Posso usare gli ultracondensatori per generare impulsi di corrente per far funzionare un motore?


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Sto usando un motore BLDC da 48 V 1500 W in un'auto solare.

Uno dei turni a cui parteciperò richiede la rimozione delle batterie e il funzionamento del motore esclusivamente a energia solare. Ma a causa delle limitazioni di spazio posso utilizzare solo un pannello solare da 300W 48V.

La corrente di picco dal pannello è di circa 7 ampere che non è sufficiente a generare la corrente richiesta per avviare il motore. Calcolo che ho bisogno di almeno 40-50 ampere per avviare il motore e una corrente continua di 30 ampere per eseguirlo. È possibile generare picchi di corrente superiori a 7 ampere a 48 volt in modo che il motore possa funzionare?

Sto considerando Maxwell ultracondensatori di 116F 32V (due 58f 16v in serie con corrispondenti resistenze di spurgo) attraverso un convertitore buck ad anello chiuso per mantenere costante il 48V. Sarà sufficiente collegarlo in parallelo al pannello solare? O c'è qualche altra soluzione alternativa per far funzionare il motore?


Domanda molto interessante! Puoi dirci di più? Quanto dura il motore per correre? Puoi iniziare con condensatori carichi? Il motore deve funzionare continuamente?
dlu

Solo curioso di sapere perché non aggiungerei altri 16V di ultracondensatore per fornire un 48V completo ... sembra che funzionerebbe meglio a lungo termine, oltre a fornire più capacità. I Maxwell Ultracaps sono fantastici piccoli dispositivi. Ho fatto una domanda su usandoli al posto di una batteria al piombo in veicoli a motore qui prima.
Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

@dlu a tutto tondo senza batterie il motore ha bisogno di far muovere la macchina per 40m minimo per qualificarsi per quel round. Ma è meglio renderlo sufficiente per correre solo dal pannello solare. Sì, possiamo iniziare con condensatori carichi e sì, i motori devono funzionare continuamente. In qualche modo ho bisogno di far funzionare il motore da un pannello solare da 300w 48v dove il fabbisogno attuale per l'avviamento del motore è di almeno 40A.
user22483

@ paulster2 la macchina funzionerà fondamentalmente con acido al piombo o ioni di litio. Pesando di più sugli ioni di litio per i suoi svariati vantaggi e il minor peso, ma follemente più costoso delle batterie al piombo. Il secondo round, tuttavia, stavo pensando se potevo generare impulsi usando gli ultracondensatori per far muovere il motore continuamente perché il mio input proviene da un pannello solare da 300 watt (nelle condizioni di picco). Ho letto da qualche parte che se riesci a controllare la scarica e la carica dei condensatori puoi generare impulsi di corrente elevati e mantenere il motore in movimento con la propria inerzia durante il periodo di spegnimento.
user22483

Risposte:


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Hmmm ...

Il motore

ha 1500W, il che significa che disegna 31 A a 48 V a pieno carico. La corrente di spunto può essere più alta, questo è il tuo 40-50A. Tuttavia, questo non significa che il motore abbia bisogno di 40-50A per iniziare e 31A per funzionare, è solo il massimo assoluto. A una tensione inferiore, affonderà una corrente inferiore e avrà una potenza inferiore. Ricorda, una combustione ha la sua massima potenza vicino alla linea rossa, ma raramente viene pilotata a quel regime, anche se non durante l'accelerazione.

Il pannello solare

ha una potenza massima di 300W. Ma solo nelle migliori condizioni, ovvero senza nuvole, senza nebbia, il sole più alto possibile nel cielo e il pannello che punta esattamente al sole.
In pochi giorni, abbiamo il 21 settembre, dove il sole è esattamente sopra l'equatore, e la latitudine della tua posizione dà l'angolo tra il sole e una linea verticale a mezzogiorno. New York ad esempio è a 40 ° N, quindi l'angolo sarà 40 ° (o: Il sole sarà 90 ° -40 ° = 50 ° sopra l'orizzonte). Se si posiziona il pannello a terra, fornirà solo cos (40 °) * 300 W = 0,77 * 300 W = 230 W. E questo non tiene conto del fatto che la luce ha avuto un modo più lungo attraverso l'atmosfera ed è stata attenuata più che all'equatore. (Ed è mezzogiorno, non mattina, non pomeriggio)

Inoltre, un pannello solare è una fonte di corrente costante. Con un carico di 7.7 Ohm, erogherà 48V e 6.25A (= 300W). Con un carico più elevato, la corrente sarà comunque pari a 6,25 V, ma la tensione si interromperà, il che significa che anche la potenza erogata si interromperà. Se si applica un carico minore, la tensione aumenterà, ma la corrente diminuirà. Di nuovo, la potenza diminuisce. Quindi, questo 48V, 6.25A è la potenza massima che il pannello fornisce con il giusto carico collegato. E i 48V sono circa l'80% della tensione quando non è collegato nessun carico, che è circa 60V.

