Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Fibaro Fibaro
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów

michal2666 14 Paź 2013 11:27 17796 26
  • Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów

    Gdy zaczęliśmy eksperymenty z superkondensatorami, nie do końca zdawaliśmy sobie sprawę z problemów, jakich przysporzy nam ich ładowanie. Wydawało się, że wystarczy tylko ograniczyć prąd i w porę wyłączyć proces, by nie przekroczyć dopuszczalnego napięcia baterii. Niestety z racji swojej ultraniskiej rezystancji wewnętrznej dla większości standardowych układów zasilających, takie kondensatory stanowią po prostu zwarcie. Szersze opracowanie wraz ze schematem znajdziecie Państwo na stronie: http://www.portalnaukowy.edu.pl w dziale warsztat elektroniki/elektroprojekty.

    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów

    Oczywiście najprostszym sposobem jest zastosowanie rezystora ograniczającego prąd, ale załóżmy, że potrzebujemy naładować baterię 6 szt. kondensatorów BCAP3000P do napięcia 12V prądem 20A tak, by naładować je w miarę szybko. Pomijając znikome rezystancje kondensatorów i przewodów, potrzebny będzie rezystor ograniczający o wartości 600 mΩ. Obliczając wydzieloną moc przy takich wartościach napięcia, prądu i rezystancji wynika, że na rezystorze odłoży się moc o wartości 240W.

    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów

    Jako „serce” ładowarki zastosowaliśmy układ scalony UC3845, jest to typowy driver PWM posiadający w swej strukturze zarówno wejście pomiaru prądu, jak również napięcia wyjściowego. Układ jest genialny w swej prostocie, ale posiada pewne „wady”, które trzeba było poprawić. Pierwszym problemem tego drivera (jak również wielu jemu podobnych) jest stosunkowo niska czułość wejścia pomiaru prądu. Działa ono jako limiter prądu wyjściowego, w chwili przekroczenia napięcia progowego (1V), jakie odkłada się na rezystorze pomiarowym.

    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów





    Tu był pierwszy problem do rozwiązania, bo zakładany prąd ładowania ma się regulować od 1A do 20A. Aby na rezystorze odłożyło się napięcie 1V przy 1A, wartość rezystora pomiarowego to 1 Ω (moc 1W), ale na tym samym rezystorze przy prądzie 20A odłoży się 20V i moc wyniesie 400W, co niesie za sobą€“ za duże straty. Z kolei rezystor dobrany dla 20A (0,05 Oma o mocy 20W) nie działałby przy mniejszych prądach.

    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów

    Dokonaliśmy więc pewnej modyfikacji tego obwodu zmniejszając zarówno moc jak i wartość rezystora pomiarowego. W naszym układzie zastosowaliśmy rezystor pomiarowy 5 mΩ, na którym maksymalna moc jaka może się wydzielić to zaledwie 2W. Oczywiście na tak małej rezystancji w zakresie interesujących nas prądów, będzie odkładało się odpowiednio niskie napięcie (od 5mV przy 1A do 100mV przy 20A), które należy wzmocnić. W tej roli dobrze sprawdza się wzmacniacz operacyjny z regulowaną pętlą sprzężenia zwrotnego wpływającą na jego całkowite wzmocnienie. Oczywiście przy tak niskich wielkościach pomiarowych ważną rolę zaczyna odgrywać poprawna kompensacja wzmacniacza.
    Standardowo układ UC3845 posiada we swej strukturze wyjście sterujące tranzystorem MOSFET, a sam układ dobrze sprawdza się w przetwornicach, ale w przypadku ładowarki konieczne jest „przerobienie” tego wyjścia.
    Przeróbka ta polega na dopasowaniu wartości napięcia wyjściowego z UC3845 tak, aby poprawnie sterowało innym driverem - IR2184 (half bridge driver) ten steruje dwoma tranzystorami wykonawczymi. W układzie na wyjściu trzeba było zastosować diody, aby zapobiec rozładowaniu baterii superkondensatorów przez „dolny” tranzystor w półmostku oraz przez pozostałą część układu po zakończeniu ładowania.
    Ładowarka pomimo niewielkich problemów okazała się dużym sukcesem i otworzyła drogę do realizacji ciekawych pomysłów z udziałem superkondensatorów. Oczywiście pierwszym projektem, który dokończymy będzie opisany już wcześniej w naszym Portalu ProtonShooter. Chcemy zrealizować w najbliższym czasie także przenośne urządzenie rozruchowe do odpalania zimą samochodów, którym po prostu akumulator odmówił posłuszeństwa. Takie urządzenie będzie można szybko naładować z gniazdka, wynieść do samochodu, podpiąć w miejsce akumulatora i odpalić silnik.


    Fajne!
  • Fibaro
  • #2 14 Paź 2013 11:54
    pawel-jwe
    Poziom 30  

    michal2666 napisał:
    podpiąć w miejsce akumulatora i odpalić silnik

    To by było raczej bez sensu bo nic by nie wnosiło w razie problemu.
    Trzeba by to podłączyć równolegle do akumulatora, no i ty pytanie czy tak można? czy bateria kondensatorów nie rozładuje się wtedy częściowo/całkowicie już na samym podłączeniu do akumulatora?

  • #3 14 Paź 2013 14:14
    lechoo
    Poziom 39  

    Witam, strasznie skomplikowałeś sobie prosty układ impulsowego źródła prądowego z ogranicznikiem napięcia. Ponadto w niewłaściwy sposób wykorzystujesz wejście czujnika prądu w UC3845.

  • #4 14 Paź 2013 14:47
    gRRubasek
    Poziom 14  

    Też wydaje mi się, że układ jest strasznie zagmatwany. Zastosowanie czujnika Hall-a do pomiaru prądu znacznie uprościło by sprawę.
    Zresztą na stronie Maxwell-a, którego kondensatory używasz, są noty aplikacyjne układów ładowania. Trochę wyważasz otwarte drzwi.

    No, ale jeśli układ działa i spełnia założenia to brawa za samodzielny projekt. Układ ładnie zrobiony.

  • Fibaro
  • #5 14 Paź 2013 15:58
    Naimad_86
    Poziom 16  

    pawel-jwe napisał:
    czy bateria kondensatorów nie rozładuje się wtedy częściowo/całkowicie już na samym podłączeniu do akumulatora?


    Już jakiś czas temu widziałem doświadczenia z takimi bateriami superkondensatorów, których wymiary (jako pakiet) były znacznie mniejsze (i lżejsze) od standardowego akumulatora a mimo to spokojnie dało się odpalić samochód parę razy z rzędu bez akumulatora. Rozładowywały się jak dobrze pamiętam dopiero po tygodniu stania do tego stopnia że należało je naładować.

  • Fibaro
  • #7 14 Paź 2013 18:32
    2291468
    Usunięty  
  • #8 14 Paź 2013 18:34
    Freddy
    Poziom 43  

    juzek555 napisał:
    Jakim maksymalnym prądem można ładować te kondensatory, tak aby zbyt szybko się nie wyeksploatowały . ? (z twojego doświadczenia)

    W tym jest
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=11743178#11743178
    ładowanie 5A

  • #9 14 Paź 2013 18:50
    michal2666
    Poziom 20  

    Freddy napisał:
    juzek555 napisał:
    Jakim maksymalnym prądem można ładować te kondensatory, tak aby zbyt szybko się nie wyeksploatowały . ? (z twojego doświadczenia)

    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=11743178#11743178

    ładowanie 5A


    Czy kolega pisząc swoje posty nie zauważył "delikatnej" różnicy pomiędzy tamtymi małymi kondensatorkami a moimi BCAP3000P ? W projekcie pojazdu elektrycznego w chwili odzysku energii z procesu hamowania dostają ponad 300A. Nie wiem w tej chwili o jakim prądzie ładowania mówią w nocie ale bezpieczny dla nich prąd rozładowania to ok 3kA o ile dobrze pamiętam. Podejrzewam, że prąd ładowania będzie porównywalny. 5A to lekka przesada przy tej pojemności 3000 F

  • #10 14 Paź 2013 19:03
    Freddy
    Poziom 43  

    michal2666 napisał:
    Freddy napisał:
    juzek555 napisał:
    Jakim maksymalnym prądem można ładować te kondensatory, tak aby zbyt szybko się nie wyeksploatowały . ? (z twojego doświadczenia)

    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=11743178#11743178

    ładowanie 5A


    Czy kolega pisząc swoje posty nie zauważył "delikatnej" różnicy pomiędzy tamtymi małymi kondensatorkami a moimi BCAP3000P ? W projekcie pojazdu elektrycznego w chwili odzysku energii z procesu hamowania dostają ponad 300A. Nie wiem w tej chwili o jakim prądzie ładowania mówią w nocie ale bezpieczny dla nich prąd rozładowania to ok 3kA o ile dobrze pamiętam. Podejrzewam, że prąd ładowania będzie porównywalny. 5A to lekka przesada przy tej pojemności 3000 F

