Quanto sarebbe pratico un ripetitore di auto che utilizza i supercondensatori?

Attualmente i ripetitori di auto (un'unità portatile caricata da una presa e quindi collegata al sistema elettrico dell'auto per avviare un'auto quando la batteria dell'auto è scarica) utilizzano in genere batterie: piombo-acido, Li-Ion o LiFePO4. Per diversi anni una batteria del booster si consumerà.

Sarebbe pratico usare una banca di supercondensatori più durevoli invece di una batteria in un booster?

Ho iniziato questa risposta aspettandomi che la risposta fosse "non una possibilità", ma una rapida occhiata alle specifiche e ai prezzi suggerisce che potresti fare qualcosa di interessante e possibile utile in una certa misura, ma che è davvero poco pratico e sicuramente economico fino ad ora ed è improbabile per essere ancora conveniente per alcuni cicli della legge di Moore.

Supponiamo che l'avvio richieda 500 A a 12v per 1 secondo.
In molti casi è troppo alto, ma le correnti più basse da più a lungo sono molto comuni, specialmente in una mattina molto fredda.
Regola i presupposti per adattarli.

Energia in un condensatore per 1 Farad a 12 Volt = Dire 70 Watt secondi per Farad.
=0,5⋅1⋅$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$

Avviamento auto = secondo come sopra = 6000 Watt secondi.$12V \cdot 500A \cdot 1$

Così capacità tenuto a fornire questa energia a 12V = .
$\frac{6000}{70} =~ 100 F$

La maggior parte dei supercap sono classificati da 2,5 V a 3,3 V per motivi tecnici.

Puoi utilizzare moduli come questo 42V 100F che misura 550 x 270 x 110 mm e pesa 13 kg. La nota che memorizza 88200 Joule è quindi 88200/6000 ~ = 15 volte più grande della capacità rispetto alla soluzione single start sopra.

Per costruire un cappuccio da 12V da 3v3 sono necessari 4 in serie e da 2V5 = 5 in serie. Il posizionamento dei condensatori in serie riduce la capacità in proporzione inversa rispetto alla quantità, quindi avremmo bisogno di 400F con condensatori 3v3 e 500F con 2V5.

Murphy essendo attivo sarebbe saggio usare diciamo 1000F x 12v = 5 x 200F a 2V5.

A questo punto diventa interessante poiché scopriamo che, ad esempio, Digikey ti venderà supercaps in questa gamma.

Il costo è di circa 10 centesimi per Farad, quindi un 200F ~~ = $ 20 e un 4 costano $ 80. Dì $ 1000.

Uno sguardo alle specifiche mostra che non siamo ancora arrivati.
Non è stata specificata alcuna corrente di scarica massima ma una resistenza interna di circa 10 milliohm, che è forse più di 200 ampere in corto circuito. Caricato per il massimo trasferimento di potenza a Rload = Rinternal = 10 milliohm, ovvero 100 + A.
Non è abbastanza grintoso per l'avvio dell'auto, e non abbiamo ancora esaminato la caduta di tensione per estrarre energia ecc.

Nota che a un limite ha esaurito il 75% della sua energia. Se un limite è il doppio del contenuto energetico necessario, il suo drenaggio al 70% fornirà metà dell'energia interna con l'altra metà immagazzinata per la prossima volta "$\frac{V}{2}$

Abbastanza chiaramente, una "batteria" che è buona per un avvio di solito non è utile. Sono necessari tappi molto più grandi a una carica maggiore. E anche allora non sarà possibile avvicinarsi alla capacità energetica di una batteria.

Quindi - non ancora pratico - ma lentamente andando lì. Forse 10 anni (circa 7 cicli di legge di Moore)

470 - 3300 celle Farad x 2,5 V.

Perdita:

Una perdita di cui sopra è 0,5 C mA, quindi per un tappo da 200 F una perdita da 100 mA. Un farad lo fornirà per 10 secondi e lascerà cadere un volt.

Quindi un limite di 200F impiegherà secondi per perdere un volt. Ha bisogno di lavoro! Alcuni saranno molto meglio di così.$2 \cdot 200F = 400$

Le batterie hanno una curva relativamente piatta di sovraccarico di tensione, fino a un certo punto. I condensatori hanno una curva lineare di tensione in eccesso.

