Необходимо запасти 7кДж на морозе до -30С Опции

[iiv]

Всем привет,

очень хочу собрать небольшой бесперебойник на примерно 12Вольт, который бы запасал бы до 7кДж (160мАч) и мог бы как заряжаться, так и разряжаться на морозе на -30С, а лучше и -40С. Очень бы хотелось вписаться в малый вес. Зарядка напряжением 14.4-16.8В, разрядка 10.5-30В. Во время разрядки может потребоваться ток под 8А. Смотрю в сторону вот этого:

http://ru.mouser.com/ProductDetail/Maxwell...1n1aMfE2Q%3d%3d

Скажите, пожалуйста, как правильно было бы:

1. взять по три параллельные банки 6 раз последовательно эти конденсаторы, поставить к каждому из них стабилитрон на 2.8В, провести питание через резистор в 10Ом. Если питание кончилось, то эта система отдаст (14.4*14.4-10.5*10.5)*350/2/2=8.5кДж.

2. поставить степдаун на зарядку конденсатора, и степап на разрядку конденсатора. Если считать, что навеерное есть степап может работать с 1.2В, то тогда мне в теории хватит 8 банок (2.7*2.7-1.2*1.2)*8*350/2=8кДж

Первый путь простой, но, габариты и вес будут большими, чего бы не хотелось бы. Второй путь мне больше нравится, но я не знаю на чем можно степап сделать. Очень не хотелось бы под это целый микроконтроллер ставить. Вдруг кто посоветует, какой-нибудь LM или что-то на подобие этого, который бы сам мог делать степап, и позволял бы это делать и эффективно, и мощно.

Спасибо

ИИВ

EIDT: кажется есть еще один способ, покритикуйте, пожалуйста. Взять по две параллельные банки 6 раз последовательно эти конденсаторы, поставить к каждому стабилитрон, а между потребителем и этой конденсаторной сборкой поставить буст, который включать если напряжение на конденсаторной сборке упало ниже 12В. Если буст сможет вычерпать энергии до, например, 5В, то тогда эта система запасет 14.4*14.4-5*5)*350/3/2=10кДж, что мне с лихвой хватит. Тут вроде и буст проще должен быть, да и токи на нем не превысят 10А.

[Plain]

Читайте бумажки внимательнее, при –40°С ёмкость будет не 350, а 315 фарад, плюс неуказанный производственный разброс.

Можно сделать параллельную схему — поставить по обратимому преобразователю на банку, например, LTC3703. Только есть ограничение по максимальному Кзап=0,89, т.е. 700 мВ на входе он сможет поднять только до 6 В, а дальше их нужно будет ещё поднять до требуемого, и выравнивание токов придётся делать на рассыпухе, но плюс в том, что в обоих режимах им можно задать ограничение именно тока банки — по формуле из даташита, для 700 мВ это 39 А.

Сообщение отредактировал Plain - Feb 10 2012, 08:26

[iiv]

Благодарю, Вас, Plain за советы и идею по поводу LTC3703.

Возникло несколько встречных вопросов, если Вас не затруднит, посоветуйте, пожалуйста, мне:

1. получив 6В от LTC3703 разумно ли это напряжение от каждой банки соединить параллельно и поднимать дальше бустом до 12В?
2. курил даташит на LTC3703 у него пиковый ток 2А (на 700мВ), то есть при выходе в 6В там 0.2А будет. Даже если я 10 банок поставлю, суммарно на выходе после буста получу 1А на 12В, а мне надо 8А, или я таки не правильно разобрался с даташитом и там на выходе 6В будет 2А?

Читайте бумажки внимательнее, при –40°С ёмкость будет не 350, а 315 фарад, плюс неуказанный производственный разброс.

ага, спасибо, действительно я как-то не внимательно на тот график посмотрел увидев там почти 100%

[Plain]

получив 6В от LTC3703 разумно ли это напряжение от каждой банки соединить параллельно и поднимать дальше бустом до 12В?

Преобразователь обратимый, т.е. двунаправленный, т.е. вход и выход — это один и тот же провод. Соответственно, с этого провода сливает и в него же заливает 7-8 преобразователей параллельно.

курил даташит на LTC3703 у него пиковый ток 2А (на 700мВ)

И ещё раз внимательнее, потому как это контроллер, не монолитный стабилизатор, и там на всех схемах есть пара слонов, которых Вы опять не заметили. Так вот, по 2 А — это только гарантия их затворам.

39 ампер и 700 мВ предела на банку — это я просто грубо прикинул, исходя из конечных 30 Вт с выжатой банки, и вообще, из разумного предела по току для однофазной схемы и печатной платы, а качать схема может от нуля и до нуля.