    1. Kolego wskazałem przykładowy link w którym jest ładowanie 5A
    2. Dane techniczne BCAP3000P są DS http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/docs/datasheet_k2_series_1015370.pdf
    tam masz podane wszystkie prądy:
    - Maximum Continuous Current 130 ARMS
    - Maximum Peak Current,1 second (non repetitive) 2,200 A

  • #11 14 Paź 2013 19:15
    michal2666
    Poziom 20  

    Przepraszam, też trochę przesadziłem bo nie napisałem, że mowa o impulsach. W każdym bądź razie z doświadczenia mogę stwierdzić że cykle 300 Amperowe nie wpływają znacząco na zmniejszenie pojemności tych kondensatorów. Oczywiście nie jest to tez prąd całkowicie ciągły, ale chwilowy w zakresie do 30 sek.,, powtarzalny.

  • #12 14 Paź 2013 19:20
    Przemo1268
    Poziom 19  

    michal2666 napisał:
    W układzie na wyjściu trzeba było zastosować diody aby zapobiec rozładowaniu baterii superkondensatorów przez „dolny” tranzystor w półmostku oraz przez pozostałą część układu po zakończeniu ładowania.


    Dlaczego nie wykorzystasz wejścia SD układu IR2184? Po zatrzymaniu pracy przetwornicy zablokuj driver i po kłopocie. Dolny klucz powinien być wysterowany wtedy, kiedy powinna przewodzić równoległa dioda D5. W twoim obecnym rozwiązaniu albo sterujesz górnym kluczem, albo "przewodzisz diodą" :) Napracowałeś się z synchronicznym step-down żeby ograniczyć straty mocy na D5 i to co zyskałeś tracisz niepotrzebnie na szeregowej diodzie D3, D4, D8, D9.

  • #13 14 Paź 2013 19:35
    submariner
    Poziom 32  

    Ciekawy pomysł wykorzystania takich kondensatorów jako rozruchowych, właściwie one cały czas mogą być podłączone równolegle do akumulatora nawet jak będzie mocno rozładowany to i tak naładuje kondensatory tyle że niższym napięciem co minimalnie przeszkadza rozrusznikowi. Co do ładowania superkondensatorów to może warto skorzystać z rozwiązań lotniczych i zastosować ograniczenie prądowe na bazie transduktora. Takie "miniaturowe" wzmacniacze magnetyczne przy częstotliwościach rzędu kilku, kilkudziesięciu kHz ważą kilka kg i i stabilizują moce kilkudziesięciu do stukilkudziesięciu kW.
    http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:12312/FULLTEXT01.pdf
    tu jest opracowanie i przykłady na ten temat.

  • #14 15 Paź 2013 00:00
    Gronczyński

    Poziom 19  

    Przemo1268 napisał:
    michal2666 napisał:
    W układzie na wyjściu trzeba było zastosować diody aby zapobiec rozładowaniu baterii superkondensatorów przez „dolny” tranzystor w półmostku oraz przez pozostałą część układu po zakończeniu ładowania.


    Dlaczego nie wykorzystasz wejścia SD układu IR2184? Po zatrzymaniu pracy przetwornicy zablokuj driver i po kłopocie. Dolny klucz powinien być wysterowany wtedy, kiedy powinna przewodzić równoległa dioda D5. W twoim obecnym rozwiązaniu albo sterujesz górnym kluczem, albo "przewodzisz diodą" :) Napracowałeś się z synchronicznym step-down żeby ograniczyć straty mocy na D5 i to co zyskałeś tracisz niepotrzebnie na szeregowej diodzie D3, D4, D8, D9.


    Musisz dobrze się wczytać w notę IR2184 - bez tych szeregowych diod na wyjściu byłoby sporo dymu. Wynika to z cyklu pracy tego drivera. Przy małych wypełnieniach dolny tranzystor przez większość czasu przewodzi i bez oddzielenia go od superkondensatorów powodowałby ich rozładowywanie i to bez żadnych ograniczeń prądowych.
    Rzeczywiście ten dolny tranzystor niewiele wnosi do układu - choć w istocie podnosi sprawność.
    Gdyby jako sterowanie wykorzystać wejście SD to ten dolny tranzystor nie pracowałby wcale.
    Dodatkowo diody na wyjściu mają zapobiec rozładowywaniu baterii superkondensatorów przez układ ładowarki po wyłączeniu zasilania, a stało by się tak bo prąd popłynął by przez zintegrowaną diodę w "górnym" tranzystorze.
    Straty na tych diodach wynikają głównie z ich "podłych" parametrów - zastosowanie szybszej diody o większym prądzie rozwiązuje sprawę.

