Наскільки практичним може бути автомобільний підсилювач із використанням суперконденсаторів?

В даний час автомобільні підсилювачі (переносний пристрій, заряджений з розетки, а потім підключений до електричної системи автомобіля, щоб запустити автомобіль, коли автомобільний акумулятор загинув) зазвичай використовують батареї - свинцево-кислотні, Li-Ion або LiFePO4. Протягом декількох років акумулятор у підсилювачі буде зношуватися.

Чи було б практичним використовувати банк суперконденсаторів, які є більш міцними замість акумулятора в бустер?

Я розпочав цю відповідь, очікуючи, що відповідь буде "не випадковістю", але швидкий огляд специфікацій та цін дозволяє припустити, що ви можете зробити щось цікаве і можливо корисне певною мірою, але що це дійсно непрактично і, безумовно, рентабельно на сьогоднішній день і малоймовірно. щоб бути рентабельним протягом кількох циклів закону Мура.

Припустимо, що для запуску потрібно 500 А при 12 В протягом 1 секунди.
У багатьох випадках це занадто високо - але низькі струми довше і набагато довше, особливо в дуже холодний ранок.
Відрегулюйте припущення відповідно до потреб.

Енергія в конденсаторі за 1 Фарад на 12 Вольт = Скажіть 70 Вт секунди на Фарада.
$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$

Запуск машини = секунда, як вище = 6000 Вт секунди.$12V \cdot 500A \cdot 1$

Таким чином , ємність необхідно поставити цю енергію при 12V = .
$\frac{6000}{70} =~ 100 F$

Більшість суперкапок мають технічне значення від 2,5 до 3,3 В.

Ви можете обмазати такі модулі, як 42V 100F , розміром 550 x 270 x 110 мм і вагою 13 кг. Примітка, що вона зберігає 88200 джоулів, настільки 88200/6000 ~ = в 15 разів більша за ємність, ніж рішення для єдиного старту вище.

Для побудови кришки 12В з 3в3 ковпаків потрібно 4 послідовно і від 2V5 = 5 послідовно. Поміщення конденсаторів послідовно зменшує ємність у зворотному співвідношенні з кількістю, тому нам знадобиться 400F з конденсаторами 3v3 і 500F з 2V5.

Мерфі, активний, було б розумно використовувати, скажімо, 1000F x 12v = 5 x 200F при 2V5.

На цьому етапі стає цікаво, оскільки ми виявимо, що, наприклад, Digikey ВИ продасть суперкапи у цьому асортименті.

Вартість дуже приблизно 10 центів за Фарада, тож 200F ~~ = $ 20 і 4 коштують 80 доларів. Скажіть 1000 доларів.

Погляд на специфікації показує, що ми ще не там.
Не заданий максимальний струм розряду, але внутрішній опір становить близько 10 млн. Гм при короткому замиканні, можливо, більше 200 Ампер. Завантажена для максимальної передачі потужності на Rload = Rinternal = 10 мільйонів, скажімо, це 100 + A.
Це насправді недостатньо грубо для запуску автомобіля, і ми ще не дивилися на напругу, щоб отримати енергію тощо.

Зауважте, що при ковпачок вичерпав 75% своєї енергії. Якщо ковпачок вдвічі перевищує необхідний вміст енергії, то його витягнення до 70% доставить половину внутрішньої енергії з другою половиною, що зберігається для наступного разу "$\frac{V}{2}$

Досить зрозуміло, що "акумулятор", який підходить для одного запуску, зазвичай не корисний. Набагато більші кришки при більшій зарядці потрібні. І навіть тоді не вдасться наблизити енергетичну ємність акумулятора.

Тож - ще не практично - але повільно прямуйте туди. Можливо, 10 років (приблизно 7 циклів закону Мура)

470 - 3300 Фарад x 2,5 В осередків.

Витік:

Витік зазначеного вище становить 0,5 С мА - значить, для кришки 200 F це 100 мА витоку. Фарад подасть це протягом 10 секунд і скине вольт.

