Закладка суперконденсаторов (ионисторов) в проект. Дополнительные факторы, которые следует учитывать при проектировании накопителя

В предыдущей статье «Расчет накопителя на суперконденсаторах» приведён пример определения состава накопителя, то есть типа и количества конденсаторов, которые будут удовлетворять исходным требованиям.

Однако при расчете не учитывается множество факторов, которые напрямую или косвенно влияют на работу конденсаторов в составе накопителя и накопитель в целом. Рассмотрим эти факторы и определим, как их учитывать для безусловной работы накопителя в течении всего срока службы.

Рассмотрим новый пример расчета накопителя.

На основе данной информации можно рассчитать требуемый накопитель энергии.
Для примера расчета возьмем следующие данные:

На основании полученных данных рассчитаны параметры накопителя: накопитель 30Вх0,83Ф, состоящий из последовательно соединенных 12 шт. конденсаторов К58-26 2,7Вх10Ф.

1. Большая величина разрядных токов

При закладе суперконденсаторов в проект обязательно нужно учитывать величину токов. Расчет может показать, что накапливаемой энергии достаточно в суперконденсаторах и после разрядки остается необходимый запас по напряжению и энергии в накопителе.

Однако при этом величина разрядных токов может превышать максимальные токи для выбранного типономинала суперконденсатора. Если токи превышают допустимые значения, значит суперконденсатор будет разогреваться выше рабочей температуры среды. От однократной разрядки, конечно, не произойдёт деградации суперконденсаторов по параметрам, но при постоянной работе с превышением рабочей температуры среды, основные характеристики (ёмкость и сопротивление) будут ухудшаться. В связи с этим при закладке в проект нужно подбирать суперконденсаторы, имеющие допустимые токи разрядки выше, чем требуется для работы в аппаратуре.

Например, при расчёте в калькуляторе получилось, что требуется 12 конденсаторов К58-26 2,7Вх10Ф, но при этом разрядные токи составляют 12А, что превышает допустимый максимальный ток 10А для выбранного типа конденсаторов. Поэтому для данного накопителя необходимо выбрать конденсаторы 15Ф, а лучше для обеспечения запаса выбрать 25Ф. Допустимые токи конденсаторов К58-26 2,7Вх25Ф составляют 20А, это позволит работать конденсаторам в составе накопителя в облегченном режиме без дополнительного разогрева, обеспечивая работу накопителя в течении всего срока службы.

2. Есть дополнительные требования не только по разрядке, но и по зарядке накопителя

I_зар

C_накоп. · U_ном

t_разр.

(1)

I_зар

0,83Ф · 30В

1с

25А

Пример

Ток выбранного нами в п.1 конденсатора К58-26 2,7Вх25Ф составляет 20А, следовательно в данном случае нужно выбрать следующий типономинал – это К58-26 2,7Вх50 с максимальным зарядным током 36,5А. Применение данного типономинала обеспечит быструю зарядку модуля за 1 секунду и при этом конденсаторы в составе модуля не будут разогреваться выше допустимого уровня.

3. При стандартном расчете не хватает запаса энергии, поэтому требуется включение параллельных цепочек

При расчете накопителя энергии на суперконденсаторах остаточное напряжение может получится ниже требуемого уровня. Это может быть в двух случаях:

Основное решение – это переход на конденсаторы большего типономинала. Больший типономинал будет обладать большей ёмкостью и, как правило, меньшим сопротивлением.Тем самым мы повышаем запас накапливаемой электрической энергии и уменьшаем падение напряжения за счёт меньшего сопротивления. Другим вариантом решения данной проблемы будет добавление такой же параллельной цепочки. Это даст увеличение емкости в два раза и уменьшение ЭПС в два раза, но при это будут увеличены габаритные размеры также в два раза. Более приоритетным является увеличение типономинала конденсатора, но в ряде случаев, когда есть жесткое ограничение по высоте актуальным становится применение параллельного соединения, поскольку высота остается фиксированной, а увеличение емкости модулей достигается за счёт увеличения ширины и высоты модуля.

4. Строгое соблюдение габаритных размеров

Как правило, накопитель суперконденсаторов необходимо включить в существующее оборудование, где жёстко прописаны все габаритные размеры. При проектировании накопителя нужно рассмотреть различные варианты компоновки накопителя, на основе различных номиналов или с включением параллельных цепочек. Так, например, когда жёстко задана только высота ниши для размещения накопителя, для повышения запаса электрической энергии можно ввести параллельные цепочки.

5. Работа накопителя при крайних высоких или низких температурах, ухудшение параметров от температурного воздействия

При работе накопителя на основе суперконденсаторов при максимальных температурах эксплуатации в течение нескольких часов не происходит значительного изменения параметров. При длительном воздействии (1500 часов) допускается снижение ёмкости на 30% и увеличение ЭПС 2-3 раза.

При низких температурах допускается увеличение ЭПС накопителя (до 3 раз). Исходя из этого, значительно увеличится падение напряжения при низких температурах. Также при воздействии низких температур допускается снижение ёмкости накопителя на 30%.

6. Длительный срок службы аппаратуры, равный или близкий сроку службы конденсаторов, ухудшение параметров конденсаторов в течение срока службы

В процессе работы накопителя происходит ухудшение его параметров ёмкости и ЭПС. Дополнительными факторами служат: высокая температура, работа при номинальном напряжении, заряд и разряд большими токами, которые приводят к дополнительному разогреву суперконденсаторов в составе накопителя. В течение срока службы допускается увеличение ЭПС до 2-3 раза и уменьшение ёмкости на 20-30%.

7. Работа накопителя при механических воздействующих факторах (вибрация), ухудшение параметров конденсаторов в процессе работы

В сферах применения, где присутствует постоянная вибрация: железнодорожная техника, автотранспорт необходимо учитывать, что при механических воздействиях также допускается ухудшение параметров: увеличение ЭПС до 1,3-1,5 раза.

Приведенная выше общая информация по ухудшению параметров должна учитываться при проектировании накопителя, необходимо закладывать соответствующие запасы по ёмкости и сопротивлению накопителя. По вашим требованиям мы можем рассчитать требуемый состав накопителя суперконденсаторов, а также предложить уже готовое решение – модуль суперконденсаторов МИП.

Для отправки данных воспользуйтесь формой на сайте.
Также для расчета накопителя вы можете воспользоваться нашим калькулятором.

При возникновении вопросов по данной статье, в целом по тематике суперконденсаторов и модулей на их основе просим вас обращаться по следующим контактным данным: