Sáng tạo : Siêu tụ điện và dòng thác Cách mạng trữ năng ...

[Kilodeth]

Trở lại chủ đề chính, theo nhận định của bạn lanhuong, tụ sẽ thay thế pin trước mắt trong lĩnh vực hoặc ứng dụng nào? Thiết bị điện tử cầm tay, bộ đề xe hơi - xe máy, thiết bị trữ điện dân dụng (UPS, đèn pin) hay trữ điện công nghiệp? Dung lượng và điện áp làm việc của tụ (ước chừng)

[kty]

Ở đây có một số vấn đề cần nói lại cho rõ:


5/. Bình ắc quy 24V, 200AH nếu thay bằng tụ sẽ phải thỏa các điều kiện sau:

• Sau khi phóng 200 AH thì điện áp sẽ giảm từ 26.4V xuống còn 21.12V, vậy dU = 26.4-21.12 = 5,28V.
• dQ = 200AH = 200A * 3600 sec = 720 000 Coulomb
• C= dQ/du = 720000/5.28 = 136363 F

Trị số tính toán này lớn gấp 1363 lần trị số 100F của anh tính.

Anh xem lại thử.

Thân.

Tính toán phức tạp thế làm gì?
1. Pin 24V 100Ah trữ được 24x100x3600=8640000 [J]
2. Năng lượng tương đương của tụ 25V là 8640000x2/25^2=27648 [F] chứ không phải là 136363F

Pin, accu tuy giảm điện áp rất ít nhưng cũng chỉ xài được 80% năng lượng dự trữ. Tụ thì điện áp giảm tỉ lệ với năng lượng (E=CU^2/2 mà) nên cần một bộ DC-DC converter để giữ điện áp không đổi. Hiệu suất của DC-DC converter này coi là 80% thì năng lượng xài được của cả hai trường hợp là như nhau.

[lanhuong]

đơn vị tính ...

Ở đây có một số vấn đề cần nói lại cho rõ:
..........................................

Bình ắc quy 24V, 200AH nếu thay bằng tụ sẽ phải thỏa các điều kiện sau:

• Sau khi phóng 200 AH thì điện áp sẽ giảm từ 26.4V xuống còn 21.12V, vậy dU = 26.4-21.12 = 5,28V.
• dQ = 200AH = 200A * 3600 sec = 720 000 Coulomb
• C= dQ/du = 720000/5.28 = 136363 F

..................................

Thân.

Tính toán phức tạp thế làm gì?
1. Pin 24V 100Ah trữ được 24x100x3600=8640000 [J]
2. Năng lượng tương đương của tụ 25V là 8640000x2/25^2=27648 [F] chứ không phải là 136363F
.......................................

Lan Hương : Chú ý rằng Joule là năng lượng (energy), khác với Coulomb là đương lượng (charge) với tụ điện là phải gắn liền với điện áp, nếu không sẽ tính toán sai bản chất kỹ thuật.

Em xin trích giáo trình Vật Lý PT cơ sở :

Voltage is the reason why charge flows, or why electric circuits work. Each unit of charge (coulomb) is given energy (joules) by a battery. We say that the battery does “work” on the charge, to give it energy (by a chemical reaction). Therefore, voltage has units of energy per unit charge:
V = energy / charge = joules / coulomb

theo http://members.aol.com/physicsfirst

Như anh Phanta và anhhung1975 đã nhận thấy ở trên, siêu tụ điện 1F / 5 Volt và siêu tụ điện 1F / 1000 Volt là khác nhau "ghê lắm" . Hihi.



Hình : Siêu tụ điện 12V / 5F với mạch điện tử "điều đẳng áp" cho phép sử dụng ~98% trữ năng ở 7,5V. Thời gian nạp : 6 giây.

