ผู้สนับสนุนรถที่ใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์นั้นมีประโยชน์อย่างไร?

ในปัจจุบันรถยนต์ boosters (หน่วยพกพาที่ชาร์จไฟจากเต้าเสียบแล้วเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้ารถยนต์เพื่อสตาร์ทรถยนต์เมื่อแบตเตอรี่รถยนต์ตาย) โดยทั่วไปจะใช้แบตเตอรี่ - lead-acid, Li-Ion หรือ LiFePO4 แบตเตอรี่ในบูสเตอร์จะเสื่อมสภาพเป็นเวลาหลายปี

มันจะใช้งานได้จริงหรือไม่ที่จะใช้ธนาคารของตัวเก็บประจุ supercapacitors ที่มีความทนทานมากกว่าแบตเตอรี่ในตัวเร่งความเร็ว?

ฉันเริ่มคำตอบนี้โดยคาดหวังว่าคำตอบจะเป็น "ไม่ใช่โอกาส" แต่เมื่อดูรายละเอียดและราคาอย่างรวดเร็วคุณสามารถทำสิ่งที่น่าสนใจและเป็นไปได้ที่มีประโยชน์บ้าง แต่มันไม่จริงและคุ้มค่าแน่นอน จะคุ้มค่าสำหรับกฎของมัวร์ไม่กี่รอบ

การเริ่มต้นสมมติต้องใช้ 500 A ที่ 12v เป็นเวลา 1 วินาที
สูงเกินไปในหลาย ๆ กรณี - แต่กระแสน้ำที่ต่ำลงไปอีกต่อไปเป็นเรื่องธรรมดาโดยเฉพาะในตอนเช้าที่หนาวจัด
ปรับสมมติฐานให้เหมาะสม

พลังงานในตัวเก็บประจุ สำหรับ 1 Farad ที่ 12 Volt = พูด 70 วัตต์วินาทีต่อ Farad
$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$

รถยนต์เริ่มต้น =วินาทีดังกล่าว = 6000 วัตต์วินาที$12V \cdot 500A \cdot 1$

ดังนั้นความจุที่จำเป็นในการจัดหาพลังงานนี้ที่ 12V =F
$\frac{6000}{70} =~ 100 F$

ซูเปอร์แคปส่วนใหญ่อยู่ในอันดับ 2.5V ถึง 3.3V ด้วยเหตุผลทางเทคนิค

คุณสามารถโมดูลต่างๆเช่นหน่วย 42V 100Fที่มีขนาด 550 x 270 x 110 มม. และมีน้ำหนัก 13 กิโลกรัม หมายเหตุมันเก็บไว้ที่ 88200 จูลดังนั้น 88200/6000 ~ = 15 เท่าของความจุขนาดใหญ่ซึ่งเป็นโซลูชันเริ่มต้นเดียวด้านบน

ในการสร้างหมวกขนาด 12V จาก 3v3 ต้องใช้ 4 ในซีรีย์และจาก 2V5 = 5 ในซีรีย์ การวางประจุในซีรีย์ช่วยลดความจุในสัดส่วนผกผันกับปริมาณดังนั้นเราจะต้องใช้ 400F กับตัวเก็บประจุ 3v3 และ 500F กับ 2V5

เมอร์ฟีมีความกระตือรือร้นก็ควรใช้ 1,000F x 12v = 5 x 200F ที่ 2V5

ในขั้นตอนนี้มันน่าสนใจมากเมื่อเราพบว่าเช่น Digikey จะขายซูเปอร์แคปในช่วงนี้

ค่าใช้จ่ายประมาณ 10 เซนต์ต่อ Farad ดังนั้น 200F ~~ = $ 20 และ 4 มีค่าใช้จ่าย $ 80 พูด 1,000 เหรียญ

ดูรายละเอียดที่แสดงให้เห็นว่าเรายังไม่ได้มี
ไม่มีกระแสสูงสุดที่ระบุ แต่ความต้านทานภายในประมาณ 10 มิลลิแอมป์นั่นอาจเป็น 200+ แอมป์ที่ไฟฟ้าลัดวงจร โหลดสำหรับการถ่ายโอนพลังงานสูงสุดที่ Rload = Rinternal = 10 milliohm นั่นคือ 100 + A
นั่นยังไม่ดีพอสำหรับการสตาร์ทรถและเรายังไม่ได้ดูแรงดันตกเพื่อแยกพลังงาน ฯลฯ

