सुपरकैपेसिटर का उपयोग करके एक कार बूस्टर कितना व्यावहारिक होगा?

Question

वर्तमान में कार बूस्टर (एक पोर्टेबल यूनिट एक आउटलेट का शुल्क लिया जाता है और फिर कार विद्युत प्रणाली से जुड़ा होता है जब कार बैटरी मृत हो जाती है) आमतौर पर बैटरी - सीसा-एसिड, ली-आयन या LiFePO4 का उपयोग करें। कई वर्षों में बूस्टर में एक बैटरी खराब हो जाएगी।

क्या बूस्टर में बैटरी के बजाय अधिक टिकाऊ होने वाले सुपरकैपेसिटर के बैंक का उपयोग करना व्यावहारिक होगा?

Comments

सुपरकैप और बैटरी के बीच प्रमुख अंतर जीवनकाल नहीं बल्कि चार्ज रेट है। सीसा-एसिड या ली-आयन बैटरी चार्ज करना एक रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें घंटों लग सकते हैं, आप सेकंड में सुपरकैप चार्ज कर सकते हैं। ("चार्ज" और "एक सुपरकैप" की कुछ परिभाषाओं के लिए)

— केविन वर्मियर

@ केविन वर्मियर: हां, मुझे पता है कि और यह बहुत अच्छा है। फिर भी एक बूस्टर खरीदना और उसे बार-बार इस्तेमाल करना और फिर स्वाभाविक रूप से खराब हो चुकी बैटरी को ढूंढना पूरी तरह से बेकार है।

— sharptooth

भले ही प्रति डॉलर कार्यक्षमता हो, सुपरकैप प्रति मात्रा ऊर्जा में बैटरी की तुलना में बहुत बड़े हैं। एक ए.ए. बैटरी बनाम सोडा कैन-साइज़ कैपेसिटर जैसा कुछ। एक स्थिर अनुप्रयोग के लिए यह ज्यादा मायने नहीं रखता है, लेकिन पोर्टेबल या चल (फोन, कार, आदि) में यह मुख्य ऊर्जा भंडारण के रूप में सुपरकैप से बाहर बहुत अधिक नियम है।

— मैट बी।

@ hassan789 - क्या आपके पास इसके लिए कुछ संदर्भ हैं? सुपरकैप्स आसानी से आधा मिलियन चक्र तक चलेगा। कैपेसिटेंस रिकवरी प्रभाव के कारण जीवन का अनुमान लगाने में कई आसान-सी गलतियाँ हैं। यहां

— DrFriedParts

हमारे ग्राहक अक्सर बैटरियों के बजाय अल्ट्रापैक का उपयोग करते हैं, क्योंकि लगभग-अनंत जीवनकाल उन्हें दीर्घकालिक में अधिक लागत प्रभावी बनाता है। मैक्सवेल अल्ट्रापैप लंबे समय तक चलते रहेंगे, जब आपका पहला लेड-एसिड बैटरी खत्म हो जाएगा, और शायद दूसरे सेट के बाद भी।

— स्टीफन कोलिंग्स

Answer 1

मैंने इस उत्तर की शुरुआत करते हुए उत्तर देने की अपेक्षा की, "मौका नहीं" लेकिन ऐनक और कीमतों पर एक त्वरित नज़र आपको सुझाव दे सकता है कि आप कुछ ऐसा कर सकते हैं जो कुछ हद तक उपयोगी और संभव था, लेकिन यह वास्तव में अव्यावहारिक और निश्चित रूप से अब तक प्रभावी लागत है और संभावना नहीं है। मूर के कानून के कुछ चक्रों के लिए अभी तक प्रभावी होना।

मान लेना शुरू करने के लिए 1 सेकंड के लिए 12 ए पर 500 ए की आवश्यकता होती है।
कई मामलों में यह बहुत अधिक है - लेकिन लंबे समय तक कम धाराएं आम हैं, खासकर बहुत ठंडी सुबह।
सूट करने के लिए मान्यताओं को समायोजित करें।

एक संधारित्र में ऊर्जा
$= \frac{1}{2}CV^2$
$= 0.5 \cdot 1 \cdot 144$
12 फाल्ट पर 1 फैराड के लिए = प्रति फ्राड 70 वाट सेकंड कहें।

कार शुरू करना = $12V \cdot 500A \cdot 1$दूसरा
= 6000 वॉट सेकंड से ऊपर ।

तो 12V = पर इस ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए आवश्यक समाई
$\frac{6000}{70} =~ 100 F$।