Con le batterie, puoi semplicemente impostare il gruppo batterie booster in modo che la tensione si adatti alle tue esigenze in un ampio intervallo di percentuale di carica.

Con i condensatori, questa non è un'opzione, perché la tensione cambierebbe rapidamente con l'uso. Per usarlo del tutto, avresti bisogno di alcuni componenti elettronici di potenza per fornire la tensione corretta.

Inoltre, attualmente l'energia specifica (energia immagazzinata per peso) delle supercaps è ancora inferiore a quella fornita dalle batterie. Questo potrebbe cambiare entro pochi anni.

Quindi, in questo momento, i supercaps forniscono meno energia e hanno bisogno di elettronica di potenza aggiuntiva, rendendo il loro uso come fonte di alimentazione inefficiente.

Discussione molto interessante; Apprezzo i calcoli approfonditi e dettagliati. Anche se l'attuale tecnologia sembra indicare che questa non è un'applicazione pratica, ho trovato un armeggiare che sembra aver avuto successo: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w Ecco un prodotto commerciale progettato per l'installazione su 18 ruote per garantire la potenza di avviamento; in questo progetto, una delle quattro batterie dei camion viene sostituita con il modulo di avvio del motore ultracapacitor, ma sul suo cablaggio: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/products/engine-start-module

Forse con attente considerazioni di progettazione queste matrici ultracapacitor possono essere utili in alcune situazioni.

Come parte del mio lavoro, ho alcuni strumenti che confrontano i banchi di condensatori per una determinata tensione iniziale, tensione finale, potenza di carico e tempo. Tiene conto anche dei valori ESR ed EOL. La mia banca dati non ha tutti gli ultracap esistenti, ovviamente, ma ha un certo numero di sospetti più probabili.

Supponiamo quindi che la batteria che utilizzeresti normalmente inizierebbe a 13,2 V senza carico e scenderà a 7 V quando caricata a 500 A. Possiamo calcolare la nostra potenza dalla tensione di fascia bassa, dal momento che è chiaramente sufficiente per avviare la macchina. Per estrarre 3500 W per un secondo da un ultracap e rimanere ancora in quel range di tensione, la migliore combinazione che vedo sarebbe due di questi in parallelo. Quindi stai parlando di> $ 3k di ultracaps per sostituire una batteria da $ 100. Si potrebbe potrebbe ottenere via con un modulo ultracap invece di due, soprattutto se non si utilizza i valori di fine vita, ma che ci si hanno molto meno overhead, e le perdite ESR potrebbe salire notevolmente. Anche allora, e anche con i prezzi quantitativi direttamente dal produttore, stai ancora parlando di $ 1500.

Quindi è fattibile, e non del tutto folle. Il fatto che sia conveniente o meno dipende in gran parte dal costo della batteria e dalla frequenza con cui è necessario sostituirla nel corso della durata del cap bank.

Per quanto riguarda il modo in cui caricheresti l'ultracap stesso, non penso che sia un problema. La tensione del terminale su quella capacità a 3500 W di carico dopo un secondo è di circa 10,2 V, quindi stiamo parlando di una carica di 11,5 kJ persa nei tappi. (Quindi stiamo fornendo 3,5 kJ al carico e 8 kJ persi in ESR!) Questo può essere caricato da una presa a muro in pochi secondi. Se vuoi un secondo colpo e hai una presa a muro ovunque nelle vicinanze, dovresti andare bene. E non sei vicino al limite di tensione dei condensatori, il che significa che il tuo caricabatterie non deve essere particolarmente intelligente, come dovrebbe essere un caricabatterie Li.

Modifica: mi sono imbattuto di nuovo in questa domanda e riesaminare i numeri in base a strumenti più nuovi, prezzi e parti disponibili. La soluzione più economica ora sembra essere cinque di queste in parallelo, con un costo di circa $ 600. E questo presuppone ancora valori EOL sui limiti. Per nominale, ne avresti bisogno solo tre in parallelo. Vasto miglioramento negli ultimi due anni! Potrebbe effettivamente pagare per se stesso!