di una durata di ciclo breve, il che le rende completamente inadatte per i requisiti esigenti di funzionamento ad alta-potenza e lungo-ciclo. In campi come quello dei veicoli a nuova energia, dove le prestazioni di potenza in uscita sono estremamente critiche, i limiti prestazionali delle batterie tradizionali sono ulteriormente amplificati. Lo sviluppo di nuovi dispositivi di accumulo dell'energia adattati a scenari ad alte- prestazioni è diventato una tendenza inevitabile nello sviluppo della moderna tecnologia di accumulo dell'energia e i supercondensatori si sono sviluppati rapidamente in questo contesto di settore. La Power BusBar è un componente chiave all'interno di un modulo supercondensatore che consente la raccolta e la distribuzione di correnti di grandi dimensioni, riducendo efficacemente le perdite di linea durante la trasmissione di correnti elevate-.

I supercondensatori, noti anche come condensatori elettrochimici, sono riconosciuti come dispositivi di accumulo di energia elettrochimica ad alto-potenziale che si collocano tra i normali condensatori fisici e le tradizionali batterie chimiche. Sulla base delle differenze nei principi sottostanti di stoccaggio dell’energia, possono essere suddivisi in due principali percorsi tecnici. Il primo tipo è il supercondensatore a doppio-strato, che si basa sull'interfaccia di contatto tra l'elettrodo e l'elettrolita per formare una struttura di carica stabile a doppio-strato sull'interfaccia solido-liquido, immagazzinando direttamente energia sull'interfaccia dell'elettrodo-elettrolita. L'intero processo di accumulo dell'energia non comporta quasi alcuna reazione chimica e possiede una stabilità del ciclo estremamente elevata. BusBar Systems fornisce una rete di trasmissione ad alta{9}}corrente completa per moduli supercondensatori, consentendo connessioni elettriche a bassa-impedenza tra più singoli condensatori e garantendo prestazioni di carica e scarica costanti nell'intero modulo.

Rispetto ai tradizionali dispositivi di accumulo dell’energia, il vantaggio principale dei supercondensatori risiede innanzitutto nella loro capacità. Utilizzando i principi esclusivi di accumulo dell'energia della struttura a doppio-strato e dell'effetto Faraday, i supercondensatori dello stesso volume hanno una capacità da 2.000 a 6.000 volte quella dei normali condensatori fisici. Questa capacità superiore soddisfa pienamente le esigenze di stoccaggio energetico elevato-a breve{5}}termine degli scenari di consumo-elevato-di energia, colmando il divario prestazionale tra i condensatori e le batterie tradizionali. Automotive Busbar è stato sottoposto a rigorose verifiche di affidabilità di livello automobilistico-, mantenendo una conduttività stabile durante l'intero ciclo di vita dei veicoli a nuova energia senza riscontrare una maggiore resistenza di contatto.

Il secondo grande vantaggio dei supercondensatori è la loro densità di potenza estremamente elevata. La loro resistenza in serie equivalente è estremamente bassa e consente un rapido stoccaggio e rilascio della carica. La densità di potenza può raggiungere più di dieci volte quella dei normali condensatori, consentendo l'emissione di massicce correnti istantanee in un tempo molto breve. Ciò si adatta perfettamente ai processi di rapida accelerazione e recupero di energia dei veicoli a nuova energia, che richiedono correnti elevate istantanee, ottimizzando significativamente la risposta dinamica del veicolo. Gli isolamenti per sbarre collettrici sono realizzati con materiali speciali con resistenza alle alte temperature e livelli di isolamento elevati, evitando efficacemente rischi per la sicurezza come cortocircuiti e dispersione che possono verificarsi durante la carica e la scarica a corrente elevata- dei supercondensatori.

Oltre ai vantaggi, i supercondensatori vantano velocità di carica e scarica rapide e una durata del ciclo estremamente lunga. L'intero processo di carica e scarica non comporta praticamente alcuna reazione chimica distruttiva, con conseguente eccezionale stabilità del sistema. Il numero di cicli di carica{2}}scarica può raggiungere centinaia di migliaia, superando di gran lunga quello delle normali batterie chimiche e dei condensatori tradizionali sia in termini di durata che di conservazione a lungo-termine. Non richiedono quasi alcuna manutenzione, riducendo significativamente il costo totale del ciclo di vita dei sistemi di accumulo dell’energia. Le sbarre bus IGBT consentono connessioni a bassa-impedenza tra supercondensatori e moduli IGBT integrati, riducendo ulteriormente la perdita di calore durante la trasmissione ad alta-corrente e migliorando l'efficienza energetica complessiva del sistema.

Tuttavia, i supercondensatori presentano anche dei limiti intrinseci. La loro densità di energia è significativamente inferiore a quella delle tradizionali batterie agli ioni di litio-, il che le rende inadatte come forza motrice principale per i veicoli elettrici puri per supportare lunghe autonomie. Attualmente vengono utilizzati principalmente come fonti di alimentazione ausiliaria nei veicoli ibridi, lavorando insieme alla batteria di alimentazione principale per fornire supporto istantaneo ad alta-corrente. Questa limitazione limita l'applicazione indipendente su larga-scala dei supercondensatori nel settore dei veicoli a nuova energia. L’industria attualmente adotta ampiamente una soluzione ibrida di stoccaggio dell’energia che combina supercondensatori e batterie al litio per soddisfare sia i requisiti di alta potenza che quelli di alta densità di energia. Le sbarre collettrici laminate EV utilizzano una speciale struttura impilata multi-strato, che può ridurre significativamente l'induttanza parassita del circuito ad alta-corrente del supercondensatore e ottimizzare ulteriormente la velocità di risposta dinamica di carica e scarica.