Làm thế nào thực tế một tăng cường xe sử dụng siêu tụ điện sẽ được?

Hiện tại những tên lửa đẩy xe hơi (một bộ phận di động được sạc của một ổ cắm và sau đó được kết nối với hệ thống điện xe hơi để khởi động xe khi hết pin xe) thường sử dụng pin - axit chì, Li-Ion hoặc LiFePO4. Trong vài năm, pin trong bộ tăng áp sẽ bị hao mòn.

Sẽ là thực tế khi sử dụng một ngân hàng siêu tụ điện bền hơn thay vì pin trong máy tăng áp?

Tôi đã bắt đầu câu trả lời này với hy vọng câu trả lời là "không phải là cơ hội" nhưng nhìn nhanh vào thông số kỹ thuật và giá cả cho thấy bạn có thể làm điều gì đó thú vị và có thể hữu ích ở một mức độ nào đó nhưng nó thực sự không thực tế và chắc chắn có hiệu quả về chi phí cho đến nay để có hiệu quả chi phí cho một vài chu kỳ của luật Moore.

Giả sử bắt đầu cần 500 A ở tốc độ 12 giây trong 1 giây.
Điều đó quá cao trong nhiều trường hợp - nhưng dòng chảy thấp hơn trong thời gian dài hơn đến lâu hơn là phổ biến, đặc biệt là vào một buổi sáng rất lạnh.
Điều chỉnh các giả định cho phù hợp.

Năng lượng trong một tụ điện cho 1 Farad ở 12 Volt = Nói 70 watt giây mỗi Farad.
$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$

Xe khởi động = giây như trên = 6000 watt giây.$12V \cdot 500A \cdot 1$

Vì vậy, dung cần thiết để cung cấp năng lượng này tại 12V = .
$\frac{6000}{70} =~ 100 F$

Hầu hết các siêu tụ điện được xếp hạng 2,5V đến 3,3V vì lý do kỹ thuật.

Bạn có thể buty mô-đun như đơn vị 42V 100F này có kích thước 550 x 270 x 110 mm và nặng 13 kg. Lưu ý nó lưu trữ 88200 Joule là 88200/6000 ~ = 15 lần dung lượng lớn so với giải pháp khởi động đơn lẻ ở trên.

Để xây dựng một nắp 12 V từ 3v3 mũ cần 4 loạt và từ 2V5 = 5 trong loạt. Việc đặt tụ điện nối tiếp làm giảm điện dung theo tỷ lệ nghịch với số lượng vì vậy chúng ta sẽ cần 400F với tụ 3v3 và 500F với 2V5.

Murphy đang hoạt động sẽ là khôn ngoan khi sử dụng nói 1000F x 12 v = 5 x 200F ở 2V5.

Ở giai đoạn này, điều thú vị là chúng tôi thấy rằng, ví dụ Digikey S sell bán cho bạn các siêu xe trong phạm vi này.

Chi phí rất xấp xỉ 10 xu cho mỗi Farad vì vậy 200F ~ ~ = 20 đô la và 4 có giá 80 đô la. Nói $ 1000.

Nhìn vào thông số kỹ thuật cho thấy chúng ta chưa có.
KHÔNG có dòng phóng tối đa được chỉ định nhưng điện trở trong khoảng 10 milliohm. Có lẽ hơn 200 Ampe khi bị đoản mạch. Được tải để truyền công suất tối đa tại Rload = Ri INTERNal = 10 milliohm, đó là 100 + A.
Điều đó không thực sự đủ để khởi động xe, và chúng tôi chưa nhìn vào điện áp rơi để trích xuất năng lượng, v.v.

Lưu ý rằng tại một nắp đã cạn kiệt 75% năng lượng của nó. Nếu một nắp gấp đôi hàm lượng năng lượng cần thiết thì rút cạn đến 70% sẽ cung cấp một nửa năng lượng bên trong với nửa còn lại được lưu trữ cho lần tiếp theo "$\frac{V}{2}$

Rõ ràng, một 'pin' tốt cho một lần khởi động thường không hữu ích. Mũ lớn hơn nhiều với phí lớn hơn là cần thiết. Và thậm chí sau đó sẽ không thể tiếp cận khả năng năng lượng của pin.

Vì vậy - chưa thực tế - nhưng từ từ hướng đến đó. Có lẽ 10 năm (khoảng 7 chu kỳ luật của Moore)

470 - 3300 tế bào Farad x 2.5 V.

Rò rỉ:

Rò rỉ ở trên là 0,5C mA - vì vậy đối với nắp 200 F đó là rò rỉ 100 mA. Một farad sẽ cung cấp trong 10 giây và giảm một volt.

Vì vậy, một nắp 200F sẽ mất giây để giảm một volt. Nhu cầu công việc! Một số sẽ tốt hơn nhiều so với điều này.$2 \cdot 200F = 400$

Pin có một đường cong tương đối bằng phẳng của điện áp trên điện tích, lên đến một điểm. Tụ điện có một đường cong tuyến tính của điện áp trên điện tích.

