Elektrolytkondensatoren mit der höchsten Energiedichte

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Ich baue ein Projekt, bei dem ein ziemlich großer Kondensator über ein Paar elektromagnetischer Spulen entladen wird. Es ist elektrisch einer Coilgun sehr ähnlich, allerdings für eine andere Anwendung. Ich kann keinen Superkondensator verwenden, da dessen Leistungsdichte nicht hoch genug ist. Daher muss ich die Elektrolytkondensatoren mit der höchsten Energiedichte finden, da ich für den Kondensator auf etwa 80 g beschränkt bin.

  1. Bei ungefähr welcher maximalen Spannung haben Standard-Aluminium-Elektrolytkondensatoren die höchste Energiedichte? Ich kann meine Spule und meinen Rücklauftransformator um die Kondensatorspannung herum konstruieren, wenn höhere Spannungen von Vorteil sind, aber wenn sie alle ungefähr gleich sind, wäre die Elektronik mit einer 35-V-Kappe einfacher als mit einer 200-V-Kappe.

  2. Gibt es einen Standort oder einen Hersteller, der eine Liste von Kondensatoren mit der Energiedichte für jeden hat? Es scheint, als hätte eine Funktion Parts.io oder eine ähnliche Site, aber ich kann sie nirgendwo finden. So wie ich es jetzt mache, muss ich die Packungsgröße für jede Kappe im Datenblatt finden und dann das Gewicht dieser Packungsgröße finden und die Energiedichte berechnen, was ziemlich mühsam wird.

  3. Sollte ich mich mit einer anderen Kondensatortechnologie als mit Elektrolyt befassen? Es fällt mir schwer, so große Tantalkondensatoren zu finden, und diejenigen, die ich finde, haben ähnliche Spezifikationen wie die Elektrolyse.

ahalekelly
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Es ist sehr ungewöhnlich, die "Energiedichte" für einen Kondensator aufzulisten. Sie müssen die Berechnung für jeden Kondensator selbst durchführen. Ich bezweifle, dass Sie eine Kappe mit einer höheren Energie / Volumen als eine Superkappe finden. Auch wenn Superkappen nur sehr niedrige Spannungen verarbeiten können.
Bimpelrekkie
Versuchen Sie, die Zahlen mit (sagen wir) Digikey auszuführen. Ich würde ungefähr 10-50 V für die Kondensatoren erwarten, aber das ist nur eine Vermutung. Die volumetrische Energiedichte kann sich von der Massenenergiedichte unterscheiden. Es ist normalerweise nicht angegeben, daher können Sie eine Tabelle mit verschiedenen Kondensatoren herunterladen und selbst berechnen und dann sortieren. Sollte nicht lange dauern. Ich bezweifle, dass sich Kondensatoren der Dichte eines Akkus annähern.
Spehro Pefhany
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Das Problem ist, dass Websites wie Digikey, Mouser und Parts.io das Gewicht nicht als eines ihrer Standardelemente auflisten, sodass Sie das Datenblatt nach jedem einzelnen durchsuchen müssen. Ich kann das tun und es in eine Tabelle einfügen, es dauert einfach ewig. Und ich weiß, dass kein Elektrolytkondensator die Energiedichte einer wiederaufladbaren Batterie oder Superkappe erreichen kann, aber keine wiederaufladbare 80-g-Batterie oder Superkappe gibt die von mir benötigte Spitzenleistung von ~ 50 kW aus.
Ahalekelly
Interessante Frage, ich habe es ein paar Kondensator-Datenblätter gesehen, bevor es in J / g gemessen wurde. Ich denke für Antennensysteme könnte es nützlich sein ... Meine Vermutung wäre Mittelspannung, wie @SpehroPefhany erwähnt. Ich würde mir Electrolytic Polymer vor allem anderen ansehen, es hat meiner Meinung nach eine hohe Dichte und einen sehr niedrigen ESR.
MadHatter
80g und 50kW Spitzenleistung bedeuten, dass Sie mit einem Kondensator nur eine Pulsdauer von Mikrosekunden haben. Wie @MadHatter sagt, überprüfen Sie das leitfähige Polymer, aber ich sehe keine Massen, die selbst in den Datenblättern angegeben sind. Es ist nicht ungewöhnlich im Design, eine Gütezahl zu finden, die sonst niemand für wichtig hält.
Spehro Pefhany

Antworten:

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Vielen Dank für die Hilfe an alle. Am Ende habe ich die Tabelle mit Kondensatoren von 7,5 bis 82 g und einem Durchmesser von 16 mm bis 40 mm manuell erstellt . Grundsätzlich gilt: Je höher die Spannung, desto besser innerhalb einer Kondensatorfamilie. Einige Kondensatorfamilien gehen bis zu 550 V, aber die energiereichsten Familien gehen nur bis zu 450 V. Der nächstgrößere Faktor ist der Verbindungsstil, da Snap-In-Kondensatoren für eine bestimmte Kapazität viel leichter sind als Kondensatoren mit Schraubklemme oder radialer Leitung. Es scheint auch, dass Kondensatoren mit kleinerem Durchmesser eine höhere Energiedichte hatten, aber die Länge einen ziemlich kleinen Effekt hatte. Der Hersteller spielt im Grunde keine Rolle, da alle High-End-Kondensatoren für eine bestimmte Gehäusegröße und Spannung die gleiche Kapazität haben. Energiedichte gegen Spannung Energiedichte gegen Masse Energiedichte gegen Durchmesser