  • #15 15 Paź 2013 00:17
    Przemo1268
    Poziom 19  

    Gronczyński napisał:
    Przemo1268 napisał:
    michal2666 napisał:
    W układzie na wyjściu trzeba było zastosować diody aby zapobiec rozładowaniu baterii superkondensatorów przez „dolny” tranzystor w półmostku oraz przez pozostałą część układu po zakończeniu ładowania.


    Dlaczego nie wykorzystasz wejścia SD układu IR2184? Po zatrzymaniu pracy przetwornicy zablokuj driver i po kłopocie. Dolny klucz powinien być wysterowany wtedy, kiedy powinna przewodzić równoległa dioda D5. W twoim obecnym rozwiązaniu albo sterujesz górnym kluczem, albo "przewodzisz diodą" :) Napracowałeś się z synchronicznym step-down żeby ograniczyć straty mocy na D5 i to co zyskałeś tracisz niepotrzebnie na szeregowej diodzie D3, D4, D8, D9.


    Musisz dobrze się wczytać w notę IR2184 - bez tych szeregowych diod na wyjściu byłoby sporo dymu. Wynika to z cyklu pracy tego drivera. Przy małych wypełnieniach dolny tranzystor przez większość czasu przewodzi i bez oddzielenia go od superkondensatorów powodowałby ich rozładowywanie i to bez żadnych ograniczeń prądowych.
    Rzeczywiście ten dolny tranzystor niewiele wnosi do układu - choć w istocie podnosi sprawność.
    Gdyby jako sterowanie wykorzystać wejście SD to ten dolny tranzystor nie pracowałby wcale.
    Dodatkowo diody na wyjściu mają zapobiec rozładowywaniu baterii superkondensatorów przez układ ładowarki po wyłączeniu zasilania, a stało by się tak bo prąd popłynął by przez zintegrowaną diodę w "górnym" tranzystorze.
    Straty na tych diodach wynikają głównie z ich "podłych" parametrów - zastosowanie szybszej diody o większym prądzie rozwiązuje sprawę.


    Wiem jak działa IR2184. Chodzi mi o to, żeby dolny klucz pracował wtedy, kiedy powinna przewodzić "emulowana" dioda. Normalnie steruje się wejściem IN (SD w stanie wysokim). Po osiągnięciu przez kondensatory napięcia końcowego ładowania należy zablokować driver poprzez wymuszenie na wejściu SD stanu niskiego. Wówczas obydwa klucze są wyłączone. Na tej zasadzie działa układ, którego notę katalogową załączam. Diodę zabezpieczającą przed rozładowywaniem kondensatora przez elektronikę ładowarki można umieścić po stronie sterowania (nie w obwodzie silnoprądowym).

  • #16 15 Paź 2013 00:42
    Gronczyński

    Poziom 19  

    I tu się zgodzę - tylko że trzeba mocno zmienić cały układ aby wszystko działało jak trzeba - zupełnie inne sterowanie, a tu chodziło o układ prosty, tani i zbudowany z dostępnych części.
    Piętą Achillesową jest ogromny dławik - oczywiście mógłby być mniejszy przy wyższej częstotliwości kluczowania ale wówczas tranzystory zaczęły by mieć zadyszkę.
    Jest sporo różnych (fabrycznych) rozwiązań ładowarek do superkondensatorów ale większość pozwala na uzyskanie stosunkowo małych prądów przy dość niskich napięciach, a to chodzi całkiem sprawnie w szerokim zakresie.

  • #17 18 Paź 2013 21:14
    wirefree2
    Poziom 12  

    "Oczywiście najprostszym sposobem jest zastosowanie rezystora ograniczającego prąd, ale załóżmy, że potrzebujemy naładować baterię 6 szt. kondensatorów BCAP3000P do napięcia 12V prądem 20A tak, by naładować je w miarę szybko. Pomijając znikome rezystancje kondensatorów i przewodów, potrzebny będzie rezystor ograniczający o wartości 600 mΩ. Obliczając wydzieloną moc przy takich wartościach napięcia, prądu i rezystancji wynika, że na rezystorze odłoży się moc o wartości 240W."



    Obawiam się że najprościej będzie zastosować żarówkę 300W raptem 7zł i po kłopocie.

