Süper kapasitörler kullanan bir araba güçlendirici ne kadar pratik olurdu?

Şu anda araba güçlendiriciler (prizden şarj edilen ve daha sonra araç aküsü bittiğinde bir aracı çalıştırmak için araç elektrik sistemine bağlanan taşınabilir bir birim) tipik olarak pil kullanır - kurşun asit, Li-Ion veya LiFePO4. Birkaç yıl içinde güçlendiricideki bir pil tükenecektir.

Bir güçlendiricideki pil yerine daha dayanıklı bir süper kapasitörler bankası kullanmak pratik olur mu?

Bu yanıtı, cevabın "şans değil" olmasını beklemeye başladım, ancak spesifikasyonlara ve fiyatlara hızlı bir şekilde bakmanız, bir ölçüde ilginç ve olası bir şey yapabileceğinizi, ancak şimdiye kadar gerçekten pratik ve kesinlikle uygun maliyetli ve olası olmadığını gösteriyor. Moore kanununun birkaç döngüsü için uygun maliyetli olması.

Başlamanın 1 saniye boyunca 12v'de 500 A gerektirdiğini varsayın.
Bu, çoğu durumda çok yüksektir - ancak daha uzun ila daha uzun süre daha düşük akımlar, özellikle çok soğuk bir sabah yaygındır.
Varsayımları uygun şekilde ayarlayın.

Bir kapasitördeki enerji 12 Volt'ta 1 Farad için = Farad başına 70 Watt saniye deyin.
$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$

Araba çalıştırma = yukarıdaki gibi = 6000 Watt saniye.$12V \cdot 500A \cdot 1$

Bu nedenle bu enerjiyi 12V = sağlamak için kapasitans gereklidir .
$\frac{6000}{70} =~ 100 F$

Çoğu üst kapak teknik nedenlerle 2.5V ila 3.3V arasındadır.

Bu 42V 100F ünitesi gibi 550 x 270 x 110 mm ölçülerinde ve 13 kg ağırlığındaki modülleri alabilirsiniz . 88200 Joule'u sakladığı not yukarıdaki tek başlatma çözümünün 88200/6000 ~ = 15 katıdır.

3v3 kapaklardan bir 12V kapak oluşturmak için 4 seri ve 2V5 = 5 seri gerekir. Kapasitörleri seri olarak yerleştirmek, kapasitansı miktara ters orantılı olarak azaltır, böylece 3v3 kapasitörlerle 400F ve 2V5 olanlarla 500F'ye ihtiyacımız olur.

Murphy aktifken 2V5'te 1000F x 12v = 5 x 200F demek akıllıca olacaktır.

Bu aşamada, örneğin Digikey'nin size bu aralıktaki süper başlıkları satacağını buldukça ilginçleşiyoruz.

Maliyet Farad başına yaklaşık 10 sent olduğundan 200F ~~ = 20 $ ve 4 $ 80'dir. 1000 dolar deyin.

Özelliklere bir bakış, henüz orada olmadığımızı gösterir.
NO deşarj akımı belirtilmedi, ancak yaklaşık 10 miliohm'luk iç direnç. Kısa devrede belki 200+ Amper. Rload'da maksimum güç aktarımı için yüklendi = Rinternal = 10 miliohm, 100 + A demek.
Bu, otomobilin çalıştırılması için yeterince huysuz değil ve henüz enerjiyi çıkarmak için voltaj düşüşüne henüz bakmadık.

Not o bir kapak enerjisinin 75 tükenmiş% sahiptir. Bir kapak ihtiyaç duyulan enerji içeriğinin iki katı ise, o zaman% 70'e boşaltılması, iç enerjinin yarısını bir sonraki sefer depolanan diğer yarısı ile verir "$\frac{V}{2}$

Oldukça açık bir şekilde, bir başlangıç ​​için iyi olan bir 'pil' genellikle yararlı değildir. Daha büyük şarjla çok daha büyük kapaklara ihtiyaç vardır. Ve o zaman bile bir pilin enerji kapasitesine yaklaşmak mümkün olmayacak.

Yani - henüz pratik değil - ama yavaşça oraya gidiyor. Belki 10 yıl (yaklaşık 7 Moore yasası döngüsü)

470 - 3300 Farad x 2,5 V hücreler.

kaçak:

Yukarıdakilerin sızıntısı 0.5C mA'dır - bu nedenle 100 mA sızıntısı olan 200 F'lik bir kapak için. Bir farad bunu 10 saniye boyunca tedarik edecek ve bir volt düşecektir.

