Kapasitor elektrolit densitas energi tertinggi

Saya sedang membangun sebuah proyek yang melibatkan pemakaian kapasitor yang cukup besar melalui sepasang kumparan elektromagnetik. Secara elektrik sangat mirip dengan coilgun, meskipun untuk aplikasi yang berbeda. Saya tidak dapat menggunakan super kapasitor karena kepadatan daya mereka tidak cukup tinggi, jadi saya perlu menemukan kapasitor elektrolitik dengan kepadatan energi tertinggi, karena saya terbatas pada sekitar 80g untuk kapasitor.

Pada kira-kira tegangan maksimum apa yang dimiliki kapasitor elektrolit aluminium standar memiliki kerapatan energi tertinggi? Saya dapat merancang kumparan dan flyback transformer saya di sekitar tegangan kapasitor jika ada keuntungan untuk tegangan yang lebih tinggi, tetapi jika mereka semua kira-kira sama, saya pikir elektronik akan lebih mudah dengan tutup 35V daripada 200V.
Apakah ada situs atau pabrikan yang memiliki daftar kapasitor dengan kepadatan energi untuk masing-masing? Sepertinya fitur Parts.io atau situs serupa akan tetapi saya tidak dapat menemukannya di mana pun. Cara saya melakukannya sekarang, saya harus menemukan ukuran paket untuk setiap penutup dalam lembar data, dan kemudian menemukan bobot ukuran paket itu dan menghitung kepadatan energi, yang semakin membosankan.
Haruskah saya mencari teknologi kapasitor lain, bukan elektrolit? Saya mengalami kesulitan menemukan kapasitor tantalum sebesar ini, dan yang saya temukan memiliki spesifikasi yang mirip dengan elektrolitik.

capacitor energy electrolytic-capacitor

— ahalekelly
sumber

Sangat tidak lazim untuk menuliskan "kepadatan energi" untuk sebuah kapasitor, Anda harus membuat perhitungan sendiri untuk setiap kapasitor. Saya ragu apakah Anda akan menemukan topi dengan energi / volume yang lebih tinggi daripada supercap. Meskipun superkaps hanya dapat menangani voltase sangat rendah.

— Bimpelrekkie

Coba jalankan angka menggunakan (katakanlah) Digikey. Saya harapkan sekitar 10-50V untuk kapasitor, tapi itu hanya dugaan. Kepadatan energi volumetrik mungkin berbeda dari kepadatan energi massa. Ini biasanya tidak ditentukan, jadi Anda dapat mengunduh spreadsheet dari berbagai kapasitor dan menghitungnya sendiri lalu mengurutkannya. Seharusnya tidak butuh waktu lama. Saya ragu kapasitor mendekati kepadatan baterai yang dapat diisi ulang.

— Spehro Pefhany

Masalahnya adalah bahwa situs-situs seperti Digikey, Mouser, dan Parts.io tidak mencantumkan bobot sebagai salah satu item standar mereka, jadi Anda harus mencari melalui lembar data untuk setiap item. Saya bisa melakukan itu dan memasukkannya ke dalam spreadsheet, hanya butuh selamanya. Dan saya tahu bahwa tidak ada kapasitor elektrolitik yang dapat menandingi kepadatan energi baterai atau supercap yang dapat diisi ulang, tetapi tidak ada baterai atau supercap 80g yang dapat diisi ulang akan menghasilkan daya puncak ~ 50KW yang saya butuhkan.

— ahalekelly

Pertanyaan yang menarik, saya telah melihatnya satu beberapa lembar data kapasitor sebelum diukur dalam J / g. Saya kira untuk sistem udara bisa berguna ... Dugaan saya akan tegangan menengah seperti yang disebutkan @SpehroPefhany. Saya akan melihat Elektrolit Polimer sebelum hal lain, ia memiliki kepadatan tinggi, saya percaya dan ESR sangat rendah.

— MadHatter

Daya puncak 80g dan 50kW berarti Anda hanya memiliki durasi pulsa mikrodetik dengan kapasitor. Seperti yang dikatakan @MadHatter, lihat polimer konduktif tapi saya tidak melihat massa diberikan bahkan dalam lembar data. Ini tidak biasa dalam desain untuk datang dengan sosok pantas yang tidak ada orang lain menganggap penting.

— Spehro Pefhany

Jawaban:

Terima kasih atas bantuan semua orang, saya akhirnya secara manual membuat spreadsheet , dengan kapasitor mulai dari 7,5 hingga 82g dan diameter 16mm hingga 40mm. Pada dasarnya semakin tinggi tegangan semakin baik, dalam keluarga kapasitor. Beberapa keluarga kapasitor naik hingga 550V, tetapi keluarga yang paling padat energi hanya mencapai 450V. Faktor terbesar berikutnya adalah gaya koneksi, di mana kapasitor snap-in jauh lebih ringan untuk kapasitas yang diberikan daripada terminal ulir atau kapasitor bertimbal radial. Tampaknya juga kapasitor berdiameter lebih kecil memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi, tetapi panjang memiliki efek yang cukup kecil. Pabrikan pada dasarnya tidak masalah karena kapasitor high-end mereka semua memiliki kapasitansi yang sama untuk ukuran case dan voltase yang diberikan.

