Насколько практичным будет автомобильный усилитель с использованием суперконденсаторов?

В настоящее время автомобильные усилители (переносное устройство, заряжаемое от розетки и затем подключаемое к автомобильной электрической системе для запуска автомобиля, когда автомобильный аккумулятор разряжен), обычно используют батареи - свинцово-кислотные, Li-Ion или LiFePO4. Через несколько лет батарея в усилителе будет изнашиваться.

Будет ли целесообразно использовать батарею суперконденсаторов, которые являются более долговечными, вместо батареи в усилителе?

Я начал этот ответ, ожидая, что ответ будет «не случайным», но быстрый взгляд на спецификации и цены позволяет предположить, что вы могли бы сделать что-то интересное и, возможно, полезное до некоторой степени, но это действительно непрактично и, безусловно, экономически эффективно и маловероятно быть рентабельным в течение нескольких циклов закона Мура еще.

Предположим, для запуска требуется 500 А при 12 В в течение 1 секунды.
Это слишком много во многих случаях, но более частыми являются более низкие и продолжительные течения, особенно в очень холодное утро.
Отрегулируйте предположения, чтобы удовлетворить.

Энергия в конденсаторе
$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$

$12V \cdot 500A \cdot 1$

$\frac{6000}{70} =~ 100 F$

Большинство суперкапсек имеют номинальное напряжение от 2,5 до 3,3 В по техническим причинам.

Вы можете использовать модули 42V 100F, которые имеют размеры 550 x 270 x 110 мм и весят 13 кг. Заметьте, что в нем хранится 88200 Джоулей, поэтому его емкость в 88200/6000 раз в 15 раз больше, чем в описанном выше единственном решении.

Для создания 12-вольтового колпачка из 3-в-3-х колпачков требуется 4 последовательно и от 2 до 5 = 5 последовательно. Последовательное размещение конденсаторов уменьшает емкость обратно пропорционально количеству, поэтому нам понадобится 400F с конденсаторами 3 на 3 и 500F с конденсаторами 2 на 5.

Мерфи, будучи активным, было бы разумно использовать, скажем, 1000F x 12v = 5 x 200F при 2V5.

На этом этапе это становится интересным, поскольку мы находим, что, например, Digikey БУДЕТ продавать вам суперкапы в этом диапазоне.

Стоимость очень примерно 10 центов за Фарад, поэтому 200F ~ ~ = 20 долларов за 4 стоят 80 долларов. Скажи 1000 долларов.

Посмотрите на спецификации показывает, что мы еще не там.
Не указан максимальный ток разряда, но внутреннее сопротивление около 10 мОм. Возможно, это более 200 А при коротком замыкании. Загружен для максимальной передачи мощности при Rload = Rinternal = 10 миллиом, скажем, это 100 + A.
Этого недостаточно для запуска автомобиля, и мы еще не рассматривали падение напряжения для извлечения энергии и т. Д.

$\frac{V}{2}$

Совершенно ясно, что «батарея», которая хороша для одного запуска, обычно не полезна. Намного большие заглавные буквы в большей зарядке необходимы. И даже тогда не удастся приблизиться к энергетической емкости батареи.

Так что - пока не практично - но медленно туда. Может быть, 10 лет (около 7 циклов закона Мура)

470 - 3300 фарад х 2,5 в.

Утечка:

Утечка вышеупомянутого составляет 0,5C мА - таким образом, для крышки 200 F это утечка 100 мА. Фарад обеспечит это на 10 секунд и сбросит вольт.

$2 \cdot 200F = 400$

Аккумуляторы имеют относительно плоскую кривую напряжения над зарядом, вплоть до точки. Конденсаторы имеют линейную кривую напряжения над зарядом.

С батареями вы можете просто настроить аккумуляторную батарею таким образом, чтобы напряжение соответствовало вашим потребностям в широком диапазоне процентов заряда.

С конденсаторами это не вариант, потому что напряжение будет быстро меняться при использовании. Чтобы использовать его вообще, вам понадобится силовая электроника для подачи правильного напряжения.

Кроме того, в настоящее время удельная энергия (накопленная энергия на вес) суперкапс все еще ниже, чем обеспечивают батареи. Это может измениться в течение нескольких лет.

Итак, прямо сейчас суперкапы обеспечивают меньше энергии и требуют дополнительной силовой электроники, что делает их использование в качестве источника питания неэффективным.

Очень интересная дискуссия; Я ценю тщательные и подробные расчеты. Несмотря на то, что текущая технология, кажется, указывает на то, что это не практическое применение, я нашел тинкера, который, похоже, добился успеха: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w Вот коммерческий продукт, предназначенный для установки на 18-колесных автомобилях для обеспечения стартовой мощности; в этом исполнении одна из четырех аккумуляторных батарей заменяется модулем запуска двигателя ультраконденсатора, но на собственной проводке: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/products/engine-start-module

Может быть, с осторожными соображениями дизайна эти массивы ультраконденсаторов могут быть полезны в некоторых ситуациях.

В рамках моей работы у меня есть несколько инструментов, которые сравнивают батареи конденсаторов по заданному начальному напряжению, конечному напряжению, мощности нагрузки и времени. Также учитывает значения ESR и EOL. Конечно, в моем банке данных не все ультракапы существуют, но есть ряд наиболее вероятных подозреваемых.

Итак, давайте предположим, что батарея, которую вы обычно используете, будет начинаться с 13,2 В без нагрузки и падать до 7 В при нагрузке до 500 А. Мы можем рассчитать нашу мощность по напряжению низкого напряжения, поскольку этого достаточно для запуска автомобиля. Чтобы вытащить 3500 Вт на одну секунду из ультракапа и остаться в этом диапазоне напряжений, лучшая комбинация, которую я вижу, - это две из них параллельно. Таким образом, вы говорите о> 3 тыс. Долл. Ультракапов для замены батареи стоимостью ~ 100 долл. Вы могли бы обойтись без одного модуля ultracap вместо двух, особенно если вы не используете значения с истекшим сроком службы, но у вас будет намного меньше накладных расходов, и ваши потери ESR значительно возрастут. Даже тогда, и даже при количественном ценообразовании напрямую от производителя вы все еще говорите о 1500 долларах.

Так что это выполнимо и не совсем безумно. Будет ли он экономически эффективным или нет, во многом зависит от того, сколько стоит ваша батарея, и от того, как часто вам нужно ее заменять в течение срока службы вашего банка.

Что касается того, как бы вы зарядили сам ультракап, то я не думаю, что это проблема. Напряжение на клемме на этой емкости при нагрузке 3500 Вт через одну секунду составляет около 10,2 В, поэтому мы говорим о потере заряда 11,5 кДж в колпачках. (Таким образом, мы подаем 3,5 кДж на нагрузку и 8 кДж теряем в ESR!) Это можно зарядить от сетевой розетки всего за несколько секунд. Если вы хотите сделать второй выстрел, и рядом есть розетка, у вас все будет хорошо. И вы не приближаетесь к пределу напряжения на конденсаторах, что означает, что ваше зарядное устройство не должно быть особенно умным, как зарядное устройство Li.

Изменить: я снова наткнулся на этот вопрос и переформулировать цифры на основе новых инструментов, цены и доступных частей. В настоящее время наиболее экономически эффективным решением является пять из них параллельно, стоимость которых составляет примерно 600 долларов США. И это все еще предполагает, что значения EOL указаны в шапках. Для номинального вам нужно только три параллельно. Огромное улучшение за последние два года! Это могло бы фактически заплатить за себя!