Электролитические конденсаторы с высокой плотностью энергии

Я строю проект, который предусматривает разрядку довольно большого конденсатора через пару электромагнитных катушек. Это электрически очень похоже на ружье, хотя для другого применения. Я не могу использовать суперконденсатор, потому что их плотность мощности недостаточно высока, и поэтому мне нужно найти электролитические конденсаторы с самой высокой плотностью энергии, потому что я ограничен около 80 г для конденсатора.

При каком примерно максимальном напряжении стандартные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют наибольшую плотность энергии? Я могу спроектировать свою катушку и трансформатор обратной связи вокруг напряжения конденсатора, если есть преимущество перед более высокими напряжениями, но если они все примерно одинаковы, я думаю, что электроника будет легче с 35В, чем 200В.
Есть ли сайт или производитель, у которого есть список конденсаторов с плотностью энергии для каждого? Кажется, что есть функция Parts.io или аналогичного сайта, но я нигде не могу ее найти. Теперь, когда я делаю это, мне нужно найти размер упаковки для каждой крышки в таблице, а затем найти вес этого размера упаковки и рассчитать плотность энергии, что становится довольно утомительно.
Стоит ли искать другую конденсаторную технологию вместо электролитической? Мне трудно найти такие большие танталовые конденсаторы, а те, которые я нахожу, имеют характеристики, похожие на электролитические.

capacitor energy electrolytic-capacitor

— ahalekelly
источник

Очень редко перечислять «плотность энергии» для конденсатора, вам придется самостоятельно производить расчеты для каждого конденсатора. Я сомневаюсь, что вы найдете крышку с более высокой энергией / объемом, чем суперкап. Хотя суперкапы могут выдерживать только очень низкие напряжения.

— Bimpelrekkie

Попробуйте запустить числа с помощью (скажем) Digikey. Я бы ожидал около 10-50 В для конденсаторов, но это только предположение. Объемная плотность энергии может отличаться от массовой плотности энергии. Обычно он не указан, поэтому вы можете загрузить таблицу с различными конденсаторами и рассчитать ее самостоятельно, а затем отсортировать. Не должно занять много времени. Я сомневаюсь, что любые конденсаторы приближаются к плотности аккумуляторной батареи.

— Спехро Пефхани

Проблема в том, что такие сайты, как Digikey, Mouser и Parts.io, не указывают вес в качестве одного из своих стандартных элементов, поэтому вам нужно искать в таблице данных для каждого. Я могу сделать это и поместить в электронную таблицу, это займет вечность. И я знаю, что ни один электролитический конденсатор не может сравниться с плотностью энергии перезаряжаемой батареи или суперкапы, но никакая 80 г перезаряжаемая батарея или суперкап не выдает нужную мне пиковую мощность ~ 50 кВт.

— ahalekelly

Интересный вопрос, я видел его в нескольких таблицах конденсаторов, прежде чем измерять в Дж / г. Я думаю, что для воздушных систем это может быть полезно ... Мое предположение было бы средним напряжением, как упомянул @SpehroPefhany. Я бы посмотрел на Электролитический Полимер прежде всего, он имеет высокую плотность и очень низкое СОЭ.

— MadHatter

Пиковая мощность 80 г и 50 кВт означает, что вы будете иметь длительность импульса в микросекундах только с конденсатором. Как говорит @MadHatter, проверьте проводящий полимер, но я не вижу массы, приведенные даже в таблицах. В дизайне нет ничего необычного в том, чтобы придумать такую заслугу, которую никто другой не считает важной.

— Спехро Пефхани

Ответы:

Спасибо всем за помощь, в итоге я вручную сделал электронную таблицу с конденсаторами от 7,5 до 82 г и диаметром от 16 до 40 мм. В основном, чем выше напряжение, тем лучше в семействе конденсаторов. Некоторые семейства конденсаторов достигают 550 В, но наиболее плотные семейства достигают 450 В. Следующим по значимости фактором является стиль подключения, в котором защелкивающиеся конденсаторы намного легче для заданной емкости, чем винтовые клеммы или конденсаторы с радиальными выводами. Также кажется, что конденсаторы меньшего диаметра имели более высокую плотность энергии, но длина имела довольно небольшой эффект. В принципе, производитель не имеет значения, поскольку все конденсаторы высокого уровня имеют одинаковую емкость для данного размера корпуса и напряжения.

Из-за этого я выбрал наименьший диаметр и самый длинный из доступных конденсаторов с защелками, диаметром 22 мм, длиной 50 мм, 400 В 330 мкФ United Chemi-Con ESMQ401VSN331MP50S , и планирую разместить 3 из них параллельно. Они не перечисляют массу своих конденсаторов, но исходя из массы TDK для того же размера, она составляет 2,66 Дж / г. Самая высокая плотность энергии, которую я мог найти, составляла 2,99 Дж / г, но этот и некоторые другие конденсаторы с самой высокой плотностью энергии нигде не хранили.