Trở lại chủ đề chính, theo nhận định của bạn lanhuong, tụ sẽ thay thế pin trước mắt trong lĩnh vực hoặc ứng dụng nào? Thiết bị điện tử cầm tay, bộ đề xe hơi - xe máy, thiết bị trữ điện dân dụng (UPS, đèn pin) hay trữ điện công nghiệp? Dung lượng và điện áp làm việc của tụ (ước chừng)

Lan Hương : Em đã viết rõ ở bài trên rồi mà, mục tiêu trong điều kiện hiện nay là :

... thiết bị tự hành dùng điện (dự tính chiếm 65% tổng số thiết bị dùng điện lớn nhỏ).

Điện áp nhắm vào hai mức : 25V (dùng trực tiếp) và 350V (dùng converter). Dung lượng từ 100F đến 1000F (dĩ nhiên là liên quan mật thiết đến điện áp).

Vì thế mà Lan Hương đổ sức nghiên cứu Converter đồng thời với tiếp cận trữ năng của siêu tụ điện.

Thân ái.

Lan Hương.

[KnowMore]

Tôi nghĩ mọi người đang nói đến 2 tham số thời gian nạp và năng lượng tích trữ để so sánh giữ pin và tụ.
Với các thiết bị di động thì cần thời gian nạp nhanh, dung lượng lớn và kích thước nhỏ.

Với pin/acqui thì thời gian nạp phổ biến từ 4h-24h. Đây là một thời gian dài.
Một vấn đề khác liên quan đến thời gian nạp là công suất bộ nạp. Nếu thời gian nạp thấp hơn thời gian sử dụng k lần -> công suất bộ nạp lớn hơn công suất sử dụng k lần (không vấn đề nếu dùng diện lưới, nhưng nói chung thời gian nạp không thể quá nhỏ).

Cái đèn rẻ nhất là đèn National, chỉ số phát sáng 20, giá mua mới chừng 250 000 đ, tụ của nó là 270 ųF, 350V, có đường kính Φ 20mm, dài 45 mm.

-> năng lượng tích trữ là 0.5*270u*350^2 = 16.5J (cái này không biết thuộc loại siêu tụ chưa?)

Một pin AA có tham số thông thường là 1.2V 600mAh, đường kính 13mm dài 47mm (lấy kích thước của một loại pin AA không sạc Maxell).

-> năng lượng tích trữ là 0.8*0.6*1.2*3600 = 2kJ (không biết mình tính đúng không?!!)
tức là cùng kích thước thì năng lượng tích trữ hơn kém nhau 180 lần

Tôi đang có một acqui chì-axit nhỏ xinh với tham số 12V1.3Ah/20HR. -> năng lượng tích trữ khoảng 0.8*12*1.3*3600=45kJ.
Nếu muốn có một tụ trữ được năng lượng trên với áp chịu là 25V thì điện dung phải là C=2*45k/25^2=144F

Siêu tụ gần như chắc chắn đi cặp với một bộ converter (nếu không muốn dùng chỉ 20% năng lượng của nó) -> kích thước nhân đôi -> tăng giá thành và tăng vài thứ . Tuy nhiên trong nhiều trường hợp nó không phải vấn đề. (hiệu suất bộ converter >95% thì em chưa gặp, riêng thằng diod chỉnh lưu đã cắn một miếng to rồi còn gì).

Nếu nói về công suất tức thời thì acqui phải gọi siêu tụ bằng cụ .

Vấn đề cuối cùng là giá. Bác nào cho em vài cái ví dụ giá của 2 thằng!

[kty]

Lan Hương : Chú ý rằng Joule là năng lượng (energy), khác với Coulomb là đương lượng (charge) với tụ điện là phải gắn liền với điện áp, nếu không sẽ tính toán sai bản chất kỹ thuật.
Lan Hương.

Viết nhầm chút thôi. Ý là "2. Tụ muốn cùng năng lượng cần có dung lượng ....." nhưng viết thiếu.

[cô nhóc]

1/. Cách tính của các anh là cách tính với điều kiện sử dụng cạn kiệt điện tích của tụ, nghĩa là cho tụ xả điện thế xuống = 0 luôn.

2/. Tất nhiên cái tụ trong đèn Flash không phải là siêu tụ vì nó đã được chế tạo bằng công nghệ cách đây cả nửa thế kỷ rồi. Bài trả lời về cái tụ này là bài lạc đề, chỉ để trả lời riêng cho anh kilodeth.