  • #18 19 Paź 2013 07:36
    Gronczyński

    Poziom 19  

    Rzeczywiście rezystor lub żarówka jak najbardziej sprawdzą się w roli ogranicznika prądu przy sporadycznych procesach ładowania choć to naprawdę dużo ciepła i pod warunkiem że źródło zasilania ma niższą wartość od maksymalnego napięcia baterii superkondensatorów. Taka ładowarka ma na celu ograniczenie: czasu ładowania, strat mocy i wyłączenie ładowania po osiągnięciu zadanego napięcia. Pewnie że ładowanie SC tylko do celów rozruchu samochodu to przerost formy ale przecież superkondensatory można wykorzystać do wielu celów - nie tylko do rozruchu samochodu.
    Reasumując:
    Żarówka nie wyłączy ładowania po osiągnięciu zadanego napięcia.
    Żarówka nie pozwoli na regulację prądu ładowania tak aby dopasować ten prąd do wydajności źródła zasilania.
    Żarówka wydziela dużo ciepła.
    Żarówką nie da się sterować np z mikrokontrolera.
    Jedyną zaletą żarówki jest to że jest tania (choć 7zł to chyba kosztuje taka 50W) plus oczywiście oprawka, no chyba że tniemy koszty na maksa i łączymy gołymi kabelkami.

  • #19 22 Sty 2014 22:01
    aneuro
    Poziom 16  

    Czy przypadkiem balancer uzywany powszechnie do ładowania baterii w pojazdach EV nie załatwia sprawy? Kwestia tylko znalezienia odpowiedniego na tak niskie napięcie...
    Wydaje mi się że trzeba po prostu każdy z tych kondensatorów ładować oddzielnie, bo jak włączone szeregowo i wszystko raem ladujemy to ryzyko przeładowania albo nie w pełni naładowane...
    Akurat w swoich prostownikach uzywam do ograniczania i pomiaru prądu ładowania czujnika Halla SS495A i wystarczy zbocznikować cieńszym drutem kilka zwojów na rdzeniu ze szczeliną w którą wkładamy ten czujnik, żeby bezproblemowo i strat na oporniku bo go nie ma, zarówno dodatnie i ujemne prądy ograniczać
    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów
    Powyżej jeden z pierwszych testowych, więc mało elaganckie zalanie przeciętego toroidu, jednak mocowanie solidne, sterowane AVR ATTiny85 (DIP8 czyli maleństwo) z ograniczaniem prądu i pomiarem napięcia na zaciskach akumulatora, z możliwością podłączenia cewki do stabilizacji prądu ładowania.

  • #20 22 Sty 2014 22:46
    Gronczyński

    Poziom 19  

    aneuro napisał:
    Czy przypadkiem balancer uzywany powszechnie do ładowania baterii w pojazdach EV nie załatwia sprawy? ...

    Otóż nie - balanser służy zgoła do czegoś innego. Poniżej opis balanserów, które mają za zadanie wyrównać napięcia na poszczególnych kondensatorach w układzie szeregowym.
    Dla większości zastosowań jeden superkondensator ma za niskie napięcie i nie jest bardzo przydatny. Aby podnieść napięcie pracy trzeba połączyć wiele superkondensatorów musi być umieszczonych szeregowo. Ponieważ istnieje różnica tolerancji pomiędzy poszczególnymi superkondensatorami w pojemności, rezystancji i prądzie upływu nastąpi nierównowaga napięć sekcyjnych stosie szeregowym. Ważne jest, aby zapewnić, że poszczególne napięcia każdego Superkondensatory nie przekracza maksymalnego napięcia pracy, gdyż może to doprowadzić do rozkładu elektrolitu, wytworzenie gazu, wzrost ESR, a w ostateczności żywotność zostanie zmniejszona.
    Ten brak równowagi początkowo zdominowane przez różnicę między pojemnością kondensatorów (tj. kondensatory o mniejszej pojemności będą ładować się do wyższego napięcia w połączeniu szeregowym). Na przykład, jeśli dwa kondensatory 10F są połączone szeregowo z czego jeden ma +20% nominalnej pojemności, a drugi -10%, to napięcia między kondensatorami można obliczyć ze wzoru:
    Vcap1 = Vsupply x (Ccap1 / (Ccap1 + Ccap2)
    Zakładając Vsupply = 5,4V
    Vcap1 = 5,4 x (12 / (12 +9)) = 3,08V
    Vcap2 = 5,4 – 3,08= 2,32V
    Jak widać, odpowiedni system równoważenia komórek musi być umieszczone w połączeniu szeregowym w celu zapewnienia aby poszczególne napięcia składowe nie przekroczyły napięcia znamionowego superkondensatorów.
    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów
    Ponadto, gdy bateria superkondensatorów będzie ładowana przez dłuższy okres czasu to prąd upływu zacznie odgrywać coraz większą rolę (tj. kondensatory o wyższym prądzie upływu będą miały niższe napięcie rozdzielania napięcia w połączeniu szeregowym).
    Istnieją dwa systemy równoważące do rozwiązania tego problemu, oraz zapewniające odpowiednio wyważone moduł.
    Są to:
    Metoda pasywna: Aby zrekompensować różnice pomiędzy superkondensatorami stosuje się połączone z nimi równolegle rezystory w każdym module baterii. To skutecznie zmniejsza zmienność równoważnej rezystancji równoległej między kondensatorami, który jest odpowiedzialny za prądu upływu. Na przykład, gdy kondensatory mają średni prąd upływu 10uA + / - 3uA, 1%, a przez opornik równoległy popłynie 100uA to będzie to dobrym rozwiązaniem. Przy takim rezystorze równoległym do każdego kondensatora średni upływ prądu jest teraz 110uA + / - 4uA. Wprowadzenie tego rezystora zmniejszy się zróżnicowanie prądu upływu z 30% do 3,6%.
    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów
    Przez taką samą wartość rezystora równoległego przy wszystkich kondensatorach, z kondensatora o wyższym napięciu rozładowanie przez równoległy rezystor będzie wyższe niż w komórkach z niższym napięciem. To pomoże zrównoważyć całkowity rozkład napięcia w całej serii kondensatorów.
    Metoda pasywna równoważenia napięcia jest zalecana tylko dla aplikacji, które nie są regularnie ładowane i rozładowywane i tylko tam gdzie toleruje się dodatkowe obciążenie prądowe wnoszone przez rezystory bilansowania. Sugeruje się aby rezystory bilansowania dobrane były tak, aby dać dodatkowy przepływ prądu o co najmniej 10 razy większy od prądu upływu kondensatorów. Wyższy stosunek może być stosowany w celu szybszego zrównoważenia. Kompromis oparty jest na stosunku czasu ładowania do prądu upływu.
    Gdy bateria superkondensatorów pracuje w układzie statycznym czas dojścia do równowagi nie stanowi problemu, kłopoty zaczynają się gdy taka bateria jest cyklicznie ładowana i rozładowywana.
    Aktywna kompensacja: Do zastosowań gdzie następuje cykliczne ładowanie i rozładowywanie kondensatorów oraz tam gdzie wymagany jest znacznie mniejszy prąd upływu w stanie ustalonym. Taka kompensacja wymaga większych prądów tylko, kiedy napięcie ogniwa jest niezrównoważone. Aktywny układ wymusza jednakowe napięcie na węzłach serii połączonych kondensatorów.
    Oprócz zapewnienia dokładnego równoważenia napięcia, aktywne układy dają znacznie niższy poziom prądu w stanie naładowania, a jedynie wymagają większych prądów, gdy napięcie kondensatora wychodzi z równowagi. Te cechy sprawiają, że aktywne obwody kompensacji napięcia są idealne dla aplikacji częstego ładowania i rozładowania kondensatorów, jak również te, o ograniczonym źródle energii.
    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów

  • #21 23 Sty 2014 09:46
    aneuro
    Poziom 16  

    Gronczyński napisał:
    Aktywny układ wymusza jednakowe napięcie na węzłach serii połączonych kondensatorów.

