深度研究超级电容/法拉电容心得体会/共同探讨/高人指导

[复制链接]
3418|15
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
woshidasha|  楼主 | 2010-12-28 20:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

几个月前,朋友和我提了一下法拉电容,当时我不知道法拉电容干什么用,他说要用法拉电容做手机电源,因为工作忙没理会这件事。

现在工作都忙完了,想起这件事,上网查了一下相关资料,看到这个东西已经不算什么新技术了,以下是我看完资料后的一点心得。


首先,法拉电容现在应用的最多的地方应该就是电源系统了(代替蓄电池)


第二,查到了一个公式


电容容量
C

充电电压
U

停止工作电压
Um

   工作时间
t


工作电流

I



C=(U+ Um
)×I×t/U^2- Um^2…………………………………….公式(1



经过推导可以将分母因式分解为
(U+ Um)( U-Um)


约分后得到公式:

( U-Um)C= I×t                                     …………………………………….公式(2


其实公式(2)更容易理解

可由以下两个公式推导出来

电容定义公式
C=Q/U
…………………………………….
公式(3

电流定义公式
I=Q/t
…………………………………….
公式(4


再一次简化可得到:

ΔU×C=I×t
…………………………………….公式(5


应用到实际
例如:有一电容

22F

最大耐压
5.5V

要求停止电压
4.7V

要求工作电流
50mA



求可正常工作多长时间?

   计算:

  ΔU=U- U=5.5V-4.7V=0.8V

应用公式(5
08V×22F=0.05A×t

t=352


但是,大家应该看出来,上面的公式知是描述了法拉电容最基本的应用方式,也就是恒电流输出,他的优点就是电路简单,容易理解,而且放电为线性放电。缺点是有很多电量被浪费掉了,于是我想那就应该用恒功率输出的方式。


于是,引入一个常量P,也就是放电功率。

也引入了一个问题,就是放电电流为变化的。

电流I=P/Ut

Ut为当前电压

放电电量Q还是(U-Ut)

但是放电电流为变化的。

后面我推导不出来了,还请各位高人指点一下

相关帖子

PowerAnts| | 2010-12-28 22:49 | 显示全部楼层
别的先不说,充到5.5V的最大储能Wc=0.5*22*5.5*5.5=332.75(焦尔)
普通的手机电池容量是750mAH, 能量是 3.6*0.75*3600=9720(焦尔)
法拉电容的能量只有锂电池的0.034倍,理论上至少要640F才能持平,考虑到DC-DC的效率,那至少要800-900F才够

使用特权

评论回复
chunyang| | 2010-12-28 23:44 | 显示全部楼层
目前的法拉电容技术用于替代移动设备上的锂电池还差的远。

使用特权

评论回复
PowerAnts| | 2010-12-29 00:01 | 显示全部楼层
进行一项“创新”之前,进行一番计算是很有必要的

使用特权

评论回复
woshidasha|  楼主 | 2010-12-29 00:09 | 显示全部楼层
上面两位,我很尊敬,从我上学的时候就已经在看两位的帖子了,过去了6年,基本只看不说话,这个帖子只是一个抛砖引玉的过程,其实我是想,知道电容恒功率放电的计算方法,可是微积分忘的差不多了,只好来这里和大家讨论一下,还有,我看到,现在的法拉电容技术还是可以的,我看到最大的法拉电容有2.7V  1200F,在小型移动设备里面还是很有潜力的,其实我是想根据计算的公式自己先做一个法拉电容的电源,作为技术储备,我想过不了多久超大容量,高压的法拉电容一定会出来的。

    还有,就是我的一点心得,应该很多人都知道,电的储存现在是一个世界性难题,主要是不好储存,汽油、柴油等化学燃料靠的是燃烧值,经过计算,1KG化学燃料所携带的化学能是1KG电池所携带的电能的几十倍以上。
    还有,传统化学燃料,加油非常方便,几分钟就可以完成续航,蓄电池的充电时间就是传统化学燃料的好几十倍。
   综合起来就两点:1、续航能力   2、再次储能时间

