Но это уже не так. Среди десятков новостей о новых типах аккумуляторов мы кажется имеем технологию, у которой правда есть будущее.
Оказывается уже сейчас можно купить суперконденсаторы емкостью 3000 фарад и напряжением 2.7 вольт — если переводить в ампер-часы, то это будет около 2200 mAh. Теоретических — это значит, что последние миллиамперы конденсатор будет выдавать при напряжении в доли вольта. Стоимость такого элемента составляет 30-80 долларов — зависит от производителя. Его размер значительно больше 18650. Вес такой батарейки 405 грамм, диаметр 6.1 см, длина 13 см. Ток утечки — 5.2 мА, что значит за 10 дней элемент разрядится наполовину.
Купить поиграться можно здесь и здесь.
Фирма Maxwell выпускает целые сборки из ионисторов для разных целей и разного вольтажа: www.maxwell.com/products/ultracapacitors/modules
Собственно все.
Комментарии (125)
IRainman
10.08.2015 09:51+4Сообщество об этом знает, вы же сами и пишите все недостатки: они дорогие, большие, тяжёлые, имеют огромные токи утечки в сравнении с батареями, аккумуляторами и с конденсаторами малых ёмкостей.
Их применимость сильно ограничена достаточно узкими областями. Тем не менее они прекрасно работают в этих областях и используются, например, для систем рекуперативного торможения и других подобных применений где энергию не требуется хранить долго и в очень больших количествах, но нужны большие рабочие токи, большое количество циклов разряда-заряда и длительный срок службы.
Побуду капитаном, но всё же: это ионистор на 3000 Ф, но никак не аккумулятор на 2000 мА ;)
maaGames
10.08.2015 09:56Я правильно понимаю, что конденсаторы «мгновенно» заряжаются и только благодаря этому и могут конкурировать с аккумуляторами той же ёмкости, которых приходится заряжать часами? Или в чём профит?
kelegorm
10.08.2015 10:05+5могут выдавать большой ток. Да здравствуют гаусс-ганы!
zirus
10.08.2015 10:41-3Не путайте с электролитическими конденсаторами. Ионисторы имеют значительно большее внутреннее сопротивление: около 30 Ом модели на 1Ф. То есть указанная модель даст максимальный ток 270А, мощность ~700Вт. Ни о каком Гаусс-гане речи быть не может при такой мощности.
WST
10.08.2015 11:3230 ом? Это какой-то неправильный ионистор
zirus
10.08.2015 12:03Например: industrial.panasonic.com/ww/products/capacitors/edlc/edlc-coin-type/sg/EECS5R5V105
Хотя модели ионисторов на 2,7В имеют значительно меньшее сопротивление. Видимо, какая-то другая химия. Но у них и саморазряд значительно(на порядок) выше. Вот: www.maxwell.com/images/documents/hcseries_ds_1013793-9.pdf
Dark_Purple
11.08.2015 16:01Нет, это правильный ионистр, малофарадные (единици фарад) ионистры имеют действительно большое внутреннее сопротивление (единици, десятки Ом).
kelegorm
10.08.2015 15:19Ну тут главное чтобы напряжение было приличное. 150 вольт и 15 ампер — праздник для домашнего гаусс-гана, если емкость приличная. Сложил парочку таких ребят и можно увеличить ток или напряжение в два раза. В два раза больше мощность выстрела. Главное, чтобы при разряде не взрывался.
vmarunin
11.08.2015 02:24Как минимум большое количество циклов заряд-разряд. Миллионы циклов.
Хорошо работают на морозе.
miha2
10.08.2015 10:02Если у них такая ёмкость и скорость зарядки, то при удешевлении их в производстве вполне можно б было использовать в домах вместо батареек Tesla. Например, ночью зарядить не в час пик по тарифу меньшему, а утром днём и вечером — использовать. Но похоже что выхлопа + от этого не будет, так как серьезные потери (разрядка). И экономии почти не будет.
Mad__Max
17.08.2015 04:13+1Емкость то как раз низкая — хотя в данном примере она на уровне 18650 литиевых аккумуляторов, но вот масса при этом примерно в 10 больше, а габариты(занимаемый объем) больше где-то в 20 раз.
Потери при ежедневных циклах не особо существенны, так что в теории оно имело бы смысл.
Но на практике — нет, т.к. хотя создать подобную батарею вполне реально, но она будет огромной по размеру и жутко дорогой — раз в 30-50 дороже чем предложение Тесла такой же емкости.
Так что даже при удешевление производства в разы все-равно будет слишком дорого. А ожидать снижения стоимости на порядки никаких оснований нет — дешевле стоимости материалов и затраченной энергии все-равно не упасть, как не оптимизируй технологии производства.
kelegorm
10.08.2015 10:10А есть ли аналоги с большим напряжением? Например 50-150 вольт, пусть фарадов будет меньше.
vasimv
10.08.2015 11:39Последовательно соедините, вот вам и будет больше вольт, но меньше фарадов (пропорционально).
nochkin
11.08.2015 22:45Проблема в том, что если конденсаторы будут заряжаться по-разному (разное внутреннее сопротивление, утечки и прочее), то может возникнуть ситуация когда на некоторых конденсаторах в цепи будет напряжение выше 2.7 вольт и случится пробой.
