Condensateurs électrolytiques à plus haute densité d'énergie

Je construis un projet qui implique de décharger un condensateur assez grand à travers une paire de bobines électromagnétiques. Il est électriquement très similaire à un fusil à bobine, mais pour une application différente. Je ne peux pas utiliser un supercondensateur car leur densité de puissance n'est pas assez élevée, et j'ai donc besoin de trouver les condensateurs électrolytiques avec la densité d'énergie la plus élevée, car je suis limité à environ 80g pour le condensateur.

À quelle tension maximale les condensateurs électrolytiques en aluminium standard ont-ils la densité d'énergie la plus élevée? Je peux concevoir ma bobine et mon transformateur flyback autour de la tension du condensateur s'il y a un avantage à des tensions plus élevées, mais si elles sont toutes à peu près les mêmes, je pense que l'électronique serait plus facile avec un capuchon de 35 V qu'avec un capuchon de 200 V.
Y a-t-il un site ou un fabricant qui a une liste de condensateurs avec la densité d'énergie pour chacun? Cela ressemble à une fonctionnalité que Parts.io ou un site similaire aurait, mais je ne la trouve nulle part. La façon dont je le fais maintenant, je dois trouver la taille de l'emballage pour chaque capuchon dans la fiche technique, puis trouver le poids de cette taille d'emballage et calculer la densité d'énergie, ce qui devient plutôt fastidieux.
Dois-je chercher une autre technologie de condensateur au lieu d'électrolytique? J'ai du mal à trouver des condensateurs au tantale aussi gros, et ceux que je trouve ont des spécifications similaires à l'électrolyse.

capacitor energy electrolytic-capacitor

— ahalekelly
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Il est très rare de lister la "densité d'énergie" pour un condensateur, vous devrez faire le calcul vous-même pour chaque condensateur. Je doute que vous trouviez un capuchon avec un rapport énergie / volume plus élevé qu'un supercap. Même si les supercaps ne peuvent gérer que des tensions très faibles.

— Bimpelrekkie

Essayez d'exécuter les chiffres en utilisant (par exemple) Digikey. Je m'attendrais à environ 10-50V pour les condensateurs, mais ce n'est qu'une supposition. La densité d'énergie volumétrique peut être différente de la densité d'énergie de masse. Ce n'est pas normalement spécifié, vous pouvez donc télécharger une feuille de calcul de différents condensateurs et la calculer vous-même puis trier. Ça ne devrait pas prendre longtemps. Je doute que des condensateurs approchent de la densité d'une batterie rechargeable.

— Spehro Pefhany

Le problème est que des sites comme Digikey, Mouser et Parts.io ne répertorient pas le poids comme l'un de leurs éléments standard, vous devez donc rechercher la fiche technique pour chacun. Je peux le faire et le mettre dans une feuille de calcul, cela prend juste une éternité. Et je sais qu'aucun condensateur électrolytique ne peut correspondre à la densité d'énergie d'une batterie rechargeable ou d'un supercap, mais aucune batterie rechargeable ou supercap 80g ne produira la puissance de crête ~ 50KW dont j'ai besoin.

— ahalekelly

Question intéressante, je l'ai vu sur quelques fiches techniques de condensateur avant mesuré en J / g. Je suppose que pour les systèmes aériens, cela pourrait être utile ... Ma supposition serait la moyenne tension comme l'a mentionné @SpehroPefhany. Je regarderais avant tout le polymère électrolytique, il a une densité élevée je crois et un ESR très bas.

— MadHatter

Une puissance de pointe de 80 g et 50 kW signifie que vous n'aurez qu'une durée d'impulsion de quelques microsecondes avec un condensateur. Comme le dit @MadHatter, consultez le polymère conducteur mais je ne vois pas de masses données même dans les fiches techniques. Il n'est pas inhabituel dans la conception de proposer une figure de mérite que personne d'autre ne considère comme importante.

— Spehro Pefhany

Réponses:

Merci pour l'aide à tous, j'ai fini par faire manuellement la feuille de calcul , avec des condensateurs allant de 7,5 à 82 g et de 16 mm à 40 mm de diamètre. Fondamentalement, plus la tension est élevée, mieux c'est, au sein d'une famille de condensateurs. Certaines familles de condensateurs montent jusqu'à 550V, mais les familles les plus denses en énergie ne montent que jusqu'à 450V. Le deuxième facteur le plus important est le style de connexion, en ce sens que les condensateurs enfichables sont beaucoup plus légers pour une capacité donnée que les condensateurs à borne à vis ou à condensateur radial. Il semble également que les condensateurs de plus petit diamètre aient une densité d'énergie plus élevée, mais la longueur a un effet assez faible. Le fabricant n'a pas d'importance, car leurs condensateurs haut de gamme ont tous la même capacité pour une taille de boîtier et une tension données.