    Niewiele widać na tym załączonym schemacie-za słaba rozdzielczość tego obrazka chyba.
    Temat ciekawy bo być może do odzysku energi hamowania w pojeździe EV takie superkondensatory bym sobie wykorzystał i konieczne jest ograniczenie napięcia na nich żeby nie przeładować, np. podczas zjazdu ze stromej górki.
    W sterowniku klasyczna bateria jest zabezpieczona u mnie tak, że jak napięcie przekracza ustawioną wartość napięcia, to poprzez optoizolator załaczają się mosfety z... opornikiem o mocy kilku kW, dzizęki czemu nadmiar energi jest rozpraszany jako ciepło i może posłużyć np. do ogrzewania pojazdu zimą jak nie uda się jej wpakować do baterii w tak krótkim czasie rzędu kilku sekund czasami ;)
    Używam oprócz elektronicznego pomiaru dodatkowo takiego prostego wykrywacza przekroczonego napięcia na TL431I.
    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów
    Ten akurat ma ustawione ok. 14.8V, ale napięcie referencyjne w TL431I jest zwykle ok. 2.495V więc chyba powinno dać radę wykrywać przekroczenie np. 2.6V.
    Później wrzucę do symulatora, bo nie chce mi się tego liczyć.
    Akurat upływ tutaj jakiś niewielki rzędu nawet kilku mA na zasilanie tego układu może być i jest wymagany, bożeby to działało ten 1mA musi przez TL431I płynąć bo inaczej nie będzie się zachowywał jak programowana opornikami dioda Zenera.
    Akurat przy odzysku, a pewnie też i takim ładowaniu jaknp. do rozruchu samochodu z baterii która jest w samochodzie to nie przeszkadza zbytnio.
    Sam TL431I jest tani, kwestia dorobienia załączania jakiegoś mosfeta z opornikiem do rozładowywania superkondensatora jak napięcie przekroczy np. te 2.6V, a to już powinien wykryć ten prosty analogowy układ co zapodałem.
    Ciekawy jestem czy to będzie działać z takimi napięciami rzędu 2.6-2.7V ...
    Niby w datasheet tego TL431I ( http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/philips/TL431I.pdf ) jest że to napięcie pomiędzy Vref=2.495V a 36V można opornikami ustawiać, ale na tak niskie rzędu 2.7V nigdy nie próbowałem :idea:
    Tyle że może po prostu ustawić to napięcie ładowania na 2.5V max, a wtedy TL431I łatwo się konfiguruje i 2a oporniki mniej, bo nie potrzeba ustawiać tego Vout, tylko wymusić je jako VRef=2.495V zwierając jeden z pinów do masy według noty aplikacyjnej.
    Używam TL31I w swoich projektach bo ma większy zakres stabilności temperaturowej (-40*C...+85*C ).
    Tymbardziej może lepiej do 2.5V je ładować, bo wygląda na to że być może to wydłuża ich żywotność w sensie spadek pojemności w czasie-w dokumentacji mamy coś takiego:
    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów
    Jak widać temperatury też mają spory wpływ na to więc chyba warto jakieś aktywne chłodzenie zrobić bo wyzsze temperatury będą niekorzystnie wpływać na zachowanie tej pojemności.

  • #22 24 Sty 2014 15:37
    aneuro
    Poziom 16  

    A co powiecie na ideowy schemat takiej ładowarki kondensatorów połączonych szeregowo na bazie... układu do podbijania napięcia? ;)
    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów
    Superkondensatory są po prawej stronie i to one są rozładowywane po naładowaniu-jak widać żadnej diody oczywiście nie ma po drodze podczas rozładowywania.

    Po lewej stronie są klasyczne kondensatory i całość zasilana jest baterią akumulatorów żelowych 2x12V, czyli ok. 25V i impulsowo np. z 10kHz "pompujemy" ładunki na kondensatory.

    Nie ma potrzeby rozłączania niczego.
    Oczywiście na każdym superkondensatorze układ do kontroli przeładowania.

    W sumie to interesują mnie różne sposoby ładowania spiętych szeregowo kondesatorów/baterii również bez rozpinania pod kątem ładowania niewielkim napięciem systemów zasilania pojazdów EV w tym podczas odzysku energii podczas hamowania, gdzie typwa systuacja że spina się szeregowo kilka źródeł napięcia w celu ograniczenia wielkości płynącego prądu i zapewnienia większej prędkości obrotowej silnika BLDC, czy AC przy kilku kW potrzebnej mocy.

    A tak na marginesie ten PDF jest niezły :!:

    submariner napisał:
    Takie "miniaturowe" wzmacniacze magnetyczne przy częstotliwościach rzędu kilku, kilkudziesięciu kHz ważą kilka kg i i stabilizują moce kilkudziesięciu do stukilkudziesięciu kW.
    http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:12312/FULLTEXT01.pdf
    tu jest opracowanie i przykłady na ten temat.