3/. Quay lại cái tụ của anh 144F 25V. Nó sẽ có kích thước bằng 3600 cái tụ 1F 5V chị LH đã post hình lên, nếu dùng cùng công nghệ chế tạo.

4/. Với kích thước của cái tụ 1F 5V nếu phát triển thành tụ 350V với cùng công nghệ, nó sẽ có dung lượng bằng 1F/ (350/5)^2 = 204 ųF. Như vậy so kích thước của cái siêu tụ với cái tụ đèn Flash 50 năm về trước thì siêu tụ thu gọn được còn 1/3 thể tích.

[KnowMore]

1/. Cách tính của các anh là cách tính với điều kiện sử dụng cạn kiệt điện tích của tụ, nghĩa là cho tụ xả điện thế xuống = 0 luôn.

Vì nó là công nghệ mới nên tính ưu tiên như thế. Giả sử trình độ của K rất tốt , thiết kế được bộ converter có khả năng "luộc" đến điện áp 20% ban đầu và hiệu suất suýt 1, tức là năng lượng lấy được = Pmax*(1-0.2^2)=0.96*Pmax .
Híc, thực tế thì giỏi lắm cũng chỉ lấy được 80% của U2C/2.

4/. Với kích thước của cái tụ 1F 5V nếu phát triển thành tụ 350V với cùng công nghệ, nó sẽ có dung lượng bằng 1F/ (350/5)^2 = 204 ųF. Như vậy so kích thước của cái siêu tụ với cái tụ đèn Flash 50 năm về trước thì siêu tụ thu gọn được còn 1/3 thể tích.

Tức là t] của Lan Hương bé bằng phần tư của cô nhóc hử?

Tức là để có năng lượng cỡ cái acquy nhỏ của tớ thì cần (lượng) tụ có thể tích cỡ 900 pin AA hả? Cái này khó chơi đó
Nhưng công suất tức thời của nó thì . Mấy cái máy kích tim mà không có mấy con tụ thì .

[kty]

Vì nó là công nghệ mới nên tính ưu tiên như thế. Giả sử trình độ của K rất tốt , thiết kế được bộ converter có khả năng "luộc" đến điện áp 20% ban đầu và hiệu suất suýt 1, tức là năng lượng lấy được = Pmax*(1-0.2^2)=0.96*Pmax .

Thì chỉ cần thay đổi cách đấu tụ là muốn xài đến bao nhiêu cũng được.
Giả sử có con DC-DC converter chạy được tới 50% điện áp:
Kiếm nhiều tụ đấu song song với nhau, khi nào điện áp giảm một nửa thì cho một nửa đấu song song với nhau rồi đấu nối tiếp lại -> phục hồi điện áp (trở kháng tăng gấp đôi)
Cứ thế làm đến khi tất cả nối tiếp thì thôi.
Dĩ nhiên siêu tụ có điện trở trong khá lớn (30Ohm tại 1kHz cho tụ 1F, 5.5V) nên không xài trong đồ cần công suất lớn thay cho tụ hóa thông thường. Với loại mạch có công suất đủ nhỏ, trở kháng gấp 8 lần trở kháng của 1 tụ thì có thể tận dụng được:
1. 75% năng lượng ban đầu với độ chênh trở kháng là 8x8=64 lần ->W1=73.8%
2. 18.75% năng lượng ban đầu với độ chênh trở kháng là 8x4/2=16 lần->W2=17.6%
3. 4.6875% năng lượng ban đầu với độ chênh trở kháng là 8x2/4=4 lần-> W3=3.75%
4. 1.171875% năng lượng ban đầu với độ chênh trở kháng là 8x1/8=1 lần->W4=0.59% (-> không biết có nên tận dụng không, ít quá)

Tổng cộng xài được 95.83%

Nếu DC-DC converter có hiệu suất 90% thì cũng xài được 86% năng lượng.
Vì trở kháng của cả mạch là khá lớn nên tiêu hao năng lượng qua mấy con sò làm công tắc coi như chỉ chiếm 1% -> 85%, cao hơn của Pin rồi nhỉ.