Pour cette raison, j'ai finalement choisi le plus petit diamètre et le plus long condensateur enfichable disponible, le diamètre 22 mm, 50 mm de long, 400V 330uF United Chemi-Con ESMQ401VSN331MP50S , et je prévois d' en mettre 3 en parallèle. Ils n'indiquent pas la masse de leurs condensateurs, mais sur la base de la masse de TDK pour la même taille, elle est de 2,66 J / g. La densité d'énergie la plus élevée que j'ai pu trouver était de 2,99 J / g, mais cela et plusieurs autres condensateurs à la densité d'énergie la plus élevée n'étaient stockés nulle part.

— ahalekelly
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Beau travail sur les cartes. N'oubliez pas la résistance et l'inductance de votre bobine. Les capuchons à basse tension peuvent fonctionner correctement pour une bobine de 0,01 ohm à fil plat ou carré (car le courant sera plus élevé dans la faible résistance), mais si la bobine est mesurée à 2 ohms, cela limitera le courant en fonction de la disponibilité Tension. L'inductance peut également être un facteur, car ce que vous faites réellement, c'est de connecter un condensateur en série avec une inductance variant dans le temps, qui est en grande partie un circuit de réservoir résonnant "LC" au moment où il est alimenté. Le courant augmentera rapidement, puis oscillera.

— rdtsc

À première vue, il y a des indices de décharge rapide dans votre question.

Les deux types de condensateurs les mieux notés pour cette application de stockage d'énergie et de décharge rapide sont les condensateurs à lampe flash et les condensateurs à électrificateur de clôture électrique. Les deux devraient être proches du meilleur que vous trouverez à des prix raisonnables. Si vous voulez mieux, alors quelque chose de classé pour l'aviation pour garder le poids bas pourrait être mieux mais coûtera beaucoup plus cher.

EDIT:
Pour couvrir un peu plus votre question de tension, plus elle est élevée, mieux c'est jusqu'à un certain point. Habituellement, le point est dicté par vos composants de commutation ou l'appareil que vous prévoyez d'alimenter. 350 V CC est une limite populaire pour les semi-conducteurs de commutation grand public car elle correspond aux tensions de ligne de crête pour les appareils utilisés à 230 V CA.

Votre choix de fabricant n'est pertinent que si vous voulez des lots, sinon vous êtes mieux servi dans la recherche de sites de vente au détail ou de distribution.

Sans quelques indices supplémentaires sur le projet que vous avez choisi, il semblerait que l'électrolyse de l'aluminium soit la voie à suivre. Les tantales ont ici très peu d'avantages supplémentaires.

— KalleMP
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C'est une bonne réponse. Je voudrais cependant mettre en garde contre les tantales. Ils sont notoirement mauvais avec des pointes de tension rapides et / ou des courants de décharge élevés. Ils peuvent exploser en un éclair blanc :)

— bitsmack

Une spécification très importante pour votre condensateur est combien de temps vous voulez qu'il dure.

De manière générale, les fabricants obtiennent des composants robustes et durables en ajoutant du poids et en réduisant les performances. Si vous approvisionnez le marché des moteurs automobiles, par exemple, vous ne voulez vraiment pas d'échecs, vous ne voulez pas être responsable de bouleverser des millions de consommateurs aisés.

Si vous souhaitez maximiser les performances, une durée de vie limitée et un utilisateur final non complice non sophistiqué sont nécessaires. Vous obtenez une très bonne densité d'énergie pour les bouchons de stockage d'énergie à flash électrolytique utilisés dans les appareils photo jetables. Ils sont conçus pour se décharger dans une charge de lampe flash 1 . Il est difficile de trouver des spécifications à vie pour ceux-ci, j'ai vu une fiche technique pour quelque chose comme eux réclamant 5000 clichés, mais je ne sais pas si c'était pour le produit jetable ou une utilisation finale de pistolet flash de meilleure qualité. Après tout, un appareil photo jetable se déclenche au maximum 36 fois. $\Omega$

Je viens de peser 80g de bouchons que j'ai récupérés des appareils photo jetables, comprenant 11 bouchons 120uF 330v (nominale) 350v (surtension). À 330v, cela vous donnera un total de 72J. Chargez à la tension de surtension pour une durée de vie encore plus courte, et vous ne récupérerez que 1J / g d'énergie spécifique. Est-ce à distance dans votre stade?

Compte tenu de la charge nominale par condensateur, et vous auriez 11, une puissance de décharge de 50 kW est confortablement à leur portée.

— Neil_UK
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@adrian de combien d'énergie avez-vous besoin?

— Neil_UK

Je n'avais pas pensé à la durée de vie comme un facteur, et mes exigences sont assez faibles. Je serais bien de remplacer le condensateur toutes les 100 décharges. Parce que c'est une durée de vie si faible, la charge à une tension légèrement supérieure à celle pour laquelle elle est évaluée est une bonne idée.

— ahalekelly

En ce qui concerne le stockage d'énergie, plus le condensateur peut produire d'énergie et de puissance, plus il sera efficace. Je pense que l'énergie minimale pour que cela soit utile sera quelque part dans cet ordre de grandeur, mais cela dépend très fortement de l'efficacité de mes électro-aimants.

— ahalekelly