Сообщение отредактировал Plain - Feb 10 2012, 11:14

[ISK2010]

Могу предложить вам такой суперкондер http://www.nesscap.com/common/download.jsp...V1_20110223.pdf .
При -40 они около 5% емкости теряют, но при этом реальная емкость где-то на 25% выше номинала, по крайней мере так было для 9и 86вольтовых модулей, которые мы у них брали. Внутри у них встоен модуль балансировки, NTC резистор, и датчик напряжения. CAN или RS485 это опция, которая стоит ~300$, т.е. дороже модуля.
Если есть вопросы, то обращайтесь, у меня есть прямая связь с их инженером. Сколько стоит такой модуль не знаю, могу только сказать, что "48V 111F €698/modul" и "86V 62F €1.420/module "

[iiv]

Уважаемый Plain,

благодарю Вас за простые и понятные разъяснения, да, действительно поверхностно прочитав даташит я не во всем разобрался, а Вы на путь истинный направили, спасибо!

Могу предложить вам такой суперкондер

Уважаемый ISK2010,

благодарю Вас за интересную ссылку. Цена, если сравнивать с тем, что можно собрать по моей ссылке, у Вас получается раза так в полтора ниже того, что я нашел, и это еще без учета стоимости компонент для выравнивания или организации степапов, это, конечно интересно. С другой стороны, при одинаковый емкостях напряжениях Ваш конденсатор весит 3кг против 0.7кг на Максвелловской сборке. Если не осилю разумный блок питания для Максвелловской сборке, то, наверное, к Вам обращусь, к сожалению, для меня вес системы - один из основных параметров.

С уважением

ИИВ

[Plain]

Ещё есть вариант с последовательной схемой — на каждую банку нужен переключатель на двух транзисторах и соответствующая схема управления.

Если всего будет 7 банок, то заряжать и разряжать их можно последовательно, секциями по 4 и 3 банки.

Плюс схемы — один преобразователь на всё и меньший вес, а минус — требуется контроллер.

[iiv]

Ещё есть вариант с последовательной схемой — на каждую банку нужен переключатель на двух транзисторах и соответствующая схема управления.

Уважаемый Plain,

огромное Вам спасибо за совет. Вдруг Вам будет не сложно, тыкните, пожалуйста, меня носом в что-то, где можно будет почитать как правильно это сделать. Где-то 5-6 МК-CPU-FPGA в системе имеется, 8 свободных ног на одной из АЦПшек - тоже, опыта работы на всем этом барахле - тоже. Думаю, что справлюсь, но вот в схемотехнике я очень-очень новичек, и, если, Вам будет не сложно, посоветуйте, пожалуйста, как правильно подступиться.

Спасибо

ИИВ

[ISK2010]

Я думаю, вес у предложенных мной конденсаторов больше из-за уже готового корпуса и того, что кондеры имеют толстые выводы, т.к. они вроде почти на 600А разрядный. А еще там получается больше 7кДж, при разряде с 17.1В до 8 В получить можно 12300Дж. Для вас, наверное, это будет лишним, тем более вес вам критичен. Вы посмотрите на сайте у них, может что более подходящее найдете.

P.S. в 2004-2006 году Максвелл и Несскап бадались из-за интеллектуальной собственности, обвиняли друг-друга в воровсте идей. В итоге было какое-то соглашение и несскап почти не слышно на европейском и сша рынке, зато у них цены меньше

Сообщение отредактировал ISK2010 - Feb 13 2012, 19:09

[iiv]

кстати с Максвелловскими сборками примерно все также, и габаритные, и тяжелые. Цены за сборку тоже побольше. Вес реально критичен - мне это вместе с электроникой в рюкзаке по горам таскать

Уважаемый ISK2010,

если Вам будет не сложно, вдруг Вы бы смогли бы узнать стоимость

ESHSP-0600C0-002R7

и

ESHSR-0360C0-002R7A

при заказе 10-20 шт.

Спасибо

ИИВ

[ISK2010]

Уважаемый iiv,
я сделал запрос, как только ответят, я напишу тут.

[iiv]

Cпасибо, Вам, ISK2010, за такую возможность, может удастся и бюджет проекта чуть уменьшить

[ISK2010]

Получил ответ.
- ESHSP-0600C0-002R7 : euro 49/pc (10~20pcs)
- ESHSR-0360C0-002R7A : euro 9.8/pc (10~20pcs)
Но меня еще спросили, не могу ли я немного рассказать про проект, и планируемый объем заказа данного типа продукции. Могу конечно что-нибудь написать, но может вы подскажете?

[iiv]

Уважаемый ISK2010,

большое Вам спасибо за информацию о цене. К сожалению, цена ни чем для меня не отличается от Максвелловских, а, так как их можно закупить совместно с другими деталями и доставка 2-3 дня, думаю, что я все-таки остановлюсь на Максвелле.

С уважением

ИИВ

[Plain]

посоветуйте, пожалуйста, как правильно подступиться.

К каждой банке надо подключить по полумосту, т.е. последовательно два NMOS — например, PSMN0R9, или аналогичных.

Затем эти полумосты соединить последовательно вот так:


К последнему верхнему выводу этой конструкции подключить озвученный выше обратимый преобразователь.

На паре '4051 (18-вольтовой серии) сделать дифференциальный мультиплексор 8:1 и подключить его входы к каждой банке.

Выход мультиплексора подключить к имеющему достаточный синфазный запас какому-либо дифференциальному усилителю — например, LT1990, или собрать на рассыпухе. Выход усилителя подать на АЦП микроконтроллера.

К каждому затвору транзисторов полумостов подключить драйвер — например, FAN3111E, или аналогичный. На входы этих драйверов подать сигналы с регистра управления — например, на паре сдвиговых регистров '595.

Преобразователь уровней для трёх ног адреса мультиплексора проще всего сделать на тех же FAN3111E.

Для питания мультиплексора и драйверов затворов соорудить дохленький источник +15 В (например, помповый), включаемый по сигналу МК.

Алгоритм работы простой — для заряда контроллер сперва подключает все банки и заряжает их, например, до 10 В. Затем оставляет только 4 банки, ждёт первую из них, зарядившуюся до номинальных 2,7 В (т.е. перебирает мультиплексором), отключает её, и подключает следующую недозаряжённую. Когда последняя банка будет заряжена, МК выключает зарядник, гасит всё управление и идёт спать.

Разряд производится в обратном порядке, с разницей в том, что МК следит уже за разрядом банок — например, до 0,1 В.

Итого, 7 банок и такой обвес обойдутся дешевле 200 долларов.

[iiv]

Уважаемый Plain,

как-то не заметил Ваш ответ сразу, и пост фактум говорю Вам огромное спасибо!

Кстати, похоже я додумался до чего-то очень аналогичного. Моя идея такая - вместо двух NMOSов поставить реле SPDT, во время зарядки мониторить несколькими АЦПшками МК напряжение на каждой банке, как только оно превысит - начать жонглировать реле и включить низкое входное напряжение хорошо отъюстированным (буком). Как все зарядится, вогнать все реле в их базовое состояние (все банки стоят последовательно) и вогнать МК в слип моду до момента, когда надо будет разряжаться и включить его, как только суммарно на банках будет меньше 10В, и тогда дожонглировать остатками запасенной энергии. В этом случае можно обойтись одним МК с 8 АЦПшными входами, 8-ю реле, и восьмиблоковой стойкой реле драйверов типа ULN2803 чем сильно упростить разработку. При токах зарядки-разрядки меньше 6А Ваш метод будет более экономичнее, при больших токах - мой (исходя из потерь на мосфетах и катушках реле).

С уважением

ИИВ

[Plain]

Нет предмета для спора.

Пара транзисторов весит 2 г, имеет сопротивление 0,9 мОм и потребление 0 Вт, а одно реле на 40 А весит 30 г при сопротивлении 10 мОм и потреблении 1 Вт.

Кроме того, в транзисторах подхватывающие при переключении цепь диоды есть внутри, а к реле их надо навешивать снаружи, и диоды эти должны быть на такой же рабочий ток, т.е. ещё 5 г на каждую банку.

А несимметричными входами АЦП МК, имеющими предел не 12 В, а 3 В, т.е. с курятником делителей на входах и непредсказуемым сопротивлением контактов, можно намерить разве что погоду в Африке.

[alexvu]

Попробуйте вот такую схему баланса при заряде.
При разряде баланса не будет, так что разряжайте не более чем до 0.6В / банку.
Энергии при этом останется процентов 5.



Такой схемой можно попытаться балансировать и при медленном разряде, но не понимаю, зачем это нужно.

[Serj78]

IIV , ваша батарея из 7 конденсаторов будет весить 420г. (60*7)

3.2*7 =22 милиома конечно круто, какой разрядный ток вам нужен? Машину заводить?

В тот же вес можно вписать батарею сильноточных литий-полимерных аккумуляторов с рейтингом 65-80C, емкостью около 5 Ач,
тепле она легко отдаст 400А, даже не нагреется, на морозе- -30 внутреннее сопротивление вырастет в 15 раз и составит 18 милиом, в тепле,
соответственно, 1.2милиома...


Зарядник очень простой, энергии- вагон, ценник- 50$

[alexvu]

Я тоже про что-то подобное думал, но не знал, что литиевые аккумы работают при -30гр.
Тогда вообще нет проблем, к тому же заданная емкость (160 мАч) превышена в N раз

[blackfin]

Я тоже про что-то подобное думал, но не знал, что литиевые аккумы работают при -30гр.

ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АКУМУЛЯТОРЫ:

Литий-ионные аккумуляторы производятся по наиболее современной технологии. Особенностью данных приборов является их востребованность в системах, где важны небольшие массо-габаритные характеристики при достаточно высокой емкости. Рабочий температурный диапазон от -40°С до +60°С.

[snowboy]

Я тоже про что-то подобное думал, но не знал, что литиевые аккумы работают при -30гр.
Тогда вообще нет проблем, к тому же заданная емкость (160 мАч) превышена в N раз

Посмотрите аккумуляторы с химией LiFePO4, работают до -40, очень низкое внутреннее сопротивление