Ионисторы - накопители энергии для систем автономного питания

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

При заряде - 0,99.
При хранении 3 недели - 0,75.
Затем стабилизатор напряжения или тока ещё на себя энергию "отъест".
Почему я и думал о статических коммутаторах конденсаторных цепочек (например из 6 последовательных ячеек по 8 параллельных в 48 последовательных в конце разряда или начале заряда), но там схем балансировки придётся 48 шт. отдельных иметь.

Поэтому для простоты расчётов и приближения к реальности считаем, что все конденсаторы жестко связаны в последовательно-параллельные группы.

Хороший импульсный понижающий (buck) конвертер имеет КПД 0,9...0,95.
buck-boost - 0,7...0,85 (чтоб до минимума напряжение из банок "выжать")
В итоге общий КПД системы хранения от нуля до 0,9

Если у вас будет такой преобразователь (из 500кВ в низкое для светодиодов), то острую металлическую палку в небо поднимаете метров на 50 и имеете халявное электричество из самозарядного атмосферного кондёра
Схема безопасного и доступного "назгулятора" (имени Кучера П. А.) закроет многие энергетические проблемы. ЛЭПы демонтируют, энергосбыты развалятся

 

35В 500Ф- это всего лишь 170Вт*ч, не 1кВт*ч
11,93В для 6 ионисторов- это всего лишь 2,0В на банку- то есть старотвый заряд 54% максимальной энергии. Проверять саморазряд лучше с макс. напряжения. Вы же не будете использовать только половину ёмкости?

 

Пока всё таки рассматривается вариант с размещением оборудования на улице без дополнительного утепления (очень не хочется организовывать бункер типа НУПа) и обеспечения работоспособности ну хотя-бы до -40°С (-50°С это предельная температура, возможно надо как-то отключиться). По температурным режимам все основные компоненты вроде выдерживают:
1. Ионистор - до -50° (на пример http://www.elton-cap.ru/products)
2. Солнечные батареи и светодиоды тоже холодолюбивые, это же не быстродействующая автоматика.

Возможно ли вообще рассматривать идеализированную схему без автоматики:
СБ-накопитель (ионистор)-светодиоды (стабилизация по входному напряжению внутри корпуса)
Светодиоды работают ночью, днём система заряжается. Работа без подзарядки максимально возможная (полагаю что 4-5 дней на облачность достаточно, а если произойдёт разрядка в 0, то это для ионистора тоже вроде не смертельно).

 

Тогда совет. Обычно -50оС грозит безоблачной погодой (я не силён в Арктике/антиподах- это моё ИМХО).
Поэтому при приближении -50 просто часть энергии начать пулять на подогрев внутреннего пространства системы. Утепление по максимуму. Если лето бывает (ну не знаю, куда Вам такое надо )- то утепление поможет бороться с перегревом.
Было бы здОрово не играть в "угадай-ка", тогда легче озвучивать цены таких проектов.
По ёмкости- считайте сами. 1кВт*ч ионисторов- это 127,000 фарад при Uном=2,7В и разряде до 1В (дальше энергии мизер, и DC/DC- конвертор усложняется и резко теряет в эффективности.
Известная мне минимальная цена на бренды- около 30$ за килофарад.
Стабилизацию светодиодов лучше делать по току. То есть конвертор должен уметь делать CC/CV. Стоить будет копейки рядом с накопителем.

 

Меньше вдвое. E=СU1*U1/2 - СU2*U2/2
U1=35В
U2=4В (определяется DC/DC конвертером, например я ссылку давал выше на китайские модули с микрухой LM2587S-ADJ)
Доступная энергия китайских блоков 500Ф массой 55кг будет:
500*35*35/2-500*4*4/2 = 83,9 Вт*ч
С учетом КПД хранения (за 2-3 дня) 0,9 и преобразования (0,8) будет 60Вт*ч
для 1 кВт*ч нужно 17 таких блоков
это $37400 без учёта доставки и пошлин
и масса 935 кг

А дешёвые максвеллы на ебэе кончились (по $60 за 3000Ф 2,7В).
Ещё один форумчанин из Казани купил на алиэкспрессе для нескольких фонариков
100 шт 30F 2.7V за 145$ с доставкой. Подождём его отчёт.

Макс. напряжение на отдельных банках предполагается 2,3В для продления службы:
https://www.wima.com/assets/supercap_lifetime.jpg

​

Ну и 12В удобно для совместимости со свинцом.
Плата балансировки на 6 каналов с микрухами NCP304LSQ23T1G и полевиками IRF7401 не сделана ещё. Без неё перезарядить и "вскипятить" банки можно запросто.