    Ktoś może w praktyce takie swiche magnetyczne robił, bo jestem w trakcie rozpracowywania tego i tak się zastanawiam, czy załączenie takiego switcha jest ON/OFF czy niejako mamy tutaj możliwość sterowania mocą dostarczaną do obciążenia modyfikując tylko to nasycenie rdzenia magnetycznego oprócz włącz/załącz?
    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów
    Tak czy inaczej super sprawa i niesamowite, że tak można obwody AC załączać.
    Akurat postawiłem na silniki AC indukcyjne w moich pojazdach EV i to jest niezłe muszę przyznać, tym bardziej że w wojsku to stestowali w warunkach bojowych :arrow:

  • #23 24 Sty 2014 18:14
    jupi23
    Poziom 15  

    Co do magnetic amplifiers możesz poszukać w literaturze od przetwornic impulsowych. Czasami się ich używa do stabilizacji napięć pomocniczych, gdy te wymagają większej mocy. Ja widziałem cały rozdział o nich w książce Switching Power Supply Design by Abraham Pressman.

  • #24 24 Sty 2014 18:28
    aneuro
    Poziom 16  

    W sumie nie przypuszczałem że tak niewiele zwojów na tych rdzeniach wystarczają żeby sterować AC w tym magnetycznym switchu-tutaj pewnie na większych częstotliwościach to chodzi po stronie obciążenia mocy, bo jest kilkanaście zwojów tego grubszego drutu tylko ;)
    Impulsowa ładowarka baterii superkondensatorów
    To ztego PDFa zapodanego wcześniej-w sumie na początek wystarczy, a i tak tam jest ponad 100 stron do poczytania...

  • #25 24 Sty 2014 18:48
    jupi23
    Poziom 15  

    Jeżeli chodzi o użycie w przetwornicach w pomocniczym wyjściu to tam kontroluje się moc za pomocą ustawienie początkowej wartości, do której wraca indukcja magnetyczna z nasycenia. Za pomocą tego kontroluje się czas kiedy taki switch jest otwarty (nie przewodzi) (czas jaki induckja musi przejść od wartości indukcji początkowej do nasycenia). Do tego celu używało się tylko wzmacniacza i kilka biernych elementów. Dobrze to jest wyjaśnione w tej książce co podałem.
    Tak taki wzmacniacz magnetyczny działa dla przetwornic. Może podobnie działa to dla AC.

  • #26 24 Sty 2014 23:44
    aneuro
    Poziom 16  

    Książka się przyda, bo w całkiem przyzwoitym tunerze satelitarnym dziwne dzwięki w układzie zasilania są-jakby skwierczenie w okolicy rdzenia przetwornicy właśnie i od jakiegoś czasu zabieram się do tego, więc dobrze będzie wcześniej coś więcej poczytać-wrzucę w osobnym wątku w wolnej chwili, bo spokojnie FTA kanały z dwóch satelit wystarczają żeby coś w warsztacie dłubać i szkoda, bo ładny tuner i nawet się włącza, ale pod obciażeniem chyba siada coś.
    Poza tym do zasilania bramek AC switch'y na mosfetach przyda się prosta mała przetwornica, więc będzie wiadomo jak się do tego zabrać sensownie :arrow:

    Całkiem przyzwoity łopatologiczny przykład na IC TLx94 jest tutaj
    Basic Switching Power Supply Design Tutorial
    Tak czy inaczej raczej mikrokontroler tam wpakuję, bo wystarczy zmienić kilka lini kodu w C i całkowicie zmienić funkcjonalność, ale takiego typu właśnie podbijanie z niskiego napięcia rzędu 12V z kilku baterii połączonych równolegle mnie najbardziej interesuje, a ten z tego linku jest prosty i łatwo to będzie uruchomić i zmodyfikować pod inne napięcia wyjściowe, jak już wiadomo mniej więcej jaką częstotliwością traktować te kilka zwojów drutu miedzianego.

  • #27 25 Sty 2014 15:34
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    michal2666 Drażni mnie że publikujesz niekompletne artykuły na elektrodzie (to nie pierwszy), rozumiem że artykuł na elektrodzie jest skróconą wersją tego co piszesz na swojej stronie, ale "skracając" usuwasz najistotniejsze rzeczy takie jak schemat, skoro kompletny artykuł jest tylko na twojej stronie, ten na elektrodzie jest bezużyteczny, osobno nie da się czytać, gdyby wasze przedsięwzięcie przypadkiem upadło, a wraz z nim strona (czego wam nie życzę) wątek na elektrodzie będzie dyskusją o niczym.

    Starczy tej agresywnej promocji, kiedy zamieszczasz link do swojej strony, niech ma on związek z tematem, pozwól że to ja zadecyduję czy chcę przeszukiwać całą twoją stronę, czy interesuje mnie tylko schemat którego "zabrakło" na elektrodzie.

    Zdaje się że jest na to "paragraf" w regulaminie, ale nie mam w zwyczaju donosić.

TME logo Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
TME Logo