สังเกตได้ที่ $\frac{V}{2}$หมวกหมดพลังงานไปแล้ว 75%
หากฝาปิดเป็นสองเท่าของปริมาณพลังงานที่ต้องการแล้วการดูดไปถึง 70% จะส่งพลังงานภายในครึ่งหนึ่งและอีกครึ่งหนึ่งจะถูกเก็บไว้สำหรับครั้งต่อไป

ค่อนข้างชัดเจนว่า 'แบตเตอรี่' ที่ดีสำหรับการเริ่มต้นเพียงครั้งเดียวมักจะไม่มีประโยชน์ จำเป็นต้องใช้แคปขนาดใหญ่กว่าที่มีขนาดใหญ่กว่า และถึงอย่างนั้นมันก็เป็นไปไม่ได้ที่จะเข้าใกล้ความจุพลังงานของแบตเตอรี่

ดังนั้น - ยังใช้งานไม่ได้ - แต่ค่อย ๆ มุ่งหน้าไปที่นั่น อาจ 10 ปี (ประมาณ 7 รอบกฎของมัวร์)

470 - 3300 Farad x 2.5 V เซลล์

การรั่วไหล:

การรั่วไหลของด้านบนคือ 0.5C mA ดังนั้นสำหรับฝา 200 F ที่รั่ว 100 mA Farad จะจ่ายไฟให้ 10 วินาทีและลดโวลต์

ดังนั้นฝา 200F จะใช้ $2 \cdot 200F = 400$วินาทีเพื่อลดโวลต์ ต้องการทำงาน! บางคนจะดีกว่านี้มาก

แบตเตอรี่มีแรงดันไฟฟ้าโค้งค่อนข้างแบนมากกว่าประจุจนถึงจุดหนึ่ง ตัวเก็บประจุมีเส้นโค้งของแรงดันมากกว่าประจุ

ด้วยแบตเตอรี่คุณสามารถตั้งค่าชุดแบตเตอรี่บูสเตอร์ด้วยวิธีที่แรงดันไฟฟ้าเหมาะสมกับความต้องการของคุณในอัตราการชาร์จที่หลากหลาย

ด้วยตัวเก็บประจุนี่ไม่ใช่ตัวเลือกเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนอย่างรวดเร็วเมื่อใช้งาน ในการใช้งานคุณต้องมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง

นอกจากนี้ในปัจจุบันพลังงานเฉพาะ (พลังงานที่เก็บไว้ต่อน้ำหนัก) ของซูเปอร์แคปยังต่ำกว่าที่แบตเตอรี่ให้ สิ่งนี้อาจเปลี่ยนแปลงได้ภายในไม่กี่ปี

ดังนั้นในตอนนี้ supercaps ให้พลังงานน้อยลงและต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพิ่มเติมทำให้ใช้เป็นแหล่งพลังงานอย่างไม่มีประสิทธิภาพ

การสนทนาที่น่าสนใจมาก ฉันขอขอบคุณการคำนวณที่ละเอียดและละเอียด แม้ว่าเทคโนโลยีในปัจจุบันดูเหมือนจะบ่งบอกว่านี่ไม่ใช่แอปพลิเคชั่นที่ใช้งานได้ แต่ฉันพบคนจรจัดที่ดูเหมือนจะประสบความสำเร็จ: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w นี่คือผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ที่ออกแบบมาสำหรับการติดตั้ง บน 18 ล้อเพื่อให้แน่ใจว่ากำลังเริ่มต้น; ในการออกแบบนี้หนึ่งในสี่ของแบตเตอรี่รถบรรทุกถูกสับเปลี่ยนด้วยโมดูลสตาร์ทเครื่องยนต์ ultracapacitor แต่ใช้สายไฟเอง: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/products/engine-start-module

อาจมีการพิจารณาการออกแบบอย่างระมัดระวังอาร์เรย์ ultracapacitor เหล่านี้อาจมีประโยชน์ในบางสถานการณ์

เป็นส่วนหนึ่งของงานของฉันฉันมีเครื่องมือบางอย่างที่เปรียบเทียบธนาคารตัวเก็บประจุสำหรับแรงดันเริ่มต้นแรงดันไฟฟ้ากำลังไฟฟ้าโหลดและเวลาที่กำหนด คำนึงถึงค่า ESR และ EOL ด้วยเช่นกัน Databank ของฉันไม่มี ultracap ทุกตัวที่มีอยู่แน่นอน แต่มันมีผู้ต้องสงสัยจำนวนมาก

ดังนั้นสมมติว่าแบตเตอรี่ที่คุณใช้ตามปกติจะเริ่มต้นที่ 13.2V ไม่โหลดและลดลงถึง 7V เมื่อโหลดไปที่ 500A เราสามารถคำนวณกำลังของเราได้จากแรงดันไฟฟ้าต่ำเพราะมันชัดเจนเพียงพอที่จะสตาร์ทรถ ที่จะดึง 3500W สำหรับคนที่สองจาก ULTRACAP และยังคงอยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ชุดที่ดีที่สุดที่ผมเห็นจะเป็นสองเหล่านี้ในแบบคู่ขนาน ดังนั้นคุณกำลังพูดถึง> ultracaps $ 3k เพื่อเปลี่ยนแบตเตอรี่ ~ $ 100 คุณอาจหนีไปได้ด้วยโมดูล ultracap หนึ่งโมดูลแทนที่จะเป็นสองโมดูลโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าคุณไม่ใช้ค่าสิ้นอายุการใช้งาน แต่คุณมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่ามากและการสูญเสีย ESR ของคุณจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ถึงแม้ว่าจะมีการกำหนดราคาโดยตรงจากผู้ผลิตคุณยังคงพูดถึง $ 1,500

ดังนั้นจึงเป็นไปได้และไม่บ้าทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นต้นทุนที่มีประสิทธิภาพหรือไม่ขึ้นอยู่กับต้นทุนแบตเตอรี่ของคุณเป็นส่วนใหญ่และความถี่ที่คุณต้องเปลี่ยนในช่วงอายุการใช้งานของ cap cap ของคุณ

เกี่ยวกับวิธีที่คุณเรียกเก็บ ultracap เองฉันไม่คิดว่าเป็นปัญหา แรงดันเทอร์มินัลของความจุนั้นที่โหลด 3500W หลังจากหนึ่งวินาทีนั้นประมาณ 10.2V ดังนั้นเรากำลังพูดถึงประจุ 11.5 kJ ที่หายไปในหมวก (ดังนั้นเราจึงส่ง 3.5 kJ ไปยังโหลดและ 8 kJ หายไปใน ESR!) ที่สามารถชาร์จออกจากเต้ารับบนผนังได้ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที หากคุณต้องการช็อตที่สองและมีเต้ารับติดผนังไว้ใกล้ ๆ คุณควรจะดี และคุณไม่มีที่อยู่ใกล้กับขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุซึ่งหมายความว่าเครื่องชาร์จของคุณไม่จำเป็นต้องฉลาดโดยเฉพาะอย่างยิ่งเช่นเครื่องชาร์จ Li จะต้องเป็น

แก้ไข: ฉันเจอคำถามนี้อีกครั้งและทำการคำนวณหมายเลขใหม่โดยใช้เครื่องมือใหม่การกำหนดราคาและชิ้นส่วนที่มี ค่าใช้จ่ายโซลูชั่นที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในขณะนี้ดูเหมือนจะเป็นห้าเหล่านี้ในแบบคู่ขนานกับค่าใช้จ่ายของประมาณ $ 600 และยังคงสมมติว่าค่า EOL ในตัวพิมพ์ใหญ่ สำหรับเล็กน้อยคุณจะต้องสามขนาน การปรับปรุงมากมายในช่วงสองปีที่ผ่านมา! มันอาจจ่ายจริง ๆ !