Суперконденсатор (ионистор) против аккумулятора
Может ли конденсатор или ионистор заменить аккумулятор и каково будет время работы?
Онлайн калькулятор времени разряда конденсатора (ионистора) в зависимости от его ёмкости и сопротивления (тока) нагрузки
Несмотря на значительное развитие и усовершенствование технологий автономного питания, на сегодняшний день аккумуляторы всё-таки продолжают оставаться
расходным
материалом. И связано это с приличным набором присущих им недостатков, главным из которых остаётся довольно ограниченный ресурс.
И если на первом этапе эволюции классические одноразовые батареи заменялись гораздо более удобными и экономичными АКБ, то сейчас
всё чаще можно отметить другую тенденцию – использование в качестве источников питания суперконденсаторов или ионисторов.
Не даваясь в тонкости устройства суперконденсатора, отметим его основные положительные качества:
– Малое время заряда;
– Высокая импульсная мощность, позволяющая элементу работать, фактически, на токах короткого замыкания;
– Количество циклов заряда/разряда, превышающее 100000 раз;
– Не требуют обслуживания;
– Работает в широком диапазоне температур (-40...+70° C);
– Длительный срок службы.
Было бы неправильным не отметить и присущие суперконденсатору недостатки:
– Малое рабочее напряжение (до 2,7 вольт на элемент);
– Более низкая, по сравнению с традиционными источниками, удельная энергия (5...12 Вт*ч/кг против 200 Вт*ч/кг для литий-ионных
аккумуляторов);
– Большее, по сравнению с обычными конденсаторами, внутреннее сопротивление (10...100 Ом);
– Значительно больший, по сравнению с аккумуляторами, ток саморазряда (десятки мкА).
Для того чтобы увеличить рабочее напряжение суперконденсаторов, их соединяют последовательно, правда, для надёжной работы нужно каждый отдельный
ионистор шунтировать резистором. Делается это с целью выравнивания напряжений на каждом из них, так как параметры
отдельных ионисторов могут существенно отличаться. При этом ток, который течёт через выравнивающий резистор, должен быть в несколько раз больше тока утечки
(саморазряда) ионистора.
Теперь немного об определении характеристик суперконденсаторов. В отличие от аккумуляторов, где основная характеристика – это ёмкость, измеряемая в Ампер-часах,
у суперконденсаторов это Фарад.
Вот формула, которая позволяет определить энергию, накапливаемую суперконденсатором:
W(Дж) = C(Ф)*U2(В)/2.
А для того, чтобы определиться, подойдёт ли нам ионистр в качестве заменителя аккумуляторной батареи, необходимо посчитать время его разряда при
заданном токе нагрузки, либо эквивалентную ёмкость, выраженную в Ампер-часах.
Напряжение на конденсаторе при его разрядке через Rнагр в зависимости от времени t составит:
UC = Ue-t/τ = U/et/τ, где
τ = Rнагр*C – это постоянная времени RC-цепи, а
e – основание натурального логарифма ≈ 2,718.
Если же конденсатор разряжается постоянным во времени током, то формула становится ещё проще:
UC = U - I*t / C.
Теперь, совершив незамысловатые математические действия, можно рассчитать время разряда полностью заряженного конденсатора или ионистора до заданного
уровня минимального напряжения.
А для удобства приведём онлайн калькулятор для расчёта данной величины времени разряда.
Но для начала определимся, какие данные следует вводить в калькулятор:
1. Тип нагрузки: "Резистивная" – это какая-либо нагрузка с относительно постоянным сопротивлением в пределах изменения подаваемого на
неё напряжения. Ярким примером может служить лампа накаливания.
Сопротивление рассчитывается исходя из тока или мощности нагрузки в соответствии с законом Ома, которое можно определить по ссылке –
(ссылка на страницу).
В калькуляторе следует заполнить графу: "Сопр. нагрузки Rнагр (если она резистивная)".
2. Тип нагрузки: "Токовая" – это нагрузка с более-менее постоянным током потребления в пределах изменения подаваемого на неё напряжения.
Примером может служить низковольтный импульсный драйвер управления светодиодами. В данном калькуляторе следует заполнить графу:
"Ток нагрузки Iнагр (если она токовая)".
3. В большинстве же случаев, нагрузка оказывается смешанной, поэтому, исходя из приемлемого по точности результата, можно вводить как один, так и другой параметр.
4. "Минимальное напряжение на конденсаторе Uc (В)" – это минимальное напряжение, при котором сохраняется работоспособность "запитываемого"
устройства.
Ясен пень, что это напряжение всегда должно быть меньше, чем "Напряжение полностью заряженного конденсатора U (В)".
Так что – не ошибайтесь при вводе, а теперь калькулятор:
Онлайн расчёт времени разряда конденсатора
|