अधिकांश सुपरकैप 2.5 वी से 3.3 वी तक तकनीकी कारणों से रेट किए गए हैं।

आप इस 42V 100F इकाई की तरह ब्यूटि मॉड्यूल को माप सकते हैं जो 550 x 270 x 110 मिमी और वजन 13 किलोग्राम है। ध्यान दें कि यह 88200 जूल स्टोर करता है इसलिए 88200/6000 ~ = 15 गुना क्षमता के रूप में बड़ा है कि ऊपर एकल समाधान शुरू करें।

3v3 कैप से 12V कैप का निर्माण करने के लिए श्रृंखला में 4 की आवश्यकता होती है और श्रृंखला में 2V5 = 5 से। श्रृंखला में कैपेसिटर रखने से मात्रा के व्युत्क्रम अनुपात में धारिता कम हो जाती है इसलिए हमें 3v3 कैपेसिटर के साथ 400F और 2V5 वाले 500F की आवश्यकता होगी।

मर्फी सक्रिय होने के कारण 2V5 पर 1000F x 12v = 5 x 200F का उपयोग करना बुद्धिमान होगा।

इस स्तर पर यह दिलचस्प हो जाता है क्योंकि हम पाते हैं कि जैसे कि Digikey आपको इस रेंज में सुपरकैप बेचते हैं।

लागत बहुत अधिक लगभग 10 सेंट प्रति फैराड है इसलिए 200F ~~ = $ 20 एक 4 लागत $ 80। $ 1000 कहो।

ऐनक पर एक नज़र से पता चलता है कि हम अभी तक वहाँ नहीं हैं।
कोई अधिकतम डिस्चार्ज वर्तमान निर्दिष्ट नहीं है, लेकिन शॉर्ट सर्किट में लगभग 10 मिली। का यह आंतरिक प्रतिरोध है। Rload पर अधिकतम पावर ट्रांसफ़र के लिए लोड किया गया = रिनैटल = 10 मिलीओम का कहना है, कि 100 + ए।
कार शुरू करने के लिए यह वास्तव में पर्याप्त नहीं है, और हमने अभी तक ऊर्जा निकालने के लिए वोल्टेज ड्रॉप पर ध्यान नहीं दिया है।

उस पर ध्यान दें $\frac{V}{2}$एक कैप ने अपनी ऊर्जा का 75% हिस्सा समाप्त कर दिया है।
यदि एक टोपी को आवश्यक ऊर्जा की मात्रा दोगुनी है, तो इसे 70% तक खत्म करने से आधे समय के लिए संग्रहित अन्य आंतरिक ऊर्जा आधी हो जाएगी ”

बहुत स्पष्ट रूप से, एक 'बैटरी' जो एक शुरुआत के लिए अच्छी है, आमतौर पर उपयोगी नहीं होती है। बड़े चार्ज पर ज्यादा बड़े कैप की जरूरत होती है। और फिर भी एक बैटरी की ऊर्जा क्षमता से संपर्क करना संभव नहीं होगा।

इसलिए - अभी तक व्यावहारिक नहीं है - लेकिन धीरे-धीरे वहां बढ़ रहा है। शायद 10 साल (लगभग 7 मूर के कानून चक्र)

470 - 3300 फैराड एक्स 2.5 वी सेल।

रिसाव के:

उपरोक्त लीकेज 0.5C mA है - इसलिए 200 F कैप के लिए यह 100 mA रिसाव है। एक फैराड आपूर्ति करेगा कि 10 सेकंड के लिए और एक वोल्ट ड्रॉप करें।

तो एक 200F कैप लगेगा $2 \cdot 200F = 400$सेकंड एक वोल्ट ड्रॉप करने के लिए। काम की जरूरत है! कुछ इससे बहुत बेहतर होंगे।

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Ultracap कर सकते हैं जैसे आप गणना 88,200 जम्मू की दुकान है, लेकिन आप 42V के साथ की आपूर्ति करते हों। 12V प्रणाली में यह केवल आपके द्वारा पहले गणना की गई 7200 J को संग्रहीत करेगा।

— स्टीवन्वह

@stevenvh - हाँ। जैसा कि मैंने पहले ही ऊपर के पाठ में संधारित्र ऊर्जा के माध्यम से चला गया है, मुझे आशा है कि यदि वांछित है कि "छात्र" द्वारा गणना की जा सकेगी। पूरी कवायद थोड़ी मुस्तैद है क्योंकि कोई भी ऐसा करने वाला नहीं है, इसलिए मैं विभिन्न परिधीय बिंदुओं में नहीं गया हूं। जैसे डिस्चार्ज की प्रगति के रूप में वोल्टेज ड्रॉप। मैंने ध्यान दिया कि कैप 70% वोल्टेज पर 1/2 ऊर्जा पर होगा। क्रैंकिंग के तहत एक 12 वी कार की बैटरी लगभग 6 वी तक गिर सकती है [!] - मैंने पहले से ही सुपरकैप आंतरिक प्रतिरोध और अधिकतम पावर ट्रांसफर लोड को कवर किया है। लेकिन उस में से कोई भी बहुत प्रासंगिक होने वाला नहीं है अगर यह निर्मित नहीं है :-)