Поэтому просто «последовательно соединить» может не сработать как задумано. Тут надо их правильно балансировать, что бы этого не случилось.
Anisotropic
10.08.2015 10:31+1Бесперебойники на них ещё не производят?
LexB
10.08.2015 13:22+1Стоимость такого элемента составляет 30-80 долларов — зависит от производителя.
И это за 2200 mAh. Очень дорогими такие бесперебойники получатся.
PerlPower
10.08.2015 18:11На сайте Maxwell вроде есть подобные продукты, но специфические бесеперебойники. Если делать домашние UPS на ионисторах, то они будут золотыми по цене и размером с системник.
MyFearGear
11.08.2015 02:24Какой смысл? бесперебойникам такие большие токи не нужны, как правило.
Anisotropic
11.08.2015 08:10Смысл в том, что ионистор не так деградирует как свинцовая батарея. Ибп всегда включён, программа мониторинга говорит, что всё ок, а на самом деле батарее кирдык и ибп весело отключается при отключении электричества в доме
Alexeyslav
11.08.2015 22:22Под напряжением ионистор деградирует быстрее чем свинцовый аккумулятор, увы.
Mad__Max
17.08.2015 04:38Не в данном конкретном случае — см. даташит: www.maxwell.com/images/documents/K2_2_85V_DS_3000619EN_3_.pdf
При отсутствии значительного нагрева(который сокращает ресурс) — 10 лет службы под постоянным максимальным рабочим напряжением.
А вот в полностью разряженном состоянии наоборот меньше — всего 4 года.
zirus
10.08.2015 10:35+3мА*ч здесь никаким боком.
Но всё же: Если этот ионистор будет разряжать до напряжения 0,5В, он сможет отдать 10560 Дж. Это соответствует литий-ионному аккумулятору в корпусе 18650(меньшему по размеру в 24 раза) с ёмкостью около 800мА*ч. Итого ионистор хуже лития по объёмной плотности энергии в 100 раз
По поводу саморазряда — я делал эксперименты, саморазряд составляет 15% в месяц. Не много, но и не мало
Для хранения(и разговора о мА*ч) энергии ионисторы не очень удобны.
Вот куда подобные ионисторы применяются:
Hybrid Bus Propulsion Systems — Bus
Rail Voltage Stabilization Systems — Rail
Rail Propulsion Systems — Rail
Locomotive Engine Starting — Rail
Regenerative Power (energy recuperation) — Forklifts & Cranes
Peak Assist — Forklifts & Cranes
Wind Pitch Control — Generation
Wind Pitch Control — Distribution Micro Grid
Renewables Capacity Firming/Ramping — Generation
Frequency Regulation — Generation
Peak Shaving and Load Leveling — Generation
Spinning Reserve — Generation
Voltage Control and Power Quality — GenerationPerlPower
10.08.2015 18:14Т.е. 800мАч такой ионистор выдаст точно, если его использовать допустим для питания микроэлектроники требующей фиксированного напряжения?
klirichek
11.08.2015 04:29Да не выдаёт он никакие ампер-часы! Это КОНДЕНСАТОР! Его ёмкость измеряется в фарадах!
фиксированное напряжение он не выдаёт в принципе! Потому что его заряд и разряд как раз и сопровождается увеличением/уменьшением напряжения, причём это неизбежно.
Иными словами — если вы пустите в него ток 800мА — за час он зарядится от 0 до 2,7 вольт. Ровно так же под нагрузкой — напряжение будет линейно падать со временем (и, к примеру, когда останется 0,5В — снимать с него те же 800мА будет уже непростой задачей)
Из реальных практических применений — например, можно повесить батарею из пяти штук в машину параллельно аккумулятору, поближе к стартёру. Это сильно поможет запуску, особенно в мороз.
Ещё можно запитать светодиодный фонарь на повышающем драйвере. Пожалуй, это единственный подручный способ вытянуть из ионистора что-то полезное вплоть до низкого напряжения (нормальный драйвер может «тянуть» вплоть до 0,3в)PerlPower
11.08.2015 05:51+1Хорошо давайте так, если к ионистору на 3000 фарад прицепить микросхемку типа такой, то сколько примерно мАч выдаст такая конструкция так чтобы напряжение на выходе не падало ниже 3.7 в при токе потребления скажем 100 мА?
klirichek
13.08.2015 05:24+2Конденсатор на 3000ф, заряженный до 2.7в. содержит 10935 джоулей.
По даташиту ваша микросхема может работать вплоть до 0,3в (это 135 джоулей); включаться — вплоть до 1,8в.
(это 4860дж). Предположим, что будем разряжать до упора (т.е. до 0,3). Значит, полезная энергия — 10800джоулей.
При мощности 0,37 ватта (ваши 100мА при токе 3,7) их в чистом виде хватит на 8 часов 6 минут. (ну, или 810мАч, раз в них кажется удобнее). Ну и отнимите эффективность — судя по графикам будет процентов 80. Т.е. получим реальных порядка ~600мАч, или около 6 часов непрерывной работы. Причём первые три часа схему можно будет коммутировать (т.е. включать и выключать), а вот после (когда напряжение упадёт ниже 1.8в) можно будет только выключить (назад уже не заведётся).