   现在看来法拉电容已经把第二点解决了,这就是一个不小的突破了。

  所以我觉得,我们还是先从理论上把模型搭建起来,第二步就是用现有的东西做出东西,只要电容行业一有飞跃,那么这个东西就可以马上投入使用了。

使用特权

评论回复
xwj| | 2010-12-29 01:02 | 显示全部楼层
赞同春阳的见解,现阶段法拉电容的储能比、价格都还很成问题

使用特权

评论回复
PowerAnts| | 2010-12-29 02:05 | 显示全部楼层
不是现阶段,而是相当长一段时间内,法拉电容的能量密度无法达到与电池抗衡。

使用特权

评论回复
PowerAnts| | 2010-12-29 02:09 | 显示全部楼层
PowerAnts| | 2010-12-29 02:47 | 显示全部楼层
5# woshidasha

用能量守衡就能解决了

使用特权

评论回复
woshidasha|  楼主 | 2010-12-29 13:13 | 显示全部楼层
我一开始就想用能量守恒,但是,电容储能的能量应该怎么计算,我卡住了555555555

使用特权

评论回复
woshidasha|  楼主 | 2010-12-29 13:14 | 显示全部楼层
还有,我希望大家先不要讨论法拉电容的前景,这个帖子的主要目的是讨论法拉电容的应用方法

使用特权

评论回复
PowerAnts| | 2010-12-29 13:14 | 显示全部楼层
Wc=0.5*C*U^2

使用特权

评论回复
PowerAnts| | 2010-12-29 13:19 | 显示全部楼层
还有,我希望大家先不要讨论法拉电容的前景,这个帖子的主要目的是讨论法拉电容的应用方法
woshidasha 发表于 2010-12-29 13:14


是你自已先讨论法拉电容的前景的吧

使用特权

评论回复
woshidasha|  楼主 | 2010-12-29 23:43 | 显示全部楼层
非常感谢PowerAnts,我就是想要这个公式。

PS一开始的前景讨论只是个引子,后面才是主题

现在,我把公式整理一下吧

首先,确定我们使用电容时不可能把电都放干净,所以要设定一个放电终止电压Ut

再来,就是前面提到的输出功率P

根据PowerAnts给出的公式进一步推导,可以得出电容在U~Ut之间放出的能量

W为电容存储的能量,Wt为电容当前所拥有的能量

那么电容放出的能量Wf=W-Wt=0.5CU^2-0.5CUt^2

因式分解得到Wf=0.5C(U^2-Ut^2)

放电时间的公式为Wf=P*t

最后,我们终于得出电容恒功率放电的公式了

0.5*C*(U^2-Ut^2)= P*t

C为电容值            单位:法拉
U为初始电压          单位:伏特
Ut为停止工作电压     单位:伏特
P为输出功率          单位:瓦
t为工作时间          单位:秒

到现在,计算工作基本完成!!!!!!!!!!!!!

哈哈哈哈哈哈哈,第一项工作完成了。

下面是第二项工作,就是电容的恒功率输出电路设计。

现在,我还只是一个设想阶段,希望大家一起继续讨论。

先说我的考虑。

在电容电压高于我们供电的电路要求时,电路是比较简单的,比如使用MC33063,2671,2672等开关型DC-DC芯片就可以方便实现。

但是,当电容电压低于电路要求时,就要考虑直流升压电路了,这里面又牵扯到DC-DC的效率问题,因为毕竟现在法拉电容的容量还不是那么乐观。

好了,今天的讨论完成,明天继续。

使用特权

评论回复
PowerAnts| | 2010-12-30 12:45 | 显示全部楼层
你可以选择电容电压低于供电电压,升压电路的效率普遍大于降压,一个难得的优点是,升压电路基本上可以把电容的电放光,目前启动电压0.9V的PWM控制器很多,启动后你把输出电压引过来给PWM供电,那么在电容电压降到比0.9V更低,也能工作

使用特权

评论回复
QQ1213852136| | 2019-6-17 19:11 | 显示全部楼层
目前法拉电容还不能代替电池,但在短时间放电的情况下是可以代替电池的,具体看怎么应用,我们这里有各种系列产品的方案设计,可以欢迎沟通洽谈。

使用特权

评论回复
发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

55

主题

244

帖子

3

粉丝