Суперконденсатор (ионистор) против аккумулятора

Может ли конденсатор или ионистор заменить аккумулятор и каково будет время их работы? Онлайн калькулятор времени разряда конденсатора (ионистора) в зависимос- ти от его ёмкости и сопротивления (тока) нагрузки.

Ионистр
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 традиционными конденсаторами, внутреннее сопротивление (10...100
   Ом);
– Значительно больший, по сравнению с аккумуляторами, ток саморазряда (десятки мкА).

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 – 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, используемых в качестве источника питания, 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 нагрузка с более-менее 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 КАЛЬКУЛЯТОР ВРЕМЕНИ РАЗРЯДА КОНДЕНСАТОРА / ИОНИСТОРА

   Тип нагрузки     
   Сопр. нагрузки Rнагр (если она резистивная)        
   Ток нагрузки Iнагр (если она токовая)        
   Ёмкость конденсатора С         
   Напряжение полн. заряженного конденсатора U (В)         
   Минимальное напряжение на конденсаторе Uc (В)         
  
   Постоянная времени τ (при резист. нагрузке)            
   Время разряда            



 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved