Weergave van 10 geneste reacties
  • Auteur
    Berichten
    • #709
      Jos Goossen
      Sleutelbeheerder

      Ultracaps of supercaps zijn condensatoren met een zeer hoge capaciteit. door onderstaande eigenschappen zijn ze interessant voor toepassing als accu:

      • Maximaal aantal laadcycli veel hoger dan van traditionele accusystemen zoals lood- of Li-ion accu’s;
      • Bestand tegen zeer lage en zeer hoge temperaturen;
      • Bestand tegen extreