Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zasilanie urządzenia z kondensatorów

TSNG 21 Maj 2013 16:50 4389 9
  • #1 21 Maj 2013 16:50
    TSNG
    Poziom 10  

    Witam,

    Jak w temacie, chciałbym się dowiedzieć jak można zrobić zasilanie kondensatorowe. Oczywiście chodzi o układ nie o zrobienie kondensatora, elektroniką interesuję się czysto hobbystycznie więc wiem mało i chcę to zmienić.

    Generalnie czytałem już "conieco" na ten temat mianowicie:

    -zwykłe (płytkowe? dwie płytki z dielektrykiem) nie nadają się ze względu na zbyt małą pojemność (chyba że jako bateria kondensatorów) i mają zbyt dużą prędkość rozładowania
    Tu się chciałbym poprawić ponieważ znalazłem informację o badaczach którzy tworzą bardzo pojemne kondensatory o wysokich pojemnościach przez stworzenie płytek o bardzo pofalowanej powierzchni z bardzo cienkiej powłoki aluminium i bardzo małej odległości między nimi.

    -kondensatory elektrolityczne nie nadają się ponieważ mają zbyt małą pojemność (ponownie, chyba że jako bateria kondensatorów) i nie lubią częstych rozładowań

    -kondensatory "duble layer"/"ultrakondensatory", Nadają się ponieważ są obecnie używane w ups-ach i ponoć (w rozwiniętych bardziej wersjach) jako zasilanie pojazdów elektrycznych a ich pojemność sięga tysięcy F (największy o jakim czytałem miał 2700F). Jest tylko jeden minus.. ich napięcie nie może przekraczać napięcia granicznego elektrolizy elektrolitu w nich użytego czyli... 2.7 V w przypadku kwasu siarkowego... co nie zmienia faktu że natężenie prądu które można z nich pobrać sięga czasem 100A :D - z tąd wniosek że kondensator może służyć jako bateria.
    Jeśli ktoś chce o nich poczytać to przesyłam pdf.

    moje pytanie brzmi:
    gdybym chciał zbudować na bazie kondensatorów baterię, załóżmy do telefonu (>1500mAh, 3,7V, 5 Wh), jak da się to rozwiązać elektronicznie?

    mój główny problem polega na tym czy traktując kondensator jako źródło mogę w jakiś sposób ograniczyć czas rozładowania, prąd rozładowywania i natężenie rozładowywania. Wiadomo chciałbym aby te parametry były jak najbardziej stabilne.

    EDIT: z powodu uzupełnienia wiedzy i poprawy posta.

    0 9
  • #2 21 Maj 2013 17:06
    398216
    Użytkownik usunął konto  
  • #3 21 Maj 2013 17:16
    TSNG
    Poziom 10  

    Tak, rozumiem że sam się nie naładuje, tak jak bateria (akumulatorowa), chodziło mi o potraktowanie akumulatora jako "wymiennego" źródła prądu ładowanego zewnętrznie w ramach oddzielnego układu.
    Tak samo zdaję sobie sprawę z tego że nie ma jeszcze tak dobrych kondensatorów, głównie interesuje mnie to co zawarłem w pytaniu tj. czy da się sterować parametrami prądu rozładowywanego kondensatora i czasem tego procesu (aż do wyładowania EDIT: bądź do czasu aż wartość np U spadnie poniżej zadanej wartości).

    0
  • #4 21 Maj 2013 17:45
    398216
    Użytkownik usunął konto  
  • #5 21 Maj 2013 18:44
    TSNG
    Poziom 10  

    Rozumiem. Czyli załóżmy że, trzymając się tego telefonu nawet, to natężenia prądu nie muszę stabilizować bo telefon w zależności od potrzeb zmienia pobór mocy (a jeśli U=const to zmienia się I) więc trzeba zrobić układ stabilizujący U.
    A co wtedy z czasem rozładowywania? jeśli ustabilizuję U układem do 3,7V na wyjściu to wydłużę czas rozładowywania? (w przedziale czasowym od T(Umax) do T1(3,7V) bo jak napięcie na kondensatorze spadnie poniżej to już nic oprócz ponownego naładowania go nie można chyba zrobić..)

    Wiem że ten czas nie będzie długi, prawdopodobnie zakładając pojemność kondensatora (lub baterii kondensatorów) rzędu 1F i pewnie ten układ sam wymagałby zasilania. Jak na razie rozpatruję to jako ciekawostkę pod kątem np. awaryjnego rozruchu telefonu na 5-10 min.

    0
  • #6 21 Maj 2013 19:41
    Carmixus
    Poziom 14  

    Na początek trochę obliczeń:
    Z myślą o pracy w telefonie, założyłeś pojemność takiej baterii = 5Wh = 18kJ energii.
    Energia kondensatora wyraża się wzorem: E = CU²/2, można stąd wyznaczyć C = 2E/U². Nawet dla dość sporych napięć, pojemności kondensatora wymagane do zgromadzenia takiej energii wychodzą ogromne. Mało opłacalne na obecną chwilę.


    Cytat:
    (...)więc trzeba zrobić układ stabilizujący U.

    Tak. I wziąć pod uwagę straty, które taki układ wprowadzi.

    Cytat:
    jeśli ustabilizuję U układem do 3,7V na wyjściu to wydłużę czas rozładowywania?

    To zależy. Stabilizatory liniowe w ogóle nie wchodzą w grę, bo żadnego zysku nie dadzą, w przypadku przetwornicy byłoby lepiej.

    Cytat:
    jak napięcie na kondensatorze spadnie poniżej to już nic oprócz ponownego naładowania go nie można chyba zrobić

    Nie do końca - są przetwornice zwiększające napięcie. Ale wszystko ma swoją sprawność i im więcej takich stopni po drodze, tym więcej strat energii w układzie.

    Cytat:
    Jak na razie rozpatruję to jako ciekawostkę pod kątem np. awaryjnego rozruchu telefonu na 5-10 min.

    To już bardziej realny do spełnienia cel - ale nie na kondensatorach. :P Raz, kondensatory mają swoją upływność i mogłoby się okazać, że w potrzebie akurat będą rozładowane. Dwa, tak czy siak potrzeba sporych pojemności. Znacznie lepszym wyjściem, moim zdaniem, byłaby przetwornica zasilana z baterii AA.

    0
  • #7 21 Maj 2013 21:48
    markoz7874
    Poziom 31  

    "ultrakondensatory" są ciekawym źródłem zasilania, ale niestety bardzo drogim.
    Niskie napięcie, wysoka cena kondensatorów, kłopoty z ładowaniem, kłopoty z utrzymaniem stabilnego napięcia wyjściowego układu sprawiają, że w przypadku telefonu dużo taniej wyjdzie zakup drugiej baterii.
    "ultrakondensatory" dobrze się za to sprawdzą w UPS. W przypadkach kiedy przerwy w zasilaniu są częste, idealnie nadają się jako podtrzymanie napięcia.
    Tradycyjne akumulatory są pojemne, ale po użyciu potrzebują długiego czasu na naładowanie.
    "ultrakondensatory" zdążą się ponownie naładować w bardzo krótkim czasie i po kilku minutach ponownie są gotowe do podtrzymywania zasilania.

    0
  • #8 21 Maj 2013 22:17
    TSNG
    Poziom 10  

    Cytat:
    Stabilizatory liniowe w ogóle nie wchodzą w grę, bo żadnego zysku nie dadzą, w przypadku przetwornicy byłoby lepiej.

    A to kolejne straty ale konieczne.

    Cytat:
    Energia kondensatora wyraża się wzorem: E = CU²/2, można stąd wyznaczyć C = 2E/U². Nawet dla dość sporych napięć, pojemności kondensatora wymagane do zgromadzenia takiej energii wychodzą ogromne. Mało opłacalne na obecną chwilę.

    Generalnie tak jak pisałem traktuje to jako ciekawostkę i wiem że zasilanie bateryjne byłoby lepsze na obecną chwilę ale czy to coś zmienia jeśli chodzi o proces twórczy? :P Co do plusów to kondensatory w przeciwieństwie do baterii ładują się kilka sekund a co do pojemności to wspominałem o kondensatorach rzędu 1F lub wyżej, duble layer lub płytkowe o złożonej geometrii powierzchni (ale tego raczej w sklepie nie dostanę).
    Gdyby taki kondensator ładować wychodząc i rozładowywać w "bezpiecznym miejscu" to nie byłoby problemu z upłynnością ładunku o której wspominałeś i tak zdaję sobię sprawę z tego że to strata energii (ale w sumie gdybym coś takiego zbudował to mi to nie przeszkadza, brak opłat za prąd to zdecydowanie plus akademika :D).