Таким чином, на 200 футів знадобиться секунд, щоб скинути вольт. Потреби працюють! Деякі будуть набагато кращими від цього.$2 \cdot 200F = 400$

Акумулятори мають відносно рівну криву напруги над зарядом, аж до точки. Конденсатори мають лінійну криву напруги над зарядом.

За допомогою батарейок ви можете просто встановити пристрій підсилювального акумулятора таким чином, щоб напруга відповідала вашим потребам у широкому діапазоні відсотків заряду.

Для конденсаторів це не варіант, оскільки напруга швидко змінюватиметься із використанням. Щоб використовувати його взагалі, вам знадобиться енергетична електроніка, щоб подати правильну напругу.

Крім того, наразі питома енергія (накопичена енергія на вагу) суперкапок все ще нижча, ніж батарея. Це може змінитися протягом декількох років.

Тож зараз суперкапани забезпечують менше енергії та потребують додаткової електроніки, що робить їх використання як джерела живлення неефективним.

Дуже цікава дискусія; Я ціную ґрунтовні та детальні розрахунки. Незважаючи на те, що нинішня технологія, схоже, вказує на те, що це не практичне застосування, я знайшов майстра, який, здається, мав успіх: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w Ось комерційний продукт, призначений для встановлення на 18-колесах для забезпечення пускової потужності; У цьому дизайні один із чотирьох акумуляторних батарей замінено модулем запуску ультраконденсатора двигуна, але він має власну електропроводку: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/products/engine-start-module

Можливо, при уважному дизайнерському розгляді ці масиви ультраконденсаторів можуть бути корисними в деяких ситуаціях.

У рамках своєї роботи у мене є кілька інструментів, які порівнюють конденсаторні банки для заданої напруги пуску, кінцевої напруги, потужності навантаження та часу. Враховує також значення ESR та EOL. У моєму банку даних, звичайно, не існує жодної ультракапи, але в ньому є ряд найімовірніших підозрюваних.

Тож давайте припустимо, що акумулятор, який ви зазвичай використовуєте, починається з 13,2 В без завантаження, і знижується до 7 В, коли завантажується до 500 А. Ми можемо обчислити свою потужність за низької напруги, оскільки цього явно достатньо для запуску машини. Щоб витягнути 3500 Вт на секунду з ультракаппаку і все ще залишатися в такому діапазоні напруги, найкращою комбінацією, яку я бачу, було б дві з них паралельно. Отже, ви говорите про> 3 000 доларів ультракапачок для заміни батареї ~ 100 доларів. Ви , можливо , могли б піти з одного Ultracap модуля замість двох, особливо якщо ви не використовуєте минулий термін експлуатації значення, але ви повинні були б набагато менше накладними витратами, і ваші втрати ESR будуть йти значно. Навіть тоді, і навіть при ціновій кількості від виробника, ви все ще говорите про 1500 доларів.

Тож це можливо, і не зовсім божевільно. Незалежно від того, економічно вигідний він чи ні, багато в чому залежить від того, скільки коштує ваш акумулятор, і як часто вам потрібно замінювати його протягом життя вашої кришки.

Щодо того, як ви б заряджали сам ультракап, я не думаю, що це проблема. Кінцева напруга на цій ємності при навантаженні 3500 Вт після однієї секунди становить приблизно 10,2 В, тому ми говоримо про втрату зарядки в 11,5 кДж. (Отже, ми доставляємо 3,5 кДж до навантаження, а 8 кДж втрачено в ESR!) Це може зарядитися від розетки всього за кілька секунд. Якщо ви хочете другий кадр і маєте розетку десь поблизу, вам слід добре. І ви ніде не перебуваєте поблизу межі напруги конденсаторів, а це означає, що ваш зарядний пристрій не повинен бути особливо розумним, як це повинно бути зарядне обладнання Li.

Редагувати: Я знову зіткнувся з цим питанням і повторно перебрав номери на основі новіших інструментів, цін та доступних деталей. Зараз найефективнішим рішенням є п'ять з них паралельно, вартість яких становить приблизно 600 доларів. І це все ще припускає значення EOL на кришках. Для номіналу вам знадобиться лише три паралельно. Значні покращення за останні два роки! Це насправді може платити за себе!