Aleksandr_Sv
11.08.2015 07:14+1Да не выдаёт он никакие ампер-часы! Это КОНДЕНСАТОР! Его ёмкость измеряется в фарадах!
Открою страшную тайну: 1 Фарад = 1 Ампер * 1 Секунду. Ёмкость 3600 Фарад = 1Ампер*час = 1000 мАч.Но так как конденсатор заряжается и разряжается по экспоненте то это максимальная емкость (сферический конь в вакууме) которая достижима в бесконечности. На практике надо брать 90% от максимума.Alexeyslav
11.08.2015 22:30В первой формуле неточность вкралась, вы еще забыли про вольты. 1Ф = 1 ампер*1 секунду*1 вольт.
Т.е. поправочка, емкость надо будет умножить еще на 2.7 или на 2.0 если речь идет о практическом использовании энергии(ниже 0.7В трудно будет эффективно извлекать из ионистора энергию, разве что только на нагрев).Aleksandr_Sv
12.08.2015 05:35Если умножить на вольты то это уже будет Вт*ч так как 1 Ватт = 1 Вольт * 1 Ампер.
Если нам надо сравнить две батареи с разными характеристиками то надо использовать Вт*ч.
Если узнать сколько времени батарея будет отдавать ток то Ампер*час.
А емкость 1 Фарад = 1 Ампер * 1 секунду.Alexeyslav
12.08.2015 12:51Я понимаю конечно что заблуждаться порой приятно, но нельзя доводить до нелепостей.
Попробуйте понять какая размерность величины у вас получится если ампер умножить на секунду? Можно немного погулять по википедии… и понять что в результате у нас получится элементарный кулон. Да, именно — количество заряда.
Это никакая не ёмкость аккумулятора и уж точно не фарад — это КУЛОН.
Я понимаю откуда взялось это заблуждение. Еще на заре химических аккумуляторов, та самая классическая свинцово-кислотная батарея… из-за особенности химии в процессе заряда/разряда напряжение на электродах менялось слабо поэтому упростили расчёт емкости таких аккумуляторов и стали их сравнивать по времени работы с определенным током разряда, те самые милиампер-часы при постоянном напряжении были пропорциональны емкости аккумулятора! т.е. энергии накопленной в аккумуляторе, или как там его — ДЖОУЛЯ. Правильная ёмкость аккумулятора измеряется в джоулях, которые он способен сохранить — т.е. в ватт-секундах. Но для классически химических источников тока напряжение на ячейке было практически постоянно, и его сократили для простоты расчетов или для бытового удобства.
Поэтому, когда вы пытаетесь умножить амперы на секунды то получаете не фарады а кулоны. Фарад — это кулон на вольт.
klirichek
13.08.2015 05:34+1Вольты только вот где-то потеряли.
Открою страшную тайну: ЛЮБОЙ «сферический конденсатор в вакууме» можно заряжать любым током в течение сколь угодного времени. А вот напряжение, которое мы при этом получим на его обкладках, как раз-таки и зависит от его ёмкости.
1А*с это всего лишь 1 кулон заряда. Но это ничего не говорит об энергии. Потому что передача 1кл при разности потенциалов в 1В и в 1000В будут различаться в 1Е6 раз.
И ещё — никакой экспоненты в заряде нет. Если заряжать постоянным током — напряжение будет расти линейно. Но это сложно (потому что ввиду повышения напряжения при том же токе мощность будет расти квадратично).
А если закачивать фиксированную мощность — напряжение будет расти по квадратному корню.
Проблема в том, что в формуле, где фарады — энергия зависит квадратично от напряжения. А где ампер-часы — линейно. Потому просто напрямую пересчитать одно в другое невозможно.
Dark_Purple
10.08.2015 10:51+3Ну прям глаза открыл ))), ионистры на несколько тысяч фарад уже много лет в продаже. А вот о чем действительно стоило сказать так это о экстремально малом внутренним сопротивлении и большом разрядном токе.
imater
10.08.2015 11:19+1Люблю свои наушники-плеер Sony nwz, которые за 3 минуты заряжаются так, что их хватает на 60 минут.
За быстрым зарядом будущее.
ooprizrakoo
10.08.2015 12:16-1Вместо 18660 вы имели в виду 18650?
Вместо слова «фольтаж» вы имели в виду «вольтаж»?cawaleb
10.08.2015 13:32+1Я думаю, вместо слова «фольтаж» имелось ввиду слово «напряжение». Ну или «разность потенциалов» просто случайная опечатка.
marenkov
10.08.2015 14:00А как бы вы отнеслись к новости о том, что в телефонах, которые вы носите в карманах, часто рядом с очень дорогими вашему сердцу органами, будут испльзоваться крейне не стабильные, склонные с самовоспламенению и даже взрывам, аккамуляторы? А ведь носите, хотя до сих пор бывают инциденты.
ivan386
10.08.2015 14:24+1А зачем заменять ими аккумуляторы? Можно дополнить. Будут работать вместе как SSD и HDD.
stalinets
10.08.2015 21:46+1Наверное, это было бы идеальное решение для электроскутера. Ионистор смог бы принимать энергию с рекуперации (режим езды «эконом») или позволял бы весьма резвые разгоны (режим «спорт»). Но нужно считать токи, ёмкости, вес той и другой батарей, цену.
Jeditobe
10.08.2015 14:48+1На Амазоне можно приобрести чуть более скромные 500-фарадные конденсаторы по более доступной цене:
500F Farad 2.7V Electric Double Layer Capacitor — 15 долларов.
Для опытов должно хватить пары таких.DrPass
10.08.2015 14:52ИМХО, это не то. Все-таки 3000Ф можно использовать как приличный источник питания в каких-то конструкциях. А 500Ф уже маловато. Просто для опытов, без создания работающих девайсов, не интересно. Ну, конденсатор, ну ёмкий, ну заряжается. Надо же теперь где-то его использовать :) А набрать батарею из 500Ф по $15 уже будет дороговато.
Jeditobe
10.08.2015 14:59+2Вес 3000-фарадного приближается к полу-килограмму. Так что, я полагаю, кому-то может быть полезной как раз пара более слабых кондеров. Плюс, будет обидно купить для опытов сразу дорогой кондер, доплатить за доставку, и понять, что это не то, что нужно.
klirichek
11.08.2015 04:33К слову, на Али их ещё больше. И они различаются по целям.
Тот, что вы показываете — это сравнительно низкоточный. Есть и ещё более компактные с обычными проволочными выводами (20 баксов за пару 100-фарадных с габаритами примерно как 18650 каждый).
А силовые (большой ёмкости и высоким током) продаются, как правило, с резьбовыми выводами, как в статье.
dcoder_mm
10.08.2015 18:42Какая кривая разряда?
Аккумуляторы большую часть времени будут удерживать номинальное напряжение. Напряжение на конденсаторе же будет убывать линейно при разряде постоянным током
vitmeat
10.08.2015 21:39Зато очень точно будет известна оставшееся ёмкость заряда.
А бусты которые выдают номинальное стабильное напряжение работают вплоть до 0.6 вольта с 95% КПД.
Meklon
10.08.2015 21:56+1О, кстати, не подскажете название это типа микросхем?
vitmeat
10.08.2015 23:03+2DC-to-DC_converter
Гуглить:
step up converter
boost converter
switched capacitor converter
charge pump
ну и так далее.
Вообще они работают начиная от 0.3 Вольт например микросхема TPS61200, но КПД очень сильно падает, зато мы выжимаем из ионистора все соки.
klirichek
13.08.2015 05:38всё же с 95% КПД они работают на гораздо более высоком (обычно 2,4 вольта). А при 0,6 уже едва набирается 50-60%. Другое дело, что при понижении напряжения в два раза мы уже заберём из ионистора три четверти энергии. Но вот оставшаяся четверть «вылетит» уже гораздо быстрее.
vitmeat
13.08.2015 19:28Полностью согласен.
Надо было дважды написать до.
До 0.3 Вольт и до 95% КПД, но не одновременно.
klirichek
11.08.2015 04:34Вот именно!
И потому приводить ёмкость ионистора в ампер-часах — по меньшей мере странно
(особенно когда она фигурирует в таком виде в заголовке статьи)
ArtRoman
11.08.2015 18:01Сейчас скромные суперконденсаторы, сравнимые по размерам с обычными конденсаторами, используются, например, в видеорегистраторах. Там не требуются большие токи и ёмкости, а необходимо несколько десятков секунд на корректное сохранение файла, желательно вне зависимости от внешних факторов (например, количество циклов).
Alexeyslav
11.08.2015 22:386...10 тысяч часов под напряжением и емкость ионистора сильно падает, повышается ток утечки и т.п.
Mad__Max
17.08.2015 05:01Выше отписал уже, но повторюсь — в данной серии производитель проблему уже как-то решил: паспортный срок службы 10 лет под постоянным напряжением до падения емкости на 20% и увеличения внутреннего сопротивления в 2 раза.
Mad__Max
17.08.2015 04:58Еще в каких-то SSD были — при неожиданном отключении питания (и отсутствии UPS у компьютера) позволяли корректно завершить текущие операции и записать данные их DRAM КЭШа непосредственно флэш.
3ton
Интересно понять — какое будущее у аккумуляторов которые крупнее существующих и способных за 10 дней простоя потерять половину емкости?
Хотя я не до конца понимаю как вообще можно «суперконденсатор» приравнивать к акумулятору
vintage
Везде, где нужны большие токи. В различном электротранспорте, например.
fshp
Причём токи в обоих направлениях. Например за считанные секунды зарядить радиоуправляемую модельку.
Aclz
При такой массе даже о колёсных RC говорить сложно.
fshp
А 640 килобайт хватит всем, ага. Не всё сразу.
Bluewolf
www.maxwell.com/images/documents/K2_2_85V_DS_3000619EN_3_.pdf
Будущее? 10 лет или миллион циклов, например. Или разрешенный непрерывный ток 100-200 Ампер. Кроме того, сейчас, наверное, в меньшем количестве случаев требуется низкий саморазряд, чаще аккумулятор разряжается за часы-дни. А сравнивают как раз потому, что параметры стали сравнимы с аккумуляторами (пусть пока и хуже), но это уже совсем не пропасть, что была 10 лет назад.
Понятно, что прямо завтра места этим ионисторам в массовом ноутбуке не найдется, да и собственных проблем у них пока хватает, вроде нестойкости к высокой температуре. Будь они уже сейчас лучше Li-Ion, это было бы настоящее, а не будущее.
lopatoid
>какое будущее у аккумуляторов которые крупнее существующих и способных за 10 дней простоя потерять половину емкости
Хорошее будущее. Ведь у них выше скорость зарядки.
Электробус Ultracap Bus в Шанхае.
В отличие от троллейбуса, он не «привязан» к проводам, в отличие от автобуса — не загрязняет воздух.
На остановке электробус поднимает «рожки», заряжается, опускает и свободно едет дальше.
10% веса электробуса составляют суперконденсаторы, накапливающие энергию.
Заряжается он на каждой второй остановке (если в салоне работает кондиционер) или каждые 5-6 остановок, если кондиционер выключен. На одной зарядке и при включённом кондиционере Ultracap Bus проезжает до 5,6 км.
www.youtube.com/watch?v=t3rg-SsPJuU
3ton
В данном разрезе(использование для авто с возможностью быстрого заряда) не рассматривал, но этого достаточно чтобы изменить мое отношение к ним как к хранилищу энергии.
hardex
Мы ведем прямой репортаж с места проишествия в интернете, где человек только что изменил свое мнение из-за предоставленных фактов и доводов. Оставайтесь с нами.
Mad__Max
Да, уж. В рунете почти небывалый факт. Хотя на хабре/ГТ встречается хоть и редко, но хотя бы встречается.
А вот в других местах (форму, ЖЖ, основные социалки) я уже и забыл когда последний раз такое видел (и было ли вообще). :)
sith
У меня в городе старые автобусы поэтапно заменяют на новые — с рогами. Производят тут же — городу, остальной Канаде и США. Но обходятся lithium ion батареями на 300 kWh, а не конденсаторами.
www.newflyer.com/index/electricbus
foxin
Мне бы хватило и 1/5 такой емкости — пусть у меня телефон будет «жить» 10 часов от одного заряда, зато этот заряд я могу восстановить за несколько секунд. Практически постоянно имея доступ к розетке, можно вообще не париться о том, что будешь выходить из дома, а аккум разряжен.
DrPass
Несколько секунд там не получится по другим соображениям. Чтобы зарядить ёмкость 2000 мАч, скажем, за десять секунд, потребуется огромный ток 720А. Поэтому в реальности время будет измеряться в минутах. Хотя, конечно же, это все равно намного удобнее.
Bluewolf
Не очень и огромный, 720А*3,7В = 2,6 кВт, в районе мощности электрочайника, причем всего в течение 10 секунд.
Понятно, что по USB такую мощность не протолкнуть и вообще будут проблемы с передачей такой мощности, но они решаемые — кредл с широкими контактами для мгновенной зарядки, поднятие напряжения батареи (последовательно соединять элементы внутри телефона).
dkukushkin
Мощность не большая, а вот ток в 720 А — это дофигища. Для такого тока нужен медный провод толщиной с жирный палец.
areht
Не нужен. Даже выводу этого конденсатора на фото до «жирного пальца» очень далеко.
dkukushkin
Именно по этой причине вы не сможете зарядить его током 720 А. Против физики не попрешь.
Так что только в течение нескольких минут током 10-20 А (а то и меньше).
AlexanderG
Можно подобрать такой кратковременный режим, при котором за время зарядки устройство не успеет перегреться.
jar_ohty
Не думаете ли вы, что при таком токе будет подвергаться ударным термическим нагрузкам и ускоренно изнашиваться сам ионистор?
Mad__Max
Он на это рассчитан (и это одно из его важных преимуществ) — импульсные токи до 2000А, непрерывные токи до 130-200А (в зависимости от температуры окружающей среды)
jar_ohty
И тем не менее, указанное количество циклов в даташите — при токах не более 100 А, а при более высоких токах никаких данных о циклах нет. И сдается мне, что таки изнашиваться будет. Как изнашиваются конденсаторы в фотовспышках.
Mad__Max
Нет, 100А это про другое — 100А это ток при котором замеряют падение емкости и рост внутреннего сопротивления после 1 млн циклов, о чем однозначно написано в примечании №2.
А циклы на «живучесть» там более жесткие, пример описан например тут(на 3й странице): www.maxwell.com/images/documents/K2Series_DS_1015370_5_20141104.pdf
Судя по графику зяряд/разряд на половину емкости (напряжения) где-то за 30 сек. Что для старшей модели в на 3400 Ф означает токи порядка 160А
Ну и ограничение по току это в основном из-за нагрева: эти ионисторы стареют в основном из-за него(см в даташите — при максимальной рабочей температуре вместо 10 лет/1 млн циклов, срок службы падает всего до 1500 часов т.е. чуть больше 2х месяцев) и ток ограничен таким уровнем из соображений не допускать перегрева при длительной работе. А при разовой быстрой зарядке высоким током он нагреваться сильно не будет успевать.
К тому же если речь завели о применимости как замену аккумулятора в каком-то гаджете, то даже падение ресурса на порядок (10 раз) не проблема — 100 тыс. циклов, это все-равно на порядки больше любых аккумуляторов и больше чем может прожить сам гаджет/инструмент.
areht
Против какой физики не попрёшь? Там вывод под четверть см2, что ему помешает больше 20А проводить?
А ваша физика не против, что www.chipdip.ru/product/bta41-800b на «куриных ножках» пропускает 400А?
Gothician
Про сечение почему-то все знают, а вот о том, что количество тепла пропорционально сопротивлению, а оно — длине проводника, не задумываются. Хотя это школьный курс физики. При этом еще надо учитывать, сколько тепла может передаться во внешнюю среду.
Так что большие токи можно пропустить и через небольшое сечение — зависит от длины участка, а какие конкретно — считать надо.
areht
> При этом еще надо учитывать, сколько тепла может передаться во внешнюю среду.
При этом количество отдаваемого тепла тоже пропорционально длине (внезапно), поэтому ваши познания в физике ни на что не влияют.
> считать надо.
Если будете считать, сразу скиньте формулу по которой считаете ограничение тока для ЛЭП в тысячу километров
Mad__Max
Можно — у него допустимые токи до 2000 А, так что 720А легко выдержит.
А 100-200 А постоянные (при непрерывной зарядке-разрядке по кругу — и ограничение уже просто из-за нагрева при длительной работе).
Так что при достаточной мощности зарядного можно зарядить всего за 5-7 секунд.
Толстенных проводов для этого тоже не понадобится, они нужны для постоянных высоких нагрузок и снижения падения напряжение на них. Если предполагается импульсная работа (1-2-3 быстрых зарядок за день, между которыми провода и разъемы успевают полностью остыть), то можно обойтись относительно тонкими.
vintage
А теперь давайте посчитаем необходимый теплоотвод: dQ/dt = I^2 * R = 720^2 * 0.018 = 9.3 кВт
hardex
КПД 0%?
Aclz
КПД проводника?
vintage
Я посчитал для метрового провода в миллиметр площадью сечения. Нужно разделить ещё на 100, чтобы посчитать для сантиметрового. Получаем 93 Вт, что тоже не мало.
Gothician
Да, но 10 мм квадратных сечения — не толстый проводник. Это всего 3,5 мм диаметр сплошного проводника. Если так — то 9,3 Вт.
vintage
У меня в расчётах 10мм длина и 1мм^2 сечение.
areht
А вы всерьёз считаете ток до конденсатора постоянным?
Aclz
Он не может быть постоянным?
vintage
Там мгновенный ток.
Alexeyslav
И мгновение длится минуту…
vintage
dQ/dt
Alexeyslav
Это не мгновение, а мгновенное значение тока…
vintage
Это поток тепла, который нужно утилизировать. Но, как меня поправили ниже, для импульсной нагрузки не обязательно утилизировать всё тепло сразу — допустима некоторая степень нагрева к окончанию зарядки.
Alexeyslav
Как ни крути, а рассеять в конечном итоге нужно будет конкретное количество энергии.
Импульсная нагрузка — это когда провод не успевает прогреться за один период, но нагрев провода все равно будет проходить по среднему значению тока.
Если заряжать минуту то провод успеет нагреться, если секунду тем же током — возможно, за милисекунду — наверняка не нагреется.
Плохо вообще, если провод нагреется до 100 градусов — он хоть и выдержит но это отразится на долговечности изоляции, надёжности контактов и прочее. от зарядки к зарядке вся эта конструкция будет греться всё больше и больше, в конечном итоге перегреется и задымится.
Токи огромные — настанет момент когда проскочит дуга между контактами, и начнется цепная реакция разогрева с уничтожением всего и вся в районе зарядных контактов. Первым, естественно пострадает телефон.
areht
То есть вы считаете необходимый мгновенный теплоотвод?? В Ваттах? А вы что делать то планируете с этой цифрой?
Вы вообще что с конденсатором делать то хотите?
Mad__Max
А какой смысл считать теплоотвод в ваттах для кратковременной импульсной нагрузки (а не постоянной)?
Тут правильно посчитать тепловыделение в джоулях за 1 цикл заряда (до следующего все все-равно успеет остыть, и не важно насколько хороший теплоотвод там) и посмотреть — много ли выделится тепла?
В вашем примере с тонким проводком сечением 1мм и длиной 1м, это будет 93000 Дж. Слишком много — провод просто расплавится судя по порядку величины. Хотя в реальности конечно ничего не расплатится, т.к. при таком низком напряжении просто по такому тонкому проводу такой ток не пропустить — из-за падения напряжения на самом проводе. Сам провод как резистор ограничит максимальный ток в цепи.
Но если взять не сферический в вакууме, а что то более реальное, то вполне можно реализовать «мгновенную» зарядку:
Возьмем провод потолще, скажем 5 мм2.
Ток снизим в 2 раза (зарядка за 20 сек, вместо 10 сек).
Получаем: dQ/dt = I^2 * R = 360^2 * 0.018/5 = 466 Вт.
Тепловыделение за все время зарядки 466 * 20 = 9320 Дж
Масса меди в проводе ~45гр/метр, теплоемкость 0.045 * 385 = 17,3 Дж/K
Нагрев (если считать что вообще никакого теплоотвода нет в принципе и наш провод, наоборот в идеальной теплоизоляции находится) 9320/17,3 = +538 K
Все равно правда много — провод уже не расплавится конечно, но изоляция на нем скорее всего обгорит/обуглится.
Ну и теперь то, чем можно реально пользоваться если хочется сверх быструю зарядку:
Ток снижаем скажем до 200А (зарядка от 0% до 100% за 36 секунд), проводники увеличиваем до 10мм2 (~ 4мм диаметром, без учета изоляции, ничего монструозного, хотя и непривычно будет по меркам «гаджетов»)
dQ/dt = 200^2 * 0.018/10 = 72 Вт.
Тепловыделение 72 * 36 = 2592 Дж
Масса проводника ~90гр/метр, теплоемкость 0.09 * 385 = 34,7 Дж/K
Нагрев 2592/34,7 = + 75K. С учетом начальной «комнатной» температуры, к самому концу зарядки максимум в районе 100 гр С. Для всех современных видов изоляции вполне безопасная температура.
А в реальности максимум будет заметно меньше, т.к. кроме меди будет одновременно нагреваться и изоляция забирающая часть тепла и при таком времени (36сек) уже заметный вклад будет давать теплоотвод в окружающую среду даже при отсутствии каких либо мер по его увеличению — просто через контакт изоляции с воздухом. Ну и снаружи таких высоких температур вообще никогда не будет(из-за термического сопротивления изоляции), так что случайные ожоги юзеру-торопыге не грозят. А до следующей зарядки все успеет остыть и в следующий раз процесс начнется опять с температуры 20-25 гр С.
vintage
Для человека безопасная температура до 50, при этой температуре эффективность конвекции не очень хорошая. Так что либо изоляция будет разогреваться до ожоговой температуры, либо проводник не должен под сотню греться.
Mad__Max
Это если голый металл ну или к примеру в воду такой температуры опустить то да, выше 50 не желательно.
Но все еще сильно зависит от теплопроводности того к чему прикасаешься — чем она ниже, тем больше безопасная температура. Т.к. на самом деле важна не температура поверхности, а температура до которой успеет нагреться нижний слои кожи(верхний — не важно, т.к. он мертвый) и подкожный слой. А это в свою очередь зависит не только от разницы температур, но и от теплопроводности материала к которому прикасаешься — т.к. тело достаточно хорошо тепло перераспределяет и рассеивает.
Например воздухом(если он не слишком влажный) и при 100гр не обожигаешься даже при длительном контакте. А пластик или какую резину (наружную изоляцию) где-то градусов до 70 можно не опасаясь ожогов трогать — на ощупь горячие, но не обжигают.
ToSHiC
При электродуговой сварке электродом 8мм используют ток порядка 550А. 720А, наверное, хватит, чтобы уверенно поджигать 9мм электрод. Да ваш телефон примерно такой же толщины!
Bluewolf
Нет необходимости использовать напряжение 2,7 В батарею 2000 мА*ч, можно использовать 27 В и 200 мА*ч или еще выше. Можно заряжать все-таки не за 10 секунд, а за 30. И вот уже ток 24А, вполне можно передать его через подходящие (широкие и многочисленные) площадки кредла. Еще можно заряжать аккумулятор вне телефона, возможно с охлаждением.
Еще раз, завтра таких телефонов не будет, я же не спорю. Но проблема быстрой зарядки — решаемая.
ToSHiC
Тогда химия правильная нужна. Вот ионистор работает только при низком напряжении, нельзя просто так взять и поднять его напряжение. С литиевыми аккумами такая же история.
А вот, кстати, аккумы LiPol, которые заряжаются за 12 минут, уже можно купить у китайцев. И они всего в пару раз больше по объёму, тем те, что в телефоны ставят.
vmarunin
Давно придумано. Заряжаем последовательно, разряжаем параллельно.
Точнее обычно оно было наоборот, но можно же и изменить идею.
Alexeyslav
Можно конечно. Но сколько раз их так удастся зарядить? 10-20 раз от силы и на свалку…
nickolaym
Тогда уж 270 В и зарядный ток 7.2 А. Последовательно соединив эти 100 ионисторов.
А потом пересоединив параллельно — и вот уже 2.7 В и всё тот же заряд 2000 мАч.
klirichek
Нельзя просто взять и соединить последовательно. Их ещё балансировать надо. Потому что при превышении напряжения начнётся электролиз.
Да и вообще изначально неверный посыл изменять ёмкость КОНДЕНСАТОРОВ в ампер-часах.
Bluewolf
Если договориться о начальном и конечном напряжении, то почему бы и нет? Понятно, что это не совсем корректно, но для многих людей позволяет представить емкость хоть как-то, хотя-бы ее порядок, при том, что 2700Ф для них — вообще ни с чем не сравниваемая величина.
