Jak praktyczny byłby wzmacniacz samochodowy wykorzystujący superkondensatory?

Obecnie boostery samochodowe (przenośne urządzenie ładowane z gniazdka, a następnie podłączane do układu elektrycznego samochodu w celu uruchomienia samochodu, gdy akumulator samochodu jest rozładowany) zazwyczaj używają akumulatorów - kwasowo-ołowiowych, Li-Ion lub LiFePO4. Z upływem lat bateria w wzmacniaczu ulegnie zużyciu.

Czy praktycznym rozwiązaniem byłoby użycie zestawu superkondensatorów, które są bardziej trwałe zamiast akumulatora w wzmacniaczu?

Zacząłem tę odpowiedź, oczekując, że odpowiedź nie będzie „szansą”, ale szybkie spojrzenie na specyfikacje i ceny sugeruje, że możesz zrobić coś, co było interesujące i możliwe do pewnego stopnia przydatne, ale które jest naprawdę niepraktyczne i na pewno opłacalne do tej pory i jest mało prawdopodobne być opłacalnym jeszcze przez kilka cykli prawa Moore'a.

Załóżmy, że uruchomienie wymaga 500 A przy 12 V przez 1 sekundę.
W wielu przypadkach jest to zbyt wysokie - ale powszechne są niższe prądy od dłuższych do znacznie dłuższych, szczególnie w bardzo zimny poranek.
Dostosuj założenia do własnych potrzeb.

Energia w kondensatorze
$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$
za 1 Farad przy 12 Volt = Powiedz 70 Watów na Farad.

Uruchamianie samochodu = $12V \cdot 500A \cdot 1$sekunda jak wyżej
= 6000 wat sekund.

Potrzebna jest więc pojemność do dostarczenia tej energii przy 12V =
$\frac{6000}{70} =~ 100 F$.

Większość superkondensatorów ma napięcie od 2,5 V do 3,3 V ze względów technicznych.

Możesz wyprodukować moduły takie jak ta jednostka 42V 100F o wymiarach 550 x 270 x 110 mm i wadze 13 kg. Uwaga, że ​​przechowuje 88200 dżuli, więc ma 88200/6000 ~ = 15 razy większą pojemność niż pojedyncze rozwiązanie powyżej.

Aby zbudować czapkę 12V z czapek 3v3, wymagane są 4 w szeregu, a od 2V5 = 5 w szeregu. Umieszczenie kondensatorów szeregowo zmniejsza pojemność w odwrotnej proporcji do ilości, więc potrzebowalibyśmy 400F z kondensatorami 3v3 i 500F z kondensatorami 2V5.

Gdy Murphy jest aktywny, rozsądnie byłoby użyć powiedzmy 1000F x 12v = 5 x 200F przy 2V5.

Na tym etapie robi się interesująco, ponieważ przekonujemy się, że np. Digikey SPRZEDAWA Ci superkapsy w tym zakresie.

Koszt to około 10 centów za Farada, więc 200F ~~ = 20 USD za 4 kosztuje 80 USD. Powiedz 1000 $.

Rzut oka na specyfikację pokazuje, że jeszcze nas tam nie ma.
NIE określono maksymalnego prądu rozładowania, ale rezystancja wewnętrzna wynosi około 10 miliohm. To może być ponad 200 amperów przy zwarciu. Obciążony dla maksymalnego transferu mocy przy Rload = Rinternal = 10 miliohm powiedzmy, że to 100 + A.
To nie jest wystarczająco cholerne na rozruch samochodu, a my jeszcze nie przyjrzeliśmy się spadkowi napięcia, aby uzyskać energię itp.

Uwaga: w $\frac{V}{2}$czapka wyczerpała 75% swojej energii.
Jeśli górna granica jest dwukrotnie większa niż wymagana zawartość energii, wówczas obniżenie jej do 70% dostarczy połowę energii wewnętrznej, a druga połowa zostanie zgromadzona na następny raz ”

Całkiem wyraźnie „bateria”, która jest dobra na jeden start, zwykle nie jest przydatna. Potrzebne są znacznie większe czapki przy większym naładowaniu. I nawet wtedy nie będzie możliwe zbliżenie się do pojemności energetycznej akumulatora.

Tak więc - jeszcze niepraktyczne - ale powoli zmierzamy tam. Może 10 lat (około 7 cykli prawa Moore'a)

470 - 3300 ogniw Farad x 2,5 V.

Wyciek:

Przeciek powyżej powyższego wynosi 0,5 C mA - więc dla 200 F F to 100 mA upływu. Farad dostarczy to przez 10 sekund i upuści wolt.

Weźmie więc limit 200F $2 \cdot 200F = 400$sekund, aby upuścić wolt. Wymaga pracy! Niektóre będą znacznie lepsze niż to.

Baterie mają względnie płaską krzywą napięcia ponad ładunkiem, do pewnego momentu. Kondensatory mają liniową krzywą napięcia ponad ładunkiem.

Dzięki akumulatorom możesz po prostu ustawić zestaw akumulatorów podwyższających w taki sposób, aby napięcie odpowiadało Twoim potrzebom w szerokim zakresie procentowego naładowania.

W przypadku kondensatorów nie jest to możliwe, ponieważ napięcie zmieniałoby się gwałtownie podczas użytkowania. Aby go w ogóle użyć, potrzebna będzie elektronika mocy, aby zapewnić prawidłowe napięcie.

Ponadto obecnie energia właściwa (energia zmagazynowana na wagę) superkaps jest wciąż niższa niż energia dostarczana przez akumulatory. To może się zmienić w ciągu kilku lat.

Tak więc teraz superkapsy dostarczają mniej energii i potrzebują dodatkowej elektroniki mocy, co czyni ich wykorzystanie jako źródła energii nieefektywnym.

Bardzo interesująca dyskusja; Doceniam dokładne i szczegółowe obliczenia. Chociaż obecna technologia wydaje się wskazywać, że nie jest to praktyczne zastosowanie, znalazłem majsterkowicza, który wydaje się mieć sukces: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w Oto produkt komercyjny przeznaczony do instalacji na kołach 18, aby zapewnić moc rozruchową; w tym projekcie jeden z czterech akumulatorów ciężarówki jest zamieniony z modułem rozruchu silnika ultrakondensatora, ale na własnym okablowaniu: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/products/engine-start-module

Być może przy ostrożnym rozważeniu projektowym tablice ultrakondensatorów mogą być przydatne w niektórych sytuacjach.

W ramach mojej pracy mam kilka narzędzi, które porównują zestawy kondensatorów dla danego napięcia początkowego, napięcia końcowego, mocy obciążenia i czasu. Uwzględnia również wartości ESR i EOL. Mój bank danych nie ma oczywiście wszystkich istniejących ultrakapitów, ale ma wielu najbardziej podejrzanych.

Załóżmy, że bateria, której normalnie używasz, zaczynałaby się od 13,2 V bez obciążenia i spada do 7 V, gdy jest naładowana do 500 A. Możemy obliczyć naszą moc na podstawie niskiego napięcia, ponieważ to wystarczy, aby uruchomić samochód. Aby pobrać 3500 W na sekundę z ultrakondensatora i nadal pozostawać w tym zakresie napięcia, najlepszą kombinacją, jaką widzę, byłyby dwie z nich równolegle. Mówisz więc o ponad 3 tys. Dolarów ultrakapsułek, które zastąpią baterię za około 100 USD. Państwo może mógłby uciec z jednego modułu ultracap zamiast dwóch, zwłaszcza jeśli nie używać end-of-life wartości, ale trzeba znacznie mniej nad głową, a twoje straty ESR pójdzie w górę znacznie. Nawet wtedy, nawet przy wycenie bezpośredniej od producenta nadal mówisz o 1500 USD.

Jest to wykonalne i nie do końca szalone. To, czy jest opłacalne, czy nie, zależy w dużej mierze od tego, ile kosztuje bateria i jak często trzeba ją wymieniać przez cały okres użytkowania banku.

Jeśli chodzi o sposób ładowania samej ultrakondery, nie sądzę, że to problem. Napięcie końcowe na tej pojemności przy 3500 W obciążenia po jednej sekundzie wynosi około 10,2 V, więc mówimy o 11,5 kJ ładunku utraconego w pokrywach. (Więc dostarczamy 3,5 kJ do ładunku, a 8 kJ utracone w ESR!) To można naładować z gniazdka ściennego w ciągu kilku sekund. Jeśli chcesz drugiego strzału i mieć w pobliżu gniazdko ścienne, wszystko powinno być w porządku. I nigdzie nie jesteś w pobliżu limitu napięcia kondensatorów, co oznacza, że ​​twoja ładowarka nie musi być szczególnie inteligentna, tak jak musiałaby być ładowarka Li.

Edycja: Znów natknąłem się na to pytanie i zmieniłem liczby w oparciu o nowsze narzędzia, ceny i dostępne części. Obecnie wydaje się, że najbardziej opłacalnym rozwiązaniem jest pięć z nich , a ich koszt to około 600 USD. I to wciąż zakłada wartości EOL na maksymalnych limitach. Do nominalnej potrzebujesz tylko trzech równolegle. Ogromna poprawa w ciągu ostatnich dwóch lat! Może faktycznie się zwróci!