    EDIT:
    Przepraszam markoz7874, napisałeś posta kiedy ja pisałem swojego :)
    Cytat:
    "ultrakondensatory" są ciekawym źródłem zasilania, ale niestety bardzo drogim.
    Niskie napięcie, wysoka cena kondensatorów, kłopoty z ładowaniem, kłopoty z utrzymaniem stabilnego napięcia wyjściowego układu

    Jeśli chodzi o cenę to 1F wcale takie drogie nie są, na tej stronie można znaleźć ultrakondensator 1F za 7zł/szt+przesyłka
    http://www.mercateo.com.pl/ przepraszam z góry za linkowanie do sklepu, jeśli to niezgodne z regulaminem proszę usunąć.
    W sumie jakieś 15zł/szt. z przesyłką, dla leniwych pdf z specyfikacją.

    Możesz powiedzieć coś więcej o kłopotach z ładowaniem i stabilizacją? Z tego co czytałem to wartość Uw w tych kondensatorach oscyluje do pewnego momentu koło 2.5V z względu na naturę zjawisk w nim zachodzących (sam dokładnie tego nie rozumiem ale jest to pogranicze kondensatora i akumulatora z tym że duble layer twoży się przez przyciąganie jonów do katody i anody a nie faktycznej reakcji chemicznej).

    Cytat:
    "ultrakondensatory" dobrze się za to sprawdzą w UPS. W przypadkach kiedy przerwy w zasilaniu są częste, idealnie nadają się jako podtrzymanie napięcia.

    Z tąd wnioskuję że jest to możliwe i "zeskalowanie" takiego UPS-a do warunków pracy telefonu pozwoliłoby na realizację mojego, raczej niezbyt innowacyjnego, pomysłu.
    Cytat:
    "ultrakondensatory" zdążą się ponownie naładować w bardzo krótkim czasie i po kilku minutach ponownie są gotowe do podtrzymywania zasilania.

    To raczej ewidentny plus jeśli chodzi o zastosowanie które chcę mu nadać :D

    0
  • #9 24 Maj 2013 00:46
    TSNG
    Poziom 10  

    Odbyłem rozmowę z profesorem na mojej uczelni i doprowadził mnie do wniosku że mogę takie rozwiązanie zastosować ale nie jest to opłacalne co już mi tu mówiliście :) można to zrobić za pomocą przekształtnika ale układ byłby dużo większy niż telefon sam w sobie więc nie ma to sensu.
    Zwrócił mi jednak uwagę na możliwość zastosowania innego rozwiązania np baterii litowo żelazowych (LiFePO4) lub Li-poly, zawierają w sobie to czego potrzebowałem czyli możliwość szybkiego ładowania wysokimi prądami oraz to co próbowałem osiągnąć czyli stabilne napięcie i długi czas pracy.
    Ładowanie extremalnie dużymi prądami jest dla tych baterii oczywiście groźne ponieważ podczas takiego ładowania jony litu przemieszczają się masowo i dochodzi do przegrzewania, oraz do zjawiska spadku pojemności więc kwestią kluczową jest wybranie kompromisu między prędkością ładowania a osiągami baterii.

    W tej sytuacji problem uważam za rozwiązany i do zamknięcia.

    Pozdrawiam i dzięki za dyskusję,
    TSNG.

    Edit:
    PS. Ciekawe efekty daje połączenie superkondensatorów i tego typu baterii w jeden układ co zmienia charakterystykę Wh(W) rozładowywania takiego pakietu.
    Superkondensatory posiadają liniową charakterystykę natomiast charakterystyka baterii przypomina połowę paraboli -x^2 Połączone w pakiet tworzą charakterystykę pomiędzy tymi dwoma.
    Taki pakiet ma wiele zalet i zastosowań, pozwala np. w pojazdach elektrycznych na wydajne pochłanianie energii hamowania i jednocześnie stabilne zasilanie.

    0
  • #10 24 Maj 2013 01:09
    markoz7874
    Poziom 31  

    TSNG napisał:
    .. pochłanianie energii hamowania ..

    Do tego jak najbardziej kondensatory się nadają. Nie jestem pewien, czy przypadkiem nie używa się ich w F1?

    Co do wyboru akumulatorów, to LiFePO4 można szybko ładować i rozładowywać dużym prądem - warte zainteresowania.

    0