Superkapacitor

Z mj41.cz
(Přesměrováno z Ultra-capacitor)

V diskusi k jednomu oznámení na Science Worldu jsem narazil na téma kondenzátorů s velkou kapacitou (ultracapacitor, ultrakapacitor) a odkaz na článek supercapacitor v anglické Wikipedii. Napadlo mně, zda superkondenzátory nejsou náhodou vhodný zdroj např. pro mobilní robotiku nebo elektromobily. Protože mi pátraní dalo chvíli zabrat, tak jsem vše zajímavé, co se mi o superkapacitorech podařilo zjistit sepsal do tohoto článku. Odhalení případných chyby a jejích odstranění už nechám na Vás. Za nic neručím.

Obsah

Použití pro mobilní robotiku

Přes vysokou cenu a nízkou hustotu energie na rozměry a váhu má superkapacitor unikátní vlastnosti. Při životnosti 1 milion cyklů, jej teoreticky můžete nepřetržitě po dobu 10 let každé 5,3 minuty nabít a vybít (10*365*24*60 minut / 10^6 cyklů = 5,3 minut/cyklus).

Prakticky pro 2000 F

Maxwell BCAP2000 P270 K05 02

  • cena: květen 2012 parts.digikey.com
    • cena při 1 ks 67$ (1320,- Kč při kurzu 19,6)
    • cena při 250 ks 53$ (1030,- Kč)
    • ne ebay.com je pravděpodobně koupíte ještě levněji
  • dostupná energie 2,03 Wh (pro 2000F a 2,7V DC)
  • váha 312 g
  • rozměry: délka 102 mm (plus 2x 3mm kontakty), průměr 61 mm
  • uložené energie: 2,03 Wh
  • počáteční stejnosměrný vnitřní odpor (Rest): 0,35 mOhm
  • maximální kontinuální proud (Icc): 100 A

Mé následující spekulativní výpočty. Berte s rezervou a poraďte v diskusi. Díky.

Robot se zdrojem 4x BCAP2000 (5280,- Kč) a odběrem 1 A na 12V (při účinnosti DC-DC měniče 92% a minimálnímu napětí 3V na vstupu) se vybije přibližně za 27 minut.

Výpočet vybíjení:

  • odebíraná energie: 1A * 12V = 12 VA
  • při započítání účinnosti DCDC: 12 / 92 * 100 = 13,05 VA
  • 4x BCAP2600 = 8,12 Wh (1 kW = 3,6 kJ), váha 1250g
  • čas vybití 8,12 Wh / 13,05 VA * 60 = 37,3 minut
  • vstupní napětí pro DCDC měnič bude klesat z 10,8V na 0, měnič však potřebuje minimálně 3V, využijeme tedy 72% kapacity
  • využito 72% z 8,12 = 5,86 Wh
  • čas vybití 5,86 Wh / 13,05 VA * 60 = 26,9 minut

Robot se zdrojem 1x BCAP2000 (1320,- Kč) a odběrem 0,5 A na 5V (při účinnosti DC-DC měniče 96% a minimálnímu napětí 1V na vstupu, max 1A, cena 5$ ebay.com) se vybije přibližně za 29,5 minut.

Výpočet vybíjení:

  • 0,5 * 5V = 2,5VA
  • 2,5VA / 96 * 100 = 2,6VA
  • 2,7 - 1 = 1,7 ... 62,95% využito
  • 2,03Wh * 0,6295 = 1,277 Wh
  • 1,277Wh / 2,6VA * 60 = 29,5 minut

Výpočet nabíjení jednoho ultrakondenzátoru z 0V na 2,7V:

  • napětí zdroje 2,85V DC, žádná další magie/regulace není potřeba
  • 10A / 2000F = 5mV/s
  • 2,7V / 5mV/s = 540 sekund (9minut)

Maxwell superkapacitory

Zdroj dat www.ecom.cz.

  • datasheet (pdf)
  • superkapacitory Maxwell dováží do ČR firma ECOM
  • květen 2012, Maxwell BCAP2600 (tedy 2600F), cena 1 ks s DPH 2300 Kč

řada BCAP

  • kapacita: 650 - 3000 F + 20%
  • jmenovité napětí: 2,7 Vdc
  • uložená energie: 0.66 - 3.0 Wh
  • životnost - pokles kapacity o 20% po
    • 1 milion cyklů nebo
    • 10 letech
  • hmotnost: 0,2 - 0,55 kg
  • pracovní teplota: -40 - 65°C
  • rozměry: délka 44,5 - 138 mm, průměr 57.7 - 60 mm
  • vnitřní odpor: 0,3 - 1,2 mΩ (počáteční stejnosměrný)
  • vybíjecí (zkratový) proud: 3500 - 4500 A
  • špičkový výkon dodaný do zátěže: 11 - 17,5 kW/kg
  • zbytkový proud, 72 hodin po nabití: 1,5 - 5,2 mA
  • typ: Maxwell BCAP 0650 - Maxwell BCAP 3000

Mínusy

Jedním z problémů superkapacitorů oproti bateriím, kromě 10x menší hustoty energie na jednotku hmotnosti je samovybíjení (samovolný pokles náboje).

Samovybíjení

Podle grafu v této prezentaci (str 43) je samovybíjení závislé na teplotě přibližně takto:

teplota po 2 dnech po 20 dnech
5°C 98% 93%
25°C 93% 85%
65°C 80% 57%

Externí odkazy

spřízněné weby
Jazyk