Электролитические конденсаторы с самой высокой плотностью энергии

Я создаю проект, который включает разрядку довольно большого конденсатора через пару электромагнитных катушек. Электрически он очень похож на койлган, но для другого применения. Я не могу использовать суперконденсатор, потому что их удельная мощность недостаточно высока, и поэтому мне нужно найти электролитические конденсаторы с самой высокой плотностью энергии, потому что я ограничен примерно 80 г для конденсатора.

  1. При каком примерно максимальном напряжении стандартные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют наибольшую плотность энергии? Я могу спроектировать свою катушку и обратноходовой трансформатор вокруг напряжения конденсатора, если есть преимущество перед более высокими напряжениями, но если они все примерно одинаковы, я думаю, что электроника будет проще с конденсатором на 35 В, чем на 200 В.

  2. Есть ли сайт или производитель, у которого есть список конденсаторов с плотностью энергии для каждого из них? Похоже, что функция Parts.io или аналогичный сайт есть, но я нигде не могу ее найти. Как я это делаю сейчас, я должен найти размер упаковки для каждой крышки в таблице данных, а затем найти вес этого размера упаковки и рассчитать плотность энергии, что становится довольно утомительным.

  3. Должен ли я искать другую конденсаторную технологию вместо электролитической? Мне трудно найти танталовые конденсаторы такого размера, а те, что я нахожу, имеют характеристики, аналогичные электролитическим.

Очень редко указывается «плотность энергии» для конденсатора, вам придется самостоятельно производить расчет для каждого конденсатора. Я сомневаюсь, что вы найдете колпачок с большей энергией/объемом, чем суперкап. Несмотря на то, что суперконденсаторы могут работать только с очень низким напряжением.
Попробуйте запустить числа, используя, скажем, Digikey. Я бы ожидал около 10-50 В для конденсаторов, но это всего лишь предположение. Объемная плотность энергии может отличаться от массовой плотности энергии. Обычно это не указывается, поэтому вы можете скачать электронную таблицу различных конденсаторов и рассчитать ее самостоятельно, а затем отсортировать. Это не должно занять много времени. Я сомневаюсь, что какие-либо конденсаторы приближаются к плотности перезаряжаемой батареи.
Проблема в том, что такие сайты, как Digikey, Mouser и Parts.io, не указывают вес в качестве одного из своих стандартных элементов, поэтому вам нужно искать в таблице данных каждый из них. Я могу сделать это и поместить в электронную таблицу, просто это займет вечность. И я знаю, что ни один электролитический конденсатор не может сравниться с плотностью энергии перезаряжаемой батареи или суперконденсатора, но ни одна 80-граммовая перезаряжаемая батарея или суперконденсатор не будут выдавать пиковую мощность ~ 50 кВт, которая мне нужна.
Интересный вопрос, я видел его в нескольких паспортах конденсаторов, прежде чем измерять в Дж/г. Я предполагаю, что для воздушных систем это может быть полезно ... Я предполагаю, что это будет среднее напряжение, как упомянул @SpehroPefhany. Я бы посмотрел на электролитический полимер в первую очередь, я полагаю, что он имеет высокую плотность и очень низкое ESR.
Пиковая мощность 80 г и 50 кВт означает, что длительность импульса с конденсатором составит всего микросекунды. Как говорит @MadHatter, проверьте проводящий полимер, но я не вижу массы, указанной даже в таблицах данных. В дизайне нет ничего необычного в том, чтобы придумать показатель качества, который никто другой не считает важным.

Ответы (3)

Спасибо всем за помощь, в итоге я вручную сделал электронную таблицу с конденсаторами от 7,5 до 82 г и диаметром от 16 до 40 мм. В принципе, чем выше напряжение, тем лучше в семействе конденсаторов. Некоторые семейства конденсаторов рассчитаны на напряжение до 550 В, но наиболее энергоемкие семейства рассчитаны только на 450 В. Следующим важным фактором является тип подключения, поскольку конденсаторы с защелкой намного легче для данной емкости, чем конденсаторы с винтовыми клеммами или конденсаторы с радиальными выводами. Также кажется, что конденсаторы меньшего диаметра имели более высокую плотность энергии, но длина имела довольно небольшой эффект. Производитель в основном не имеет значения, поскольку все их высококачественные конденсаторы имеют одинаковую емкость для данного размера корпуса и напряжения.Плотность энергии в зависимости от напряжения Плотность энергии против массы Плотность энергии против диаметра

Из-за этого я выбрал наименьший диаметр и самый длинный защелкивающийся конденсатор из доступных: диаметр 22 мм, длина 50 мм, 400 В, 330 мкФ, United Chemi-Con ESMQ401VSN331MP50S , и я планирую подключить 3 из них параллельно. Они не указывают массу своих конденсаторов, но, исходя из массы TDK того же размера, она составляет 2,66 Дж/г. Самая высокая плотность энергии, которую я смог найти, составляла 2,99 Дж/г, но этого и нескольких других конденсаторов с самой высокой плотностью энергии нигде не было в наличии.

Хорошая работа над картами. Не забывайте о сопротивлении катушки и индуктивности. Конденсаторы с более низким напряжением могут нормально работать с катушкой 0,01 Ом с плоской или прямоугольной обмоткой (поскольку ток будет выше при низком сопротивлении), но если катушка измерена при 2 Ом, то это ограничит ток на основе доступного Напряжение. Индуктивность также может быть фактором, поскольку то, что вы действительно делаете, - это последовательное соединение конденсатора с изменяемой во времени катушкой индуктивности, которая в значительной степени представляет собой резонансную цепь «LC» в момент подачи питания. Ток будет быстро расти, а затем колебаться.

Очень важной характеристикой вашего конденсатора является то, как долго вы хотите, чтобы он работал.

Вообще говоря, производители получают надежные и долговечные компоненты за счет увеличения веса и снижения характеристик. Если вы поставляете, например, автомобильный рынок двигателей, вы действительно не хотите провалов, вы не хотите нести ответственность за то, что расстраивает миллионы состоятельных потребителей.

Если вы хотите максимизировать производительность, то требуется ограниченный срок службы и неискушенный, не жалующийся конечный пользователь. Вы получаете очень хорошую плотность энергии для электролитических колпачков для хранения энергии вспышки, используемых в одноразовых камерах. Они рассчитаны на разрядку в 1 Ом нагрузка лампы-вспышки. Трудно найти для них характеристики на весь срок службы, я видел техническое описание чего-то вроде них, в котором указано 5000 выстрелов, но я не уверен, было ли это для одноразового продукта или для конечного использования вспышки более высокого качества. В конце концов, максимальное количество срабатываний одноразовой камеры — 36 раз.

Я только что взвесил 80 г крышек, которые я спас от одноразовых камер, в том числе 11 крышек 120 мкФ 330 В (номинальное) 350 В (перенапряжение). При 330 В это даст вам в общей сложности 72 Дж. Заряжайте до импульсного напряжения, чтобы еще сократить срок службы, и вы сократите удельную энергию до 1 Дж/г. Это удаленно на вашем стадионе?

Учитывая номинальную нагрузку на конденсатор, и у вас будет 11, разрядная мощность 50 кВт вполне соответствует их возможностям.

@adrian, сколько энергии тебе нужно?
Я не думал о продолжительности жизни как о факторе, и мои требования довольно низкие. Менять конденсатор каждые 100 разрядов не мешало бы. Поскольку это такой короткий срок службы, хорошей идеей является зарядка до немного более высокого напряжения, чем это номинально.
Что касается накопления энергии, то чем больше энергии и мощности может выдать конденсатор, тем эффективнее он будет. Я думаю, что минимальная энергия для того, чтобы это было полезно, будет где-то в этом порядке, но это очень сильно зависит от эффективности моих электромагнитов.

На первый взгляд в вашем вопросе есть намеки на быструю разрядку.

Двумя типами конденсаторов, которые лучше всего подходят для хранения энергии и быстрого разряда, являются конденсаторы лампы-вспышки и конденсаторы источника питания электрического забора. Оба должны быть близки к лучшему, которое вы найдете по разумным ценам. Если вы хотите лучшего, то что-то рассчитанное на авиационный класс, чтобы сохранить низкий вес, может быть лучше, но будет стоить намного дороже.

РЕДАКТИРОВАТЬ:
Чтобы немного осветить ваш вопрос о напряжении, чем выше, тем лучше до определенного момента. Обычно точка диктуется вашими коммутационными компонентами или устройством, которое вы планируете запитать. 350 В постоянного тока является популярным пределом для коммутационных полупроводников, поскольку он соответствует пиковым линейным напряжениям для устройств, использующих 230 В переменного тока.

Ваш выбор производителя актуален только в том случае, если вы хотите много, в противном случае вам лучше искать сайты розничных продаж или дистрибьюторов.

Без дополнительных сведений о выбранном вами проекте может показаться, что алюминиевые электролиты — это то, что вам нужно. У тантала здесь очень мало дополнительных преимуществ.

Это хороший ответ. Однако я бы предостерег от танталов. Они печально известны как быстрыми скачками напряжения, так и высокими разрядными токами. Они могут взорваться белой вспышкой :)
Электролитические конденсаторы с самой высокой плотностью энергии
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v