А вы про них запросы цены делали? Прайс можете сюда вложить?
При всех их плюсах типа самобалансировки и возможности доливки дист. водой невозможность разряда ниже 0,7В весьма неудобна.
Сравнительная таблица:
http://www.electrosad.ru/Electronics/SuperCon.htm
Кстати полностью симметричные максвеллы можно и в 0 разряжать (они у меня так и лежали больше года) и до 100 раз переполюсовку сделать.

P. S. Чего-то ни ZENN-cars, ни ёмобили не начали ещё делать. А так можно было бы покупать их списанные батарейки, доливать водой, тренировать и использовать в дом. хозяйстве.
И форум ultracapacitors. org несколько дней не открывается - или дольше уже?

 

3. Тут вопрос скорее в макс. эксплуатации ёмкости. Сейчас, тут (где, кстати? х. з.). При бюджете такой железки срок службы никого волновать не будет. Тем более на том знаменитом графике нет зоны про 0-50оС ;-)
2. Я купил СЛУЧАЙНО 100*100Ф по рублю за фарад, потом англичане опомнились и подняли цену. В ДЕСЯТЬ раз.
1. Да, ступил, как в той данетке- "пополам" забыл.

ЗЫ Вряд ли (3000Ф) 0,5кг*13 (35В/2,7В)*2 (500*13/3000) весит 55кг...

 

Где? А доставка сколько была? Таможня не приставала?
Куда поставили?
У меня проблема со схемой заряда от СБ - как включить полевик с p-каналом, чтобы в конце заряда при перенапряжении на всех ячейках его выключить от 6-8 оптронов по схеме И?
В начале заряда напряжение кондёров равно нулю и полевику приоткрыться нечем.
DC/DC конвертеру тоже тяжко на КЗ работать.
MPPT зарядники на одной-двух микрухах (ISL1801, LT3763) мной ещё не освоены.
Маломощные серийные ПМСМ войдут в отключку при фактическом КЗ выхода.

Китайцы могли и банками по 1000Ф массив набрать.
В анонсах магазинов у Dongguan City GongHe Electronics и на 3 и 5кФ есть, но даташитов нет у манагеров.

35В/2.5=14 последовательных надо в каждую ветку
3000/14=214Ф ёмкость одной ветки, если это максвелл BCAP3000 (0,51 кг/шт)
500/214=3 ветки надо
масса - 3*14*0,51=21,42 кг
Остальное м. б. корпус, перемычки, вентиляторы, схемы балансировки?
Или в 1000-фарадных относительная масса стаканов больше получается.

По-моему вопрос о -50°С вызван эпическим сдыханием солнечного "наносветофора" со свинцовыми акками внутри. В первую же зиму, до окончания гарантии.
https://bolknote.ru/2012/10/08/~3766#24
Кому-то "намылили шею", поэтому решено делать "на века" по принципу "торг здесь неуместен"

 

3. В любом варианте 55кг для 84Вт*ч- это что-то скорее про кондёры обычные.
В знаменитой статье про ионисторы ("ИОНИСТОРЫ" Алексей Балыкшов) есть диаграмма. Зона 1,5Вт*ч/кг относится к самым плохим ионисторам.
2. DC/DC пофиг КЗ на выходе, если в нём есть правильное ограничение тока. Про isl1801 u lt3763 ничего пока не скажу- ковыряюсь сейчас в дизайнерском сайте TI (см.в моём дневнике), но точно знаю, что при хорошей реализации OCP (защита от КЗ и перегрузки по току)- конвертор переходит в режим типа CC- то есть выплёвывает на выход макс. ток при той напруге, которую диктует нагрузка. Слишком импульсный режим защиты (когда одиночный открывающий импульс следует раз в миллисекунды- сильно уменьшает отдаваемую мощность.
Сам хочу сделать свой МРРТ- в нём планирую входной блок (с ионисторами, кстати) настроить на работу в режиме типа "0,9*Uхх"- то есть ШИМом отключать нагрузку, чтобы она не проваливала панель в режим мизерной мощности. Для переноса энергии использовать кондёр большой ёмкости с большим Irms (импульсный ток)- подключать его то к панели (заряд), то к нагрузке- разряд. Этот режим ОЧЕНЬ подойдёт для заряда высосанной батареи ионисторов.
Ещё раз акцентирую внимание- при разряде до ПОЛОВИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ мы высасываем 75% МОЩНОСТИ. С 2,7В до 1,0В- 86%! Поэтому изобретать DC/DC с безумным диапазоном рабочего напряжения бессмысленно.
webench. ti. com мне явно показал, что МОЩНЫЕ и СУПЕРэкономичные DC/DC работают в довольно узком диапазоне напряжения. Как только задаёшь сильный разброс Ucc- сразу валятся η и Pout max.
Примеры:
http://webench.ti.com/WebenchReports/WebenchReportsServlet?pid=116&ptype=design&uid=3573196&locale=en_US&companyName=TI&wb5_panel_design=1354538288812 - разрядчик для 20 последовательных ячеек (Uвх 28-54В, Рмакс=325Вт, η=98%)
http://webench.ti.com/WebenchReports/WebenchReportsServlet?pid=181&ptype=design&uid=3573196&locale=en_US&companyName=TI&wb5_panel_design=1356085844265 - разрядчик для 20 последовательных ячеек (Uвх 21-55В, Рмакс=СРАЗУ УПИРАЕТСЯ В 200Вт, η=96-97%). Чтобы посмотреть схемки- надо зарегиться бесплатно.
1. Поставил сейчас 3600Ф для знакомства с альт. энергетикой- для сбора энергии с моей 1-ственной 50Вт- непасун-панели. Есть мысли сделать буфер для стартерной батареи, для смягчения режима акков в батарейном инверторе- при включении импульсной большой нагрузки- схема 11s9p идеально из 99 ионисторов получится. Ионисторы вообще имеют смысл только там, где есть частые, ОЧЕНЬ частые разряды большой мощностью, иначе их дороговизна не окупается.
Про полевик- мысли есть, из дома напишу- дитя в садике томится- заберу пойду.
0. Про покупку, доставку, таможню- тоже вечером. Часть инфы есть в моём дневнике. Коротко- farnell. com ИЗУМИТЕЛЬНО доставляет к нам- два дня, 20€ хоть за 5 посылок- если всё заказано 1 раз- потом частями отправляют...

 

1. доставка- как писал, Farnell, а так же например, офис Maxim, высылали службой UPS- посылки шли моментально. Farnell ПРИСЫЛАЕТ НАПРЯМУЮ в мой город мимо Москвы- приходит за двое суток!
Ограничения: цена посылки по накладной- не более 200€, есс-но, если 1 запчасть тянет на более 200€- посылка уходит в М-ву- и, например, моя неудачная попытка купить железяку за 270€ закончилась фиаско- посылка провалялась в офисе UPS, молча ожидая некоей инфы про назначение- мне при этом никто ничего не сообщал, отправитель тоже ничего не знал. http://wwwapps.ups.com/WebTracking/processAltInputRequest?loc=en_RU&req=alttrk&tracknum=1Z2399A00460528404&r=9597
Поэтому не могу рекомендовать UPS для серьёзных дел. Может, это сбой и ОБЫЧНО у них так же всё быстро, как с недорогими отправлениями.
1а.Про Maxim Integrated- у них есть возможность СПОКОЙНО заказать семплы (1-2 корпуса) микросхем БЕСПЛАТНО. При этом даже за доставку ничего не платишь. Нужно просто зарегиться и по-чесноку написать, зачем тебе бесплатные микросхемы.
2. При перенапряжении? Это когда на блоке U=2.3 (2,7) V*n? Так поставить триггер, который будет защёлкиваться, когда ионисторы полны. Ведь, как я понимаю, ФЕТ этот питаться должен от зарядника? Как бе часть ЗУ- типа входа "Откл"? См. вложение. Сорри за кривизну. Такое Вы имели в виду?

 

Сейчас у них ничего дешёвого ионисторного нет. Маусер и дигикей намного лучше по максвеллам (71-72 долл. за 3000Ф / 1шт). Изделия других фирм у них намного дороже.

Знаю, после халявных 5 шт MAX6376XR23 я купил 15 шт. NCP304LSQ23 у росс. дилера. Ещё в 2011 г.
Теперь надо платки ограничителей паять.
И думаю, что лучше - ставить их прямо на болтах ионисторов как у максвелл integration kit
фото 3 тут: https://www.forumhouse.ru/threads/175055/page-7#post-4662437
или в стороне, чтоб горячая электроника была отдельно от холодных "стаканов"? (фото2 там же).

Теряем компактность и халявное охлаждение полевиков на М14 алюминиевые болты. Зато "грелка" отдельно будет. Получаются лишние провода и радиаторы, но и увеличенный срок службы.

да, всё верно, только диод и триггер лишние (ПМСМ).
Я на полевике p-типа собирался, а он "нормально разомкнутый" при таком включении и околонулевом напряжении управления.

 

1. тепло ионисторам противопоказано. Ну только если -50оС за бортом- и то греть лучше весь объём, подальше от ионистора. Поэтому НАДЁЖНО припаянная, но на расстоянии, нагрузка. Кстати, зачем полевики в шунтах охлаждать? Там токи не амперы имхо, и при Rdson порядка десятков миллиом падать на ём будет ну сотня миливатт.
Нагрузочные резисторы если брать в корпусах:

, то, разместив их на текстолите у верхнего вывода ионистора, добъёмся приличного расстояния.
2. Триггер не лишний! Он должен питаться от зарядника нормальным напряжением, не тем, которое на нагрузку идёт- тогда он будет нормально держать свои состояния "пущать"/"не пущать". А чем мой полевик не р-типа?
ОТКЛЮЧАТЬ (то есть закрывать полевик) триггер будет, когда на нагрузке макс. напряжение и все ионисторы рапортуют "полна коробочка". Триггер должен сбрасываться (разрешать зарядку), когда на нагрузке меньше, чем Вы наметили- 2,3 (2,7) В*N-х%. Так что не вижу проблемы
Не маловат ли гистерезис у Вашего варианта супервизора (всего 2%)? Я себе взял на пробу MCP112T-270E/TT. Сорри, но жадность никуда не деть- ведь Вы предлагаете заряжать их всего до 2,3В- а это всего 73% макс. энергии. Я хочу 100%! Так вот, у моих гистерезис отпускания около 6%. И ИМХО они не будут "скакать", как у Вас- то разрядка 15 секунд, то зарядка 5...

Считаем: зарядник (ну там СП или кто ещё)- на выходе БЕЗ нагрузки напруга пусть16В. На затвор подаём НУЛЬ. Получаем напряжение Uds=-16V. Транзюк открывается. А что нагрузка (блок ионисторов) высажена до 1В*n (например, пусть блок из 7 ионисторов, тогда Umin=7V)- так это проблема зарядника- или перейти в режим СС, или, коммутируя цепь, не давать нагрузке проваливать себя вниз (да, СП позволяют работать в режиме "почти КЗ"- но нафиг Вам это надо? Там Pout в НЕСКОЛЬКО раз меньше, чем в МРРТ!). Поэтому "charger" должен иметь функцию поддержки МРР- не давать нагрузке заваливать источник в неэффективный режим.

 

Да я сначала думал о простецкой схеме без импульсных понижаек.
См. вложение.
По постоянке она работает, при открытии всех 6 оптронов будет ВЫКЛ, иначе ВКЛ при Uвх>5В.
R2 и R7 - для моделирования, в конечной схеме они не так включены.

Насколько схему спасает от "дребезга" и активного режима полевика затворный конденсатор при начале заряда - не знаю.
Модель солнечной батареи 50Вт как сделать?
А ваша схема наоборот нарисована, потому и показалось, что полевик N-канальный и проблема долгого холодного старта там решена

Смысла в триггере не вижу, у вас их уже 6 шт в супервизорах (ну или по числу последовательных ячеек).
Если хотите 100% ёмкости использовать, то надо заряжать например матрицу 6p*6s, а разряжать 36s - досуха
И каждые 10 лет покупать новые банки, т. к. при 2,7В электролит быстрее разлагается.
Гистерезис супервизоров NCP304 около 5%, это точность заводской калибровки напряжения срабатывания 2%.
NCP304LSQ23T1:
2.254V 2.3V 2.346V - мин, тип, макс напряжение (которое загрубить 2-мя резисторами никогда не поздно)
0.069V 0.115V 0.161V - гистерезис срабатывания.

Обычные солнечные ШИМ зарядки тоже "скачут" и это никого не напрягает. И вообще с такими банками быстро скакать трудно.
Чем грозит меньший гистерезис, кроме меньшего времени включения балластных резисторов, не знаю.

А может мы и так свинец "переплюнем"? Потому что супербанкам и 2 часа заряда зимой хватит.
MPP можно по-простому как 0,7Uхх определять, только схема развесистой будет.
Отключились от СБ на 10 мс - померяли Uxx - запомнили - сравнили - подключили нагрузку...