[KnowMore]

Thì chỉ cần thay đổi cách đấu tụ là muốn xài đến bao nhiêu cũng được.
Giả sử có con DC-DC converter chạy được tới 50% điện áp:
Kiếm nhiều tụ đấu song song với nhau, khi nào điện áp giảm một nửa thì cho một nửa đấu song song với nhau rồi đấu nối tiếp lại -> phục hồi điện áp (trở kháng tăng gấp đôi)
Cứ thế làm đến khi tất cả nối tiếp thì thôi.
Dĩ nhiên siêu tụ có điện trở trong khá lớn (30Ohm tại 1kHz cho tụ 1F, 5.5V) nên không xài trong đồ cần công suất lớn thay cho tụ hóa thông thường. Với loại mạch có công suất đủ nhỏ, trở kháng gấp 8 lần trở kháng của 1 tụ thì có thể tận dụng được:
1. 75% năng lượng ban đầu với độ chênh trở kháng là 8x8=64 lần ->W1=73.8%
2. 18.75% năng lượng ban đầu với độ chênh trở kháng là 8x4/2=16 lần->W2=17.6%
3. 4.6875% năng lượng ban đầu với độ chênh trở kháng là 8x2/4=4 lần-> W3=3.75%
4. 1.171875% năng lượng ban đầu với độ chênh trở kháng là 8x1/8=1 lần->W4=0.59% (-> không biết có nên tận dụng không, ít quá)

Tổng cộng xài được 95.83%

Nếu DC-DC converter có hiệu suất 90% thì cũng xài được 86% năng lượng.
Vì trở kháng của cả mạch là khá lớn nên tiêu hao năng lượng qua mấy con sò làm công tắc coi như chỉ chiếm 1% -> 85%, cao hơn của Pin rồi nhỉ.

Kạn kty xem lại lý thuyết!

[kty]

Kạn kty xem lại lý thuyết!

Nếu bạn tìm thấy được chỗ sai xin được chỉ giáo. Còn mình thì thấy không có gì sai cả.

[queduong]

5 hoặc 10 con tụ 5000F này nối tiếp thì có dùng được việc gì không

kích thước 1 con tụ khoảng 6 x 7 x 16 cm

[MinhHa]

Nối tiếp và song song sao cho điện áp thật cao, dung lượng thật lớn rồi chôn 1 cực xuống đất và 1 cọc cho lên trời ma tích sét vào để dùng dần. Bán điện cho EVN thu khối tiền, khỏi phải làm gì. Nếu tốt hơn thì bán luôn cho thế giới họ dùng, khỏi phải xăng dầu gì cả.

[KnowMore]

2.7V 5000F -> 18kJ



Hu hu... Bác ơi! Để lại cho em một chú!

Coi như bác khuyến khích trẻ con học tập ! Thiết kế mạch nạp xả để dùng nó như acquy 12V, 5V thì thích vãi... nước miếng !
(So với cái acquy nhỏ xinh của em thì tụ của bác có kích thước gấp 3, năng lượng bằng 1/3)

<không phải bác cóp hình trên mạng đấy chứ?>
(nếu có thể dùng 12kJ/cycle thì cũng khá rồi các bác nhẩy )

[ngochoangims]

Siêu tụ điện

hiện nay đã có siêu tụ điện 3000 F, điện áp 2,7V kích thước nhỏ như quả pin 1AAA http://www.maxwell.com/ultracapacito...l/bcap3000.asp

[cô nhóc]

hiện nay đã có siêu tụ điện 3000 F, điện áp 2,7V kích thước nhỏ như quả pin 1AAA http://www.maxwell.com/ultracapacito...l/bcap3000.asp

Tụ đó có kích thước bằng 1 lon Coca đấy, anh à.

kích thước: L 138 x Φ 60. Cân nặng 0,5 kG

Anh xem data sheet của nó ở đây:

http://www.maxwell.com/pdf/uc/datash...09323_rev3.pdf