— रसेल मैकमोहन

आपका 10 साल का अनुमान थोड़ा अधिक लगता है। हम वर्तमान में सस्ती 3kF / 2.7V के साथ> 200A निरंतर कर रहे हैं ESRs पर 1mOhm नीचे और कुछ प्रतिशत प्रति दिन रिसाव।

— प्लाज़्मा एचएच

Answer 2

बैटरी में एक बिंदु तक, चार्ज पर वोल्टेज का अपेक्षाकृत सपाट वक्र होता है। कैपेसिटर में चार्ज पर वोल्टेज का एक रैखिक वक्र होता है।

बैटरी के साथ, आप बस बूस्टर बैटरी पैक को एक तरह से सेट कर सकते हैं, जो वोल्टेज आपकी ज़रूरत को चार्ज प्रतिशत की एक विस्तृत श्रृंखला पर फिट करता है।

कैपेसिटर के साथ, यह एक विकल्प नहीं है, क्योंकि वोल्टेज उपयोग के साथ तेजी से बदल जाएगा। इसका उपयोग करने के लिए, आपको सही वोल्टेज की आपूर्ति के लिए कुछ बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होगी।

इसके अलावा, वर्तमान में सुपरकैप्स की विशिष्ट ऊर्जा (वजन के अनुसार ऊर्जा संग्रहित) बैटरी की तुलना में अभी भी कम है। यह कुछ वर्षों के भीतर बदल सकता है।

इसलिए, अभी, सुपरकैप्स कम ऊर्जा प्रदान करते हैं, और अतिरिक्त बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होती है, जिससे उनका उपयोग शक्ति स्रोत के रूप में अक्षम हो जाता है।

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आपका पावर इलेक्ट्रॉनिक्स विश्लेषण बिल्कुल सही नहीं है। बैटरी वोल्टेज नाटकीय रूप से भी गिरता है। याद रखें, एक कार में, इंजन शुरू करने के दौरान, बैटरी वोल्टेज 50% से अधिक दुर्घटनाग्रस्त हो जाएगा क्योंकि इंजन का पूरा यांत्रिक भार स्टार्टर मोटर पर प्रकट होता है (यह क्रैंकिंग के दौरान आपके हेडलाइट्स मंद है)। याद रखें, एक रुकी हुई डीसी मोटर लगभग एक शॉर्ट सर्किट की तरह दिखती है। कैपेसिटर को व्यवहार्य रखने के लिए आपको बस एक डायोड की आवश्यकता होगी, ताकि एक बार इंजन क्रैंक और अल्टरनेटर बिजली का उत्पादन शुरू कर दे, कैपेसिटर बैंक कम-आरपीएम इंजन को लोड नहीं करता है और इसे बाहर स्टाल करता है।

— DrFriedParts

Answer 3

बहुत दिलचस्प चर्चा; मैं पूरी तरह से और विस्तृत गणना की सराहना करता हूं। भले ही वर्तमान तकनीक यह इंगित करती है कि यह एक व्यावहारिक अनुप्रयोग नहीं है, लेकिन मुझे एक ऐसा टिंकर मिला, जिसे लगता है कि इसमें सफलता मिली है: http://www.youtube.com/watch?v=GPJao1xLe7w यहां एक व्यावसायिक उत्पाद है जिसे स्थापना के लिए डिज़ाइन किया गया है शुरू करने की शक्ति सुनिश्चित करने के लिए 18-पहिया वाहनों पर; इस डिज़ाइन में चार ट्रक बैटरियों में से एक को अल्ट्राकैपेसिटर इंजन स्टार्ट मॉड्यूल के साथ स्वैप किया जाता है, लेकिन यह स्वयं वायरिंग पर है: http://www.maxwell.com/products/ultracapacitors/products/engine-start-module

हो सकता है कि सावधान डिजाइन के विचारों के साथ ये अल्ट्राकैपिटर एरियर्स कुछ स्थितियों में उपयोगी हो सकते हैं।