 

Между двумя разнозаряженными, толстыми, низкоимпедансными банками без доп. катушек переключаться рискованно. Ток в килоампер запросто можно словить
Оптимальнее buck-конвертер с управлением от перемножителя (AD532, etc).

P. S. ПМСМ (по моему скромному мнению) - импортозамещение аббревиатуры IMHO.

 

4. Изначально так и думал (отключили,померяли,запомнили,подключили нагрузку, сравнили...). Но потом решил, что проще сделать фотодатчик, который НЕПРЕРЫВНО будет мерять световой поток, СРАЗУ влиять на целевое напряжение. Если освещённость ниже плинтуса- нагрузка совсем отключается. Если слабая- схема знает, что, например Uxx=38V, Umpp=30V, и соответственно регулирует скважность коммутации нагрузки, чтобы та не тянула мощность больше, чем даёт СП. То есть сделать некую память (да, даёшь к155ре3!), в которой хранится соответствие освещённости и Umpp. Свинец переплёвывается ионисторами только в СКОРОСТИ/СТЕПЕНИ зарядки/разрядки и кол-ве циклов. То есть зарядить от 32кВт СП ионисторы мы можем элементарно (принимаемая мощность порядка 100кВт на 1кВт*ч ёмкости, но
3. Если не подключать тупо напрямую зарядку к блоку ионисторов, то скакать будет.
2.10 лет при 2,7В... Во-1, у схемы 2,7В на ячейку будет только когда батарея полностью заряжена. Но мы же не для этого её собираем? Эх, ошиблись бы тогда англичане не в 10, а в 100 раз в мою пользу- я б и лифер не покупал! А так- http://ru.mouser.com даёт 30$ за килофарад, т. е. 0,7мегарубля за кВт*ч. Баловство это всё-таки... Надежда (слабая), что через 10 лет ионисторы будут стоить как щяс лифер, а свинец наконец уйдёт в музей.
1. Я НЕ хочу использовать 100% ёмкости- это возможно только с пассивной нагрузкой (ТЭН, резистор...)!
И коммутация ячеек с 36s1p -> 6s6p - гемор ещё тот, не стоящий высосанной энергии! Моя схема (2,7В->1.0V)- то есть высос 86% энергии- 1-ственный разумный вариант!
0. смысл в триггере есть! Если Вы ставите напряжение подключения зарадки, например, Uon<=0.95Umax, то схема зарядится и успокоится. А так балансиры будут у Вас сливать часть напруги, закроют оптроны (хоть один!)- и зарядник опять начнёт трудиться на нагрев Вселенной- а мог бы на резервную схему накинуться- ну там огород полить иль чё
-1.Чой-то совсем не понял, как у Вас привязаны оптроны к банкам ионисторов? Это Вы так условно связи не нарисовали.
У Вас получается, что оптроны открываются при превышении на выходе зарядника какого-то нестабильнонеизвестного напряжения? Ето как? Я думал(-ю), что КАЖДЫЙ канал оптрона заведён на отдельный ионистор, и при срабатывания на нём балансировки даёт свой вклад в путь электронов в цепи "зарядка завершена". И когда ВСЕ ячейки дадут своё добро- цепочка фототранзисторов начнёт пропускать ток, и зарядник получит этот сигнал? Ну как я коряво нарисовал выше...
А понижайка нужна! Ибо она помимо преобразования мощности (вход- до 47/94В, выход- CC/CV на напругу от 1,0В*n до 2,3 (2,7) В*n) даёт ограничение тока- писАл выше. lm5116 нам в помощь... http://webench.ti.com/WebenchReports/WebenchReportsServlet?pid=262&ptype=design&uid=3573196&locale=en_US&companyName=TI&wb5_panel_design=1358513800046

 

про имхо уже понял
не люблю русский язык применять там, где и по-английски-то баги попадаются (тех.документация, сленг етс)
килоампер не поймаете- во-1, сопротивление канала ФЕТа от 1.0-10,0мОм, во-2, ёмкость даже лежащего передо мной MAL203853223E3 6.3V, 22000UF и ему подобных такова, что зарядится он за доли/миллисекунды до энергии (для бОльших напряжений) порядка 1-3-10Дж. Основной смысл- не дать ПОТРЕБЛЯТЬ больше, чем может выдать панель- то есть средняя передаваемая через кондёр мощность будет НЕ БОЛЬШЕ, а меньше Pmax solar.