Seberapa praktis penguat mobil menggunakan supercapacitors?

Saat ini penguat mobil (unit portabel yang diisi daya dari stopkontak dan kemudian dihubungkan ke sistem kelistrikan mobil untuk menyalakan mobil ketika baterai mobil mati) biasanya menggunakan baterai - asam timbal, Li-Ion atau LiFePO4. Selama beberapa tahun baterai dalam booster akan aus.

Apakah praktis untuk menggunakan bank superkapasitor yang lebih tahan lama daripada baterai dalam booster?

Saya memulai jawaban ini dengan mengharapkan jawaban sebagai "bukan kesempatan" tetapi melihat sekilas spesifikasi dan harga menunjukkan Anda bisa melakukan sesuatu yang menarik dan mungkin berguna sampai batas tertentu tetapi itu benar-benar tidak praktis dan tentu saja hemat biaya sejauh ini dan tidak mungkin untuk menjadi efektif biaya untuk beberapa siklus hukum Moore.

Asumsikan mulai membutuhkan 500 A pada 12v selama 1 detik.
Itu jauh terlalu tinggi dalam banyak kasus - tetapi arus yang lebih rendah lebih lama hingga lebih lama adalah umum, terutama pada pagi yang sangat dingin.
Sesuaikan asumsi agar sesuai.

Energi dalam kapasitor untuk 1 Farad pada 12 Volt = Katakan 70 Watt detik per Farad.
=0,5⋅1⋅$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$

Mobil start = detik seperti di atas = 6000 Watt detik.$12V \cdot 500A \cdot 1$

Jadi kapasitansi diperlukan untuk memasok energi ini di 12V = .
$\frac{6000}{70} =~ 100 F$

Kebanyakan supercaps diberi nilai 2.5V hingga 3.3V karena alasan teknis.

Anda dapat menambahkan modul seperti unit 42V 100F ini yang berukuran 550 x 270 x 110 mm dan berat 13 kg. Catatan itu menyimpan 88200 Joule demikian juga 88200/6000 ~ = 15 kali lebih besar dalam kapasitas daripada solusi awal tunggal di atas.

Untuk membangun topi 12V dari 3v3 topi membutuhkan 4 seri dan dari 2V5 = 5 seri. Menempatkan kapasitor secara seri mengurangi kapasitansi dalam proporsi terbalik dengan kuantitas sehingga kita akan membutuhkan 400F dengan kapasitor 3v3 dan 500F dengan kapasitor 2V5.

Murphy yang sedang aktif sebaiknya menggunakan katakanlah 1000F x 12v = 5 x 200F pada 2V5.

Pada tahap ini menjadi menarik karena kami menemukan bahwa mis. Digikey AKAN menjual superkap dalam kisaran ini.

Biaya sekitar 10 sen per Farad sehingga 200F ~~ = $ 20 dan 4 biaya $ 80. Katakan $ 1000.

Melihat spesifikasi menunjukkan kita belum sampai.
TIDAK ada arus maksimum yang ditentukan tetapi resistansi internal sekitar 10 miliohm. Itu mungkin 200+ Amps pada hubung singkat. Dimuat untuk transfer daya maksimum pada Rload = Rinternal = 10 miliohm katakanlah, itu 100 + A.
Itu tidak cukup kasar untuk memulai mobil, dan kami belum melihat tegangan turun untuk mengekstraksi energi dll.

Perhatikan bahwa pada topi telah menghabiskan 75% energinya. Jika tutup dua kali lipat dari kandungan energi yang dibutuhkan maka pengeringan hingga 70% akan memberikan setengah energi internal dengan setengah lainnya disimpan untuk waktu berikutnya "$\frac{V}{2}$

Cukup jelas, 'baterai' yang bagus untuk sekali start biasanya tidak berguna. Dibutuhkan topi yang jauh lebih besar dengan biaya lebih besar. Itupun tidak mungkin untuk mendekati kapasitas energi baterai.

Jadi - belum praktis - tetapi perlahan menuju ke sana. Mungkin 10 tahun (sekitar 7 siklus hukum Moore)

470 - 3300 Farad x 2,5 V sel.

Kebocoran:

Kebocoran di atas adalah 0,5C mA - jadi untuk tutup 200 F itu adalah 100 mA kebocoran. Farad akan memasok itu selama 10 detik dan menjatuhkan volt.

Jadi batas 200F akan memakan waktu detik untuk menjatuhkan volt. Perlu bekerja! Beberapa akan jauh lebih baik dari ini.$2 \cdot 200F = 400$

Baterai memiliki kurva tegangan yang relatif datar atas pengisian daya, hingga titik tertentu. Kapasitor memiliki kurva linear tegangan lebih dari muatan.

Dengan baterai, Anda dapat mengatur paket baterai booster dengan cara yang sesuai dengan kebutuhan Anda dalam berbagai persentase biaya.

Dengan kapasitor, ini bukan pilihan, karena tegangan akan berubah dengan cepat seiring penggunaan. Untuk menggunakannya sama sekali, Anda akan memerlukan beberapa elektronik daya untuk memasok tegangan yang benar.

Juga, saat ini energi spesifik (energi yang disimpan per berat) supercaps masih lebih rendah daripada yang disediakan baterai. Ini mungkin berubah dalam beberapa tahun.

Jadi, saat ini, supercaps menyediakan lebih sedikit energi, dan membutuhkan elektronika daya tambahan, menjadikan penggunaannya sebagai sumber daya tidak efisien.

Diskusi yang sangat menarik; Saya menghargai perhitungan yang menyeluruh dan terperinci. Meskipun teknologi saat ini tampaknya menunjukkan bahwa ini bukan aplikasi yang praktis, saya menemukan seorang penjinak yang tampaknya telah sukses: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w Berikut adalah produk komersial yang dirancang untuk instalasi pada roda 18 untuk memastikan daya start; dalam desain ini salah satu dari empat baterai truk ditukar dengan modul start mesin ultracapacitor, tetapi pada kabel itu sendiri: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/products/engine-start-module

Mungkin dengan pertimbangan desain yang cermat, susunan ultracapacitor ini dapat berguna dalam beberapa situasi.

Sebagai bagian dari pekerjaan saya, saya memiliki beberapa alat yang membandingkan kapasitor bank untuk tegangan mulai, tegangan akhir, daya muat, dan waktu. Memperhatikan nilai ESR dan EOL. Bank data saya tidak memiliki semua ultracap, tentu saja, tetapi ada beberapa tersangka yang paling mungkin.

Jadi mari kita asumsikan baterai yang biasanya Anda gunakan akan mulai dari 13.2V dibongkar, dan turun ke 7V saat dimuat ke 500A. Kita dapat menghitung daya dari tegangan low-end, karena itu cukup jelas untuk menyalakan mobil. Untuk menarik 3500W selama satu detik dari ultracap dan masih berada dalam rentang voltase itu, kombinasi terbaik yang saya lihat adalah dua di antaranya secara paralel. Jadi Anda berbicara tentang ultracaps> $ 3k untuk mengganti baterai ~ $ 100. Anda mungkin bisa lolos dengan satu modul ultracap, bukan dua, terutama jika Anda tidak menggunakan nilai akhir masa pakai, tetapi biaya overhead Anda jauh lebih sedikit, dan kerugian ESR Anda akan naik jauh. Bahkan saat itu, dan bahkan dengan penetapan harga kuantitas langsung-dari-pabrikan, Anda masih berbicara tentang $ 1500.

Jadi itu bisa dilakukan, dan tidak sepenuhnya gila. Apakah itu hemat biaya atau tidak, sebagian besar tergantung pada berapa banyak biaya baterai Anda, dan seberapa sering Anda perlu menggantinya di masa pakai cap bank Anda.

Mengenai bagaimana Anda akan mengisi daya ultracap itu sendiri, saya rasa itu bukan masalah. Tegangan terminal pada kapasitansi pada beban 3500W setelah satu detik adalah sekitar 10.2V, jadi kita berbicara tentang muatan 11,5 kJ yang hilang di penutup. (Jadi kami mengirimkan 3,5 kJ ke beban, dan 8 kJ hilang di ESR!) Itu dapat diisi daya dari stopkontak hanya dalam beberapa detik. Jika Anda menginginkan kesempatan kedua, dan memiliki stop kontak di mana pun di dekat Anda, Anda akan baik-baik saja. Dan Anda tidak berada di dekat batas tegangan kapasitor, yang berarti pengisi daya Anda tidak harus sangat pintar, seperti pengisi daya Li harus.

Sunting: Saya menemukan pertanyaan ini lagi dan memutar ulang angka berdasarkan alat yang lebih baru, harga, dan bagian yang tersedia. Solusi yang paling hemat biaya sekarang tampaknya lima di antaranya secara paralel, dengan biaya sekitar $ 600. Dan itu masih mengasumsikan nilai EOL pada tutupnya. Untuk nominal, Anda hanya perlu tiga secara paralel. Peningkatan besar selama dua tahun terakhir! Itu mungkin benar-benar membayar untuk dirinya sendiri!