Aus diesem Grund habe ich mich für den kleinsten Durchmesser und den längsten verfügbaren Einrastkondensator entschieden, den 22 mm Durchmesser, 50 mm lang, 400 V 330 uF United Chemi-Con ESMQ401VSN331MP50S , und ich plane, drei davon parallel zu schalten . Sie listen nicht die Masse ihrer Kondensatoren auf, aber basierend auf der Masse von TDK für dieselbe Größe beträgt sie 2,66 J / g. Die höchste Energiedichte, die ich finden konnte, betrug 2,99 J / g, aber dieser und mehrere andere Kondensatoren mit der höchsten Energiedichte waren nirgendwo auf Lager.

ahalekelly
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Gute Arbeit an den Charts. Vergessen Sie nicht Ihren Spulenwiderstand und Ihre Induktivität. Niederspannungskappen funktionieren möglicherweise gut für eine 0,01-Ohm-Spule mit flachem oder quadratischem Draht (da der Strom in den niedrigen Widerstand höher ist). Wenn die Spule jedoch bei 2 Ohm gemessen wird, wird der Strom basierend auf den verfügbaren begrenzt Stromspannung. Die Induktivität kann auch ein Faktor sein, da Sie tatsächlich einen Kondensator in Reihe mit einem zeitvarianten Induktor schalten, der in dem Moment, in dem er erregt wird, ein "LC" -Resonanztankkreis ist. Der Strom steigt schnell an und schwingt dann.
rdtsc
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Auf den ersten Blick gibt es Hinweise auf eine schnelle Entladung in Ihrer Frage.

Die beiden Kondensatortypen, die für diese Anwendung der Energiespeicherung und schnellen Entladung am besten geeignet sind, sind Blitzlampenkondensatoren und Kondensatoren für Elektrozaun-Energizer. Beide sollten in der Nähe des Besten sein, das Sie zu vernünftigen Preisen finden. Wenn Sie besser wollen, ist etwas, das für die Luftfahrtklasse bewertet wurde, um das Gewicht niedrig zu halten, vielleicht besser, kostet aber viel mehr.

EDIT:
Um Ihre Spannungsfrage etwas genauer zu behandeln: Je höher desto besser bis zu einem gewissen Punkt. Normalerweise wird der Punkt von Ihren Schaltkomponenten oder dem Gerät bestimmt, das Sie mit Strom versorgen möchten. 350 V DC ist eine beliebte Grenze für Halbleiter, die von Verbrauchern geschaltet werden, da sie den Spitzenleitungsspannungen für Geräte entsprechen, die bei 230 V AC verwendet werden.

Ihre Wahl des Herstellers ist nur relevant, wenn Sie Lose wünschen, andernfalls sind Sie besser bei der Suche nach Einzelhandels- oder Händlerseiten bedient.

Ohne ein paar weitere Hinweise zu Ihrem gewählten Projekt scheint die Aluminiumelektrolytik der richtige Weg zu sein. Wutanfälle haben hier nur sehr wenige zusätzliche Vorteile.

KalleMP
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Das ist eine gute Antwort. Ich würde jedoch vor Wutanfällen warnen. Sie sind notorisch schlecht, sowohl mit schnellen Spannungsspitzen als auch mit hohen Entladeströmen. Sie können in einem weißen Blitz explodieren :)
bitsmack
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Eine sehr wichtige Spezifikation für Ihren Kondensator ist, wie lange er halten soll.

Im Allgemeinen erhalten Hersteller robuste, langlebige Komponenten, indem sie Gewicht hinzufügen und die Leistung verringern. Wenn Sie zum Beispiel den Automotorenmarkt beliefern, wollen Sie wirklich keine Ausfälle, Sie wollen nicht dafür verantwortlich sein, Millionen wohlhabender Verbraucher zu verärgern.

Ω

Ich habe gerade 80 g Kappen abgewogen, die ich aus Einwegkameras gerettet habe. Bei 330 V erhalten Sie insgesamt 72J. Laden Sie die Stoßspannung für eine noch kürzere Lebensdauer auf, und Sie kratzen nur 1 J / g spezifische Energie. Ist das aus der Ferne in Ihrem Stadion?

Angesichts der Nennlast pro Kondensator und einer Entladeleistung von 11 liegt die Entladeleistung von 50 kW bequem innerhalb ihrer Möglichkeiten.

Neil_UK
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@adrian wie viel energie brauchst du
Neil_UK
Ich hatte die Lebensdauer nicht als einen Faktor angesehen, und meine Anforderungen sind ziemlich niedrig. Ich würde den Kondensator alle 100 Entladungen ersetzen. Da dies eine so niedrige Lebensdauer ist, ist es eine gute Idee, auf eine etwas höhere Spannung aufzuladen, als für diese vorgesehen ist.
Ahalekelly
Je mehr Energie und Leistung der Kondensator abgeben kann, desto effektiver ist die Energiespeicherung. Ich denke, die minimale Energie, damit dies nützlich ist, wird irgendwo in dieser Größenordnung liegen, aber das hängt sehr stark von der Effizienz meiner Elektromagnete ab.
Ahalekelly