Với pin, bạn có thể chỉ cần thiết lập bộ pin tăng cường theo cách điện áp phù hợp với nhu cầu của bạn trong một phạm vi phần trăm sạc rộng.

Với các tụ điện, đây không phải là một lựa chọn, vì điện áp sẽ thay đổi nhanh chóng khi sử dụng. Để sử dụng nó, bạn sẽ cần một số thiết bị điện tử để cung cấp điện áp chính xác.

Ngoài ra, hiện tại năng lượng cụ thể (năng lượng lưu trữ trên mỗi trọng lượng) của siêu xe vẫn còn thấp hơn mức mà pin cung cấp. Điều này có thể thay đổi trong vòng một vài năm.

Vì vậy, ngay bây giờ, siêu xe cung cấp ít năng lượng hơn và cần thêm các thiết bị điện tử công suất, khiến việc sử dụng chúng làm nguồn năng lượng không hiệu quả.

Thảo luận rất thú vị; Tôi đánh giá cao các tính toán kỹ lưỡng và chi tiết. Mặc dù công nghệ hiện tại dường như chỉ ra rằng đây không phải là một ứng dụng thực tế, tôi đã tìm thấy một tinkerer dường như đã thành công: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w Đây là một sản phẩm thương mại được thiết kế để cài đặt trên xe 18 bánh để đảm bảo sức mạnh khởi động; trong thiết kế này, một trong bốn pin xe tải được hoán đổi với mô-đun khởi động động cơ ultracapacitor, nhưng trên hệ thống dây điện của chính nó: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitor/products/engine-start-module

Có thể với những cân nhắc thiết kế cẩn thận, các mảng ultracapacitor này có thể hữu ích trong một số tình huống.

Là một phần trong công việc của tôi, tôi có một số công cụ so sánh các ngân hàng tụ điện với điện áp khởi động, điện áp cuối, công suất tải và thời gian. Cũng đưa các giá trị ESR và EOL vào tài khoản. Dĩ nhiên, databank của tôi không có ultracap, nhưng nó có một số nghi phạm có khả năng nhất.

Vì vậy, giả sử pin bạn thường sử dụng sẽ bắt đầu ở mức 13.2V không được tải và giảm xuống 7V khi được tải xuống 500A. Chúng ta có thể tính toán sức mạnh của mình từ điện áp thấp, vì điều đó rõ ràng đủ để khởi động xe. Để kéo 3500W trong một giây từ ultracap và vẫn ở trong dải điện áp đó, sự kết hợp tốt nhất tôi thấy sẽ là hai trong số này song song. Vì vậy, bạn đang nói về> $ 3k ultracaps để thay thế pin ~ $ 100. Bạn có thể thoát khỏi một mô-đun ultracap thay vì hai, đặc biệt là nếu bạn không sử dụng các giá trị cuối vòng đời, nhưng bạn sẽ có ít chi phí hơn rất nhiều và tổn thất ESR của bạn sẽ tăng lên đáng kể. Ngay cả sau đó, và ngay cả với giá số lượng trực tiếp từ nhà sản xuất, bạn vẫn đang nói về $ 1500.

Vì vậy, nó có thể thực hiện được, và không hoàn toàn điên rồ. Việc nó có hiệu quả về mặt chi phí hay không phụ thuộc phần lớn vào chi phí pin của bạn và mức độ thường xuyên bạn cần thay thế trong vòng đời của ngân hàng giới hạn của mình.

Về cách bạn sạc ultracap, tôi không nghĩ đó là vấn đề. Điện áp đầu cuối trên điện dung đó ở mức tải 3500W sau một giây là khoảng 10,2V, vì vậy chúng ta đang nói về điện tích 11,5 kJ bị mất trong các nắp. (Vì vậy, chúng tôi đang cung cấp 3,5 kJ cho tải và 8 kJ bị mất trong ESR!) Điều đó có thể được tắt khỏi ổ cắm trên tường chỉ trong vài giây. Nếu bạn muốn bắn lần thứ hai và có ổ cắm trên tường ở bất cứ đâu gần đó, bạn sẽ ổn thôi. Và bạn không ở gần giới hạn điện áp của các tụ điện, điều đó có nghĩa là bộ sạc của bạn không cần phải đặc biệt thông minh, giống như bộ sạc Li phải có.

Chỉnh sửa: Tôi đã gặp lại câu hỏi này và chạy lại các con số dựa trên các công cụ mới hơn, giá cả và các bộ phận có sẵn. Giải pháp hiệu quả nhất về chi phí hiện có vẻ là năm trong số này song song với chi phí khoảng 600 đô la. Và đó vẫn là giả định giá trị EOL trên mũ. Đối với danh nghĩa, bạn chỉ cần ba song song. Cải thiện rất lớn trong hai năm qua! Nó thực sự có thể trả tiền cho chính nó!