— ahalekelly
источник

Хорошая работа на графиках. Не забывайте о сопротивлении и индуктивности катушки. Колпачки с более низким напряжением могут нормально работать с катушкой 0,01 Ом с плоской или квадратной проволокой (поскольку ток будет выше при низком сопротивлении), но если катушка измеряется на 2 Ом, то это будет ограничивать ток в зависимости от доступных напряжение. Индуктивность также может быть фактором, поскольку то, что вы на самом деле делаете, - это подключаете конденсатор последовательно с изменяющимся во времени индуктором, который в значительной степени является цепью резонансного резервуара типа «LC» в тот момент, когда он находится под напряжением. Ток будет быстро расти, а затем колебаться.

— rdtsc

На первый взгляд в вашем вопросе есть намеки на быструю разрядку.

Два типа конденсаторов, которые оценены лучше всего для этого применения накопления энергии и быстрого разряда, являются конденсаторами лампы вспышки и конденсаторами электрического ограждения забора. Оба должны быть близки к лучшим, которые вы найдете по разумным ценам. Если вы хотите лучше, то что-то для авиационного класса, чтобы поддерживать низкий вес, может быть лучше, но будет стоить намного дороже.

РЕДАКТИРОВАТЬ:
чтобы покрыть ваш вопрос напряжения немного больше, чем выше, тем лучше до точки. Обычно это определяется вашими коммутационными компонентами или устройством, которое вы планируете включить. 350 В пост. Тока является популярным пределом для потребительских коммутационных полупроводников, так как он соответствует пиковым линейным напряжениям для устройств, используемых при 230 В переменного тока.

Ваш выбор производителя важен только в том случае, если вы хотите много, в противном случае вам лучше будет искать на сайтах розничной торговли или дистрибьюторов.

Без дополнительных подсказок о выбранном вами проекте может показаться, что алюминиевые электролитики - это путь. У тантала здесь очень мало дополнительных преимуществ.

— KalleMP
источник

Это хороший ответ. Я бы предостерег от танталов. Они, как известно, плохо работают как с быстрыми скачками напряжения, так и с высокими токами разряда. Они могут взорваться в белой вспышке :)

— битмак

Очень важная спецификация для вашего конденсатора - как долго вы хотите, чтобы он работал.

Вообще говоря, производители получают надежные долговечные компоненты, увеличивая вес и снижая производительность. Например, если вы поставляете продукцию на рынок автомобильных двигателей, вы действительно не хотите отказов, вы не хотите отвечать за то, чтобы расстроить миллионы состоятельных потребителей.

Если вы хотите максимизировать производительность, тогда требуется ограниченный срок службы и неискушенный конечный пользователь, не жалующийся. Вы получаете очень хорошую плотность энергии для колпачков для хранения энергии электролитической вспышки, используемых в одноразовых камерах. Они рассчитаны на разрядку в 1 $\Omega$ Фонарик нагрузки. Трудно найти спецификации на всю жизнь для них, я видел таблицу данных для чего-то вроде них, требующих 5000 выстрелов, но я не уверен, было ли это для одноразового продукта или более качественного конечного использования вспышки. Ведь самую одноразовую камеру сработает уже 36 раз.

Я только что взвесил 80 г крышек, которые я спас от одноразовых камер, включая 11 от 120 мкФ 330 В (номинальных) 350 В (импульсных) крышек. На 330v, это даст вам в общей сложности 72J. Зарядитесь перенапряжением для еще меньшего срока службы, и вы просто потратите 1 Дж / г удельной энергии. Это удаленно на вашей площадке?

Учитывая номинальную нагрузку на конденсатор, и у вас будет 11, мощность разряда 50 кВт находится в пределах их возможностей.

— Neil_UK
источник

@adrian сколько энергии тебе нужно?

— Neil_UK

Я не думал о продолжительности жизни как о факторе, и мои требования довольно низкие. Я бы хорошо с заменой конденсатора каждые 100 разрядов. Поскольку это такой низкий срок службы, зарядка до слегка более высокого напряжения, чем рассчитано, является хорошей идеей.

— ахалекели

Что касается накопления энергии, то на самом деле, чем больше энергии и мощности может выдавать конденсатор, тем эффективнее это будет. Я думаю, что минимальная энергия для этого будет где-то в таком порядке, но это очень сильно зависит от эффективности моих электромагнитов.

— ahalekelly