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FYI करें, उसी टिंकरर को नए 350Farrad 2.5V के साथ सफलता मिली है जिसमें श्रृंखला में उनमें से 6 के साथ 15V का अधिकतम वोल्टेज है, क्योंकि अल्टरनेटर 14V से अधिक का उपयोग करेंगे। Youtube.com/watch?v=z3x_kYq3mHM देखें । हालांकि वह 6x 2600F के साथ-साथ पूर्ण बैटरी प्रतिस्थापन के लिए youtube.com/watch?v=GUXM1XuLUIs में डैश पर एक 2.5W सौर पैनल पर वापस चला गया है ।

— बियोवुल्फ़नोडे 42

Answer 4

मेरे काम के हिस्से के रूप में, मेरे पास कुछ उपकरण हैं जो किसी दिए गए शुरुआती वोल्टेज, एंड वोल्टेज, लोड पावर और समय के लिए कैपेसिटर बैंकों की तुलना करते हैं। ईएसआर और ईओएल मूल्यों को भी ध्यान में रखता है। मेरे डेटाबैंक में अस्तित्व में हर अल्ट्राकैप नहीं है, लेकिन यह सबसे अधिक संभावना वाले संदिग्धों का एक नंबर है।

तो चलिए मान लेते हैं कि आमतौर पर आपके द्वारा उपयोग की जाने वाली बैटरी 13.2V पर शुरू होती है, और 500A पर लोड होने पर 7V पर गिरती है। हम लो-एंड वोल्टेज से अपनी शक्ति की गणना कर सकते हैं, क्योंकि यह स्पष्ट रूप से कार शुरू करने के लिए पर्याप्त है। एक अल्ट्राकैप से एक सेकंड के लिए 3500W खींचने के लिए और फिर भी उस वोल्टेज रेंज में रहें, मुझे जो सबसे अच्छा संयोजन दिखता है, उनमें से दो समानांतर होंगे। तो आप ~ $ 100 बैटरी को बदलने के लिए $ 3k अल्ट्रापैप के बारे में बात कर रहे हैं। आप दो के बजाय एक अल्ट्राकैप मॉड्यूल से दूर हो सकते हैं, खासकर यदि आप एंड-ऑफ-लाइफ मूल्यों का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन आपके पास बहुत कम ओवरहेड होगा, और आपके ईएसआर नुकसान काफी बढ़ जाएंगे। फिर भी, और यहां तक ​​कि प्रत्यक्ष-से-निर्माता मात्रा मूल्य निर्धारण के साथ आप अभी भी $ 1500 के बारे में बात कर रहे हैं।

तो यह उल्लेखनीय है, और पूरी तरह से पागल नहीं है । यह लागत-प्रभावी है या नहीं, यह बहुत हद तक इस बात पर निर्भर करता है कि आपकी बैटरी की लागत कितनी है, और आपको अपने कैप बैंक के जीवनकाल में इसे कितनी बार बदलने की आवश्यकता है।

आप खुद ही अल्ट्राकैप कैसे चार्ज करेंगे, इस बारे में मुझे नहीं लगता कि यह कोई समस्या है। एक सेकंड के बाद 3500W लोड पर उस कैपेसिटेंस पर टर्मिनल वोल्टेज लगभग 10.2V है, इसलिए हम कैप्स में खोए 11.5 kJ चार्ज के बारे में बात कर रहे हैं। (इसलिए हम लोड करने के लिए 3.5 kJ वितरित कर रहे हैं, और ESR में 8 kJ खो गए हैं!) जिसे कुछ ही सेकंड में दीवार सॉकेट से चार्ज किया जा सकता है। यदि आप दूसरा शॉट चाहते हैं, और पास में कहीं भी दीवार सॉकेट है, तो आपको ठीक होना चाहिए। और आप कहीं भी कैपेसिटर की वोल्टेज सीमा के पास नहीं हैं, जिसका अर्थ है कि आपके चार्जर को विशेष रूप से स्मार्ट होने की आवश्यकता नहीं है, जैसे कि ली चार्जर होना चाहिए।

संपादित करें: मैं फिर से इस सवाल पर आया और नए उपकरणों, मूल्य निर्धारण और उपलब्ध भागों के आधार पर संख्याओं का पुन: निर्धारण करता हूं। सबसे अधिक लागत प्रभावी समाधान अब समानांतर रूप से $ 600 की लागत के साथ समानांतर में इनमें से पांच प्रतीत होता है । और यह अभी भी कैप्स पर ईओएल मान मान रहा है। नाममात्र के लिए, आपको समानांतर में केवल तीन की आवश्यकता होगी। पिछले दो वर्षों में विशाल सुधार! यह वास्तव में खुद के लिए भुगतान कर सकता है!