Karena itu, saya akhirnya memilih diameter terkecil dan kapasitor snap-in terpanjang yang tersedia, diameter 22mm, panjang 50mm, 400V 330uF United Chemi-Con ESMQ401VSN331MP50S , dan saya berencana untuk menempatkan 3 dari mereka secara paralel. Mereka tidak mencantumkan massa kapasitor mereka, tetapi berdasarkan massa TDK untuk ukuran yang sama itu adalah 2,66 J / g. Kepadatan energi tertinggi yang bisa saya temukan adalah 2,99 J / g, tetapi itu dan beberapa kapasitor pada kepadatan energi tertinggi tidak ditebar di mana pun.

— ahalekelly
sumber

Kerja bagus di tangga lagu. Jangan lupakan resistensi dan induktansi koil Anda. Tutup tegangan rendah dapat bekerja dengan baik untuk lilitan kawat datar atau persegi 0,01 Ohm (karena arus akan lebih tinggi ke resistansi rendah) tetapi jika koil diukur pada 2 Ohm, maka itu akan membatasi arus berdasarkan pada yang tersedia tegangan. Induktansi juga dapat menjadi faktor, karena apa yang sebenarnya Anda lakukan adalah menghubungkan kapasitor secara seri dengan induktor varian waktu, yang sangat banyak sebagai rangkaian tangki resonansi "LC" pada saat diberi energi. Arus akan melonjak dengan cepat, lalu berosilasi.

— rdtsc

Sepintas ada petunjuk debit cepat dalam pertanyaan Anda.

Dua jenis kapasitor yang dinilai terbaik untuk aplikasi penyimpanan energi dan pelepasan cepat ini adalah kapasitor lampu kilat dan kapasitor energizer pagar listrik. Keduanya harus dekat dengan yang terbaik yang Anda akan temukan dengan harga pantas. Jika Anda ingin yang lebih baik maka sesuatu yang diperingkatkan untuk kelas penerbangan agar beratnya tetap rendah mungkin lebih baik tetapi akan jauh lebih mahal.

EDIT:
Untuk membahas pertanyaan voltase Anda sedikit lebih banyak, Semakin tinggi semakin baik suatu titik. Biasanya titik ditentukan oleh komponen switching Anda atau perangkat yang Anda rencanakan untuk daya. 350V DC adalah batas populer untuk semikonduktor switching konsumen karena sesuai dengan tegangan garis puncak untuk perangkat yang digunakan pada 230V AC.

Pilihan pabrikan Anda hanya relevan jika Anda menginginkan banyak, jika tidak, Anda lebih baik dilayani dengan mencari situs ritel atau distributor.

Tanpa beberapa petunjuk lagi tentang proyek pilihan Anda, tampaknya elektrolitik aluminium adalah jalan yang harus ditempuh. Tantalum memiliki sedikit sekali manfaat tambahan di sini.

— KalleMP
sumber

Ini jawaban yang bagus. Saya akan memperingatkan terhadap tantalums. Mereka terkenal buruk dengan lonjakan tegangan cepat dan / atau arus luahan tinggi. Mereka dapat meledak dalam flash putih :)

— bitsmack

Spesifikasi yang sangat penting untuk kapasitor Anda adalah berapa lama Anda menginginkannya.

Secara umum, pabrikan mendapatkan komponen tahan lama yang kuat dengan menambah bobot, dan dengan menurunkan kinerja. Jika Anda memasok ke pasar mesin otomatis misalnya, Anda benar-benar tidak ingin kegagalan, Anda tidak ingin bertanggung jawab atas jutaan konsumen yang makmur.

Jika Anda ingin memaksimalkan kinerja, maka umur yang terbatas, dan pengguna akhir yang tidak mengeluh tidak dibutuhkan. Anda mendapatkan kepadatan energi yang sangat baik untuk tutup penyimpanan energi flash elektrolitik yang digunakan dalam kamera sekali pakai. Mereka dinilai untuk dibuang ke 1 $\Omega$ beban flashlamp. Sulit untuk menemukan spesifikasi seumur hidup untuk ini, saya telah melihat lembar data untuk sesuatu seperti mereka mengklaim 5000 tembakan, tapi saya tidak yakin apakah itu untuk produk sekali pakai, atau penggunaan akhir flash-gun kualitas yang lebih tinggi. Lagi pula, kebanyakan kamera sekali pakai akan menyala 36 kali.

Saya baru saja menimbang 80 g topi yang saya selamatkan dari kamera sekali pakai, terdiri dari 11 dari 120 uF 330 v (dinilai) 350 v (lonjakan) topi. Pada 330v, itu akan memberi Anda total 72J. Isi daya ke voltase lonjakan untuk masa pakai yang lebih rendah, dan Anda hanya akan mengikis energi spesifik 1J / g. Apakah ini jarak jauh di stadion baseball Anda?

Mengingat nilai beban per kapasitor, dan Anda akan memiliki 11, daya debit 50kW nyaman dalam kemampuan mereka.

— Neil_UK
sumber

@adrian, berapa banyak energi yang kamu butuhkan?

— Neil_UK

Saya tidak memikirkan umur sebagai faktor, dan persyaratan saya cukup rendah. Saya akan baik-baik saja dengan mengganti kapasitor setiap 100 debit. Karena ini adalah masa hidup yang rendah, pengisian daya ke voltase yang sedikit lebih tinggi daripada yang diperingkatkan adalah ide yang bagus.

— ahalekelly

Sedangkan untuk penyimpanan energi, semakin banyak energi dan daya yang dapat dihasilkan kapasitor, semakin efektif ini. Saya pikir energi minimum agar ini berguna akan berada di suatu tempat dalam urutan besarnya, tetapi itu sangat tergantung pada efisiensi elektromagnet saya.

— ahalekelly