Yani bir 200F kapağın bir volt düşürmesi saniye sürecektir . Çalışmak gerekiyor! Bazıları bundan daha iyi olacak.$2 \cdot 200F = 400$

Piller, bir noktaya kadar, yük üzerinde nispeten düz bir voltaj eğrisine sahiptir. Kondansatörlerin doğrusal bir aşırı gerilim eğrisi vardır.

Pillerle, güçlendirici pil takımını, voltajın geniş bir şarj yüzdesi aralığında gereksiniminize uyacak şekilde ayarlayabilirsiniz.

Kondansatörlerde bu bir seçenek değildir, çünkü voltaj kullanımla birlikte hızla değişecektir. Hiç kullanmak için, doğru voltajı sağlamak için bazı güç elektroniğine ihtiyacınız olacaktır.

Ayrıca, şu anda üst kapakların özgül enerjisi (ağırlık başına depolanan enerji) hala pillerin sağladığından daha düşüktür. Bu birkaç yıl içinde değişebilir.

Yani, şu anda, üst kapaklar daha az enerji sağlar ve ek güç elektroniğine ihtiyaç duyar, bu da güç kaynağı olarak kullanımını etkisiz hale getirir.

Çok ilginç bir tartışma; Ayrıntılı ve ayrıntılı hesaplamaları takdir ediyorum. Mevcut teknoloji bunun pratik bir uygulama olmadığını gösteriyor olsa da, başarısı olan bir tamircilik buldum: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w İşte kurulum için tasarlanmış ticari bir ürün başlangıç ​​gücünü sağlamak için 18 tekerlekli; bu tasarımda dört kamyon aküsünden biri ultrakapasitör motor çalıştırma modülü ile değiştirilir, ancak kendi kablolarında: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/products/engine-start-module

Dikkatli tasarım hususları ile bu ultrakapasitör dizileri bazı durumlarda yararlı olabilir.

Çalışmamın bir parçası olarak, belirli bir başlangıç ​​voltajı, son voltaj, yük gücü ve zaman için kapasitör bankalarını karşılaştıran bazı araçlara sahibim. ESR ve EOL değerlerini de dikkate alır. Veritabanımın elbette var olan her ultracap'ı yok, ancak bir takım en olası şüphelileri var.

Bu nedenle, normalde kullanacağınız pilin 13.2V boşta başlayacağını ve 500A'ya yüklendiğinde 7V'ye düşeceğini varsayalım. Gücümüzü düşük uç voltajından hesaplayabiliriz, çünkü bu aracı başlatmak için açıkça yeterlidir. Bir ultracap'tan bir saniye boyunca 3500W çekmek ve hala bu voltaj aralığında kalmak için, gördüğüm en iyi kombinasyon paralel olarak bunlardan ikisidir . Yani ~ 100 $ 'lık bir pili değiştirmek için 3k dolardan fazla ultracaplardan bahsediyorsunuz. Sen belki sen-sonu ömrü değerlerini kullanmayın, özellikle iki yerine bir Ultracap modülü birlikte kaçmak, ancak çok daha az havai olurdu, ve ESR kayıpları önemli ölçüde artar. O zaman bile ve doğrudan üretici miktar fiyatlandırmasıyla bile hala 1500 $ 'dan bahsediyorsunuz.

Yani yapılabilir ve tamamen deli değil . Uygun maliyetli olup olmadığı büyük ölçüde pilinizin maliyetine ve kapak bankanızın ömrü boyunca ne sıklıkta değiştirmeniz gerektiğine bağlıdır.

Ultracap'in kendisini nasıl şarj edeceğinize gelince, bunun bir sorun olduğunu düşünmüyorum. Bir saniyeden sonra 3500W yükte bu kapasitanstaki terminal voltajı yaklaşık 10.2V'dir, bu yüzden kapaklarda yaklaşık 11.5 kJ şarj kaybından bahsediyoruz. (Yani yüke 3.5 kJ ve ESR'de 8 kJ kaybettik!) Bu sadece birkaç saniye içinde duvar prizinden şarj edilebilir. İkinci bir atış yapmak ve yakınlarda bir duvar prizine sahip olmak istiyorsanız, iyi olmalısınız. Ve kapasitörlerin voltaj sınırına hiçbir yere yakın değilsiniz, yani Li şarj cihazının olması gerektiği gibi şarj cihazınızın özellikle akıllı olması gerekmez.

Düzenleme: Bu soruya tekrar rastladım ve sayıları daha yeni araçlara, fiyatlandırmaya ve mevcut parçalara göre yeniden düzenledim. En uygun maliyetli çözüm şimdi beş gibi görünen bu kabaca 600 $ bir maliyetle, paralel. Ve bu hala kapaklar üzerinde EOL değerlerini varsayar. Nominal değer için, sadece üç paralel gerekir. Son iki yılda büyük gelişme! Aslında kendisi için ödeme yapabilir!