Alexeyslav
ионисторы твердотельные, никакого электролиза там не будет. При превышении напряжения произойдет банальный пробой между обкладками, который может вызвать цепную реакцию повреждений, на сколько накопленной энергии хватит.
Ионистор — обычный конденсатор, его емкость огромна по той причине что применением технологий удалось уменьшить эквивалентное расстояние между обкладками.
Ионистор, как не химический источник тока, не имеет определенной полярности. "+" и "-" у него указаны условно и обозначают полярность остаточного заряда вышедших с конвеера изделий.
Mad__Max
Совсем уж так просто (тупо спаяв контакты и больше ничего не делая) нельзя, а с элементарной BMS (аналогичной той что стоит во всех литиевых аккумуляторах напряжением более 4.2в, например во всех батареях ноутбуков) — элементарно.
И даже сам производитель этих ионисторов подобные готовые сборки соединенные последовательно продает:
www.maxwell.com/products/ultracapacitors/modules
16/48/75/125/160 Вольт — на любой вкус, задачу и кошелек
ToSHiC
Уверены, что хотите положить в карман джинсов телефон, на зарядных контактах которого может оказаться 270 вольт из-за бага в прошивке?
vintage
А что страшного в 270 вольтах?
ToSHiC
То, что если ткань кармана окажется влажной (пот, или просто воды пролили), то этого напряжения может оказаться достаточно для ощутимого удара током.
Meklon
Пробивает через кожу и влажную одежду, в отличие от 12 вольт.
Alexeyslav
Забудь про кредл с широкими контактами. Только болтовое соединение, винтом M20 как минимум, и не дай бог неплотно прикрутишь — телефон поплавится за секунды.
Если что для сравнения — в сварочном аппарате токи порядка 100...300А. Видел, какие там разъемы и провода?
Mad__Max
Что-то у меня процессор в компе с которого прямо сейчас пишут этот пост, прямо в данный момент жрет ток больше 100А (т.к. под постоянной ~100% нагрузкой из-за РВ находится) и он как-то обходится без болтовых электрических контактов и при этом не плавится пропуская такие даже не несколько десятков секунд, а обычно круглосуточно ;)
a5b
Сколько контактов используется для подведения питания (для LGA 1150 — www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/datasheets/4th-gen-core-family-desktop-vol-1-datasheet.pdf — стр 120-125; до 48-95 ампер — стр 103), какая у них площадь?
Mad__Max
Не знаю (лень считать), что-то около пары сотен вроде.
У меня вообще AMD и сокет AM3+ (всего в нем 941 контактов, из них питающих наверно тоже пара сотен), официально до 140 Вт (с разгоном вплоть до 200+ Вт), что при используемых сейчас напряжениях питания в 1,3-1,4 В дает > 100А
Смысл в том, что сам разъем передающий такие токи при этом получается очень даже компактным, легким (особенно если из него выкинуть ~ 2/3 информационных контактов и контактов заземления от помех) и быстро подключаемым/отключаемым без всяких толстых болтов затягиваемых гаечным ключом.
А если речь идет о пропускании таких токов в течении всего нескольких десятков секунд, а непрерывной круглосуточной работе, то задача еще значительно упрощается.
vintage
Вы не учитываете массогабариты охлаждающей системы. Да и сам сокет для мобильного телефона несколько крупноват, имеет слабую износостойкость и огромное суммарное сечение контактов.
Alexeyslav
Хороший теплоотвод, и они таки греются. Совсем недавно менял материнку с облущеными шинами питания и погоревшими от перегрева полевиками. При том что процессор там стоял довольно бюджетный, ватт 60 в максимуме.
Да и посуди сам, там от конвертора 3.3В -> 1.2В до контактов питания процессора считанные сантиметры. Через эти сантиметры и идет этот большой ток, тепла выделяется не так много но и этого хватает чтобы перегревать проводник до 40 градусов + окружающую температуру.
У контактов зарядника должна быть огромная площадь контакта, а не огромная площадь самих контактов. И охлаждать их надо. Нынче это доступно только увеличением количества контактов.
DEHiCKA
Ионистор на два порядка отстаёт от лития по запасаемой энергии при одинаковом объеме. Так что в обозримом будущем ионистор батарею в телефоне не заменит.
AxisPod
По скорости зарядки уделают любые аккумуляторы, а про остальное уже рассказали.
Alexeyslav
Как буфферные элементы. Они кстати хоть и больше по размерам но легче аккумуляторов. Ихнее преимущество — нет минимального напряжения разряда(энергию можно высасывать до нуля и держать в таком состоянии сколь угодно долго), низкое внутреннее сопротивление сравнимое с литий-полимерными и самое главное — гораздо больший ресурс чем у химических источников тока разряжаемых огромными токами.
Mad__Max
Внутреннее сопротивление даже намного лучше чем у литий полимерных. У продукции приведенной в качестве примера фирмы внутреннее сопротивление от 0.8 милли Ома у мелких элементов и до 0.22 у крупных.
В результате по удельной мощности (мощность / объем или / масса) они превосходят любые химические накопители, хотя и уступают им больше чем на порядок по удельной емкости.