I condensatori

Innanzitutto, se si mettono due cappucci in serie, è possibile aggiungere la tensione nominale di entrambi, ma la capacità è sufficiente

Ctot = 1/  (1/C1 + 1/C2)

il che significa che la combinazione di due tappi 58F fornisce un cappuccio da 29F. Se colleghi tre cappucci in serie come suggerito da Paulster2, ottieni solo 19.3F. Ma questo non importa in termini di energia immagazzinata. Ogni tappo può memorizzare

E=1/2 CU²

e una combinazione di tre tappi in serie fornirà solo 1/3 della capacità, ma 3 volte la tensione massima. Risulta che tre tappi memorizzeranno tre volte l'energia che un singolo tappo può immagazzinare, come previsto.

L'energia massima di un singolo condensatore è di 7.4kJ (per confronto: una batteria per auto da 40Ah ha 1728kJ) e ci vorranno circa 7400J / 300W = 25 per caricarla al massimo. potenza del pannello solare. Più tappi hanno bisogno di più tempo per caricare.

Ora, diciamo che il motore tira 1500W, di cui 300W sono forniti dal pannello. Questo rende 1200W per i cappucci e un singolo tappo durerà per 7400J / 1200W = 6s.

Alcuni avvertimenti: I tuoi cappucci ( questo? ) sono classificati per 16 V e la tensione massima assoluta è 17 V, che non è molto di più. Non si dovrebbe mai superare tale tensione, altrimenti il ​​cappuccio potrebbe essere danneggiato o addirittura bruciare / esplodere.
Se si collegano tre cappucci in serie per ottenere 48 V e li si collegano direttamente al pannello senza protezione, verranno caricati alla tensione di circuito aperto di 60 V e BAAANG!
Successivamente, i cap grandi hanno una pessima precisione nella capacità. I tuoi cappucci hanno una capacità di 58-70F. Se connetti tre in serie a 48V, due con 70F e uno 58, i più grandi caricheranno a 15V e quello piccolo a 18V - e BAAANG!

Quindi consiglierei di non mettere i cappucci in serie - anche se questo si traduce in alte correnti - o non li carica alla tensione teoricamente nominale.

L'elettronica

Quindi è chiaro che non devi collegare il pannello a tre tappi in serie, ed è anche chiaro che non dovresti collegarli direttamente al motore - la loro tensione diminuirà e non forniranno il massimo. potenza al motore.

Avrete sicuramente bisogno di alcuni convertitori DC-DC e anche i miei calcoli lo assumono. I convertitori hanno sempre qualche inefficienza, che dipende in gran parte dalle tensioni e correnti di input / output. Le alte correnti sono sempre un po 'problematiche e quando i cappucci sono quasi vuoti, devono fornire una corrente gigante per fornire la potenza richiesta. Non sono in grado di fornire alcun numero, ma in linea di massima bisogna tenere conto del fatto che ogni volta che l'energia viene trasferita dal pannello ai cappucci e dai cappucci al motore, una frazione viene sprecata dal convertitore.

(E infine, vuoi controllare anche la potenza del motore)

TL; DR

Anche se il tuo motore ha un max. potenza di 1500 W, non è necessario fornire 31 A a 48 V a meno che non si desideri realmente l'intero 1500W. In genere, è necessario molto meno potere.

La potenza massima del pannello è di 300 W, che è già un po 'bassa, ma dovresti aspettarti di ottenerne di meno.

Questi tappi possono sicuramente aiutare a tamponare l'energia e aumentare il motore quando viene richiesta più potenza o qualche nuvola, ma devono essere caricati, in primo luogo. Suppongo che potrebbero contare come batteria nel tuo ... contest a meno che non vengano addebitati per l'inizio.

MODIFICARE:

Il tuo commento è un po 'confuso, non sono ancora sicuro di cosa esattamente hai intenzione di fare. Hai anche menzionato una batteria, anche se la domanda dice che devi rimuovere la batteria ...

In ogni caso: è necessario un convertitore DC-DC per trasferire l'energia dai cappucci al motore. Dall'altro lato, è necessario caricare i cappucci con il eccesso di potere dal pannello. E quando hai bisogno di max. potenza e i tappi sono vuoti, si desidera che l'intera potenza dal pannello scorra nel motore e non nei cappucci.

Inoltre, come ho scritto, quando si tenta di ottenere più energia da un pannello di quanto possa offrire, in realtà fornisce meno energia.

Sfortunatamente, non conosco nessuna elettronica che puoi usare direttamente, sebbene esista sicuramente.


Immagino sia stato un errore da parte mia. Intendevo dire che ho intenzione di aggiungere i condensatori in parallelo al pannello attraverso il motore con un circuito di protezione appropriato come suggerito (che non sono sicuro di quale tipo). Questo ultracondensatore sarebbe quindi composto da due cappucci Maxwell 16.2 58f in serie collegati attraverso il motore in parallelo alla batteria. E sì, stavo seguendo le linee di un convertitore per mantenere la tensione a 48 volt mentre il tappo si scarica. È possibile regolare la carica e la scarica del cappuccio in modo da poter generare impulsi di corrente sufficienti a far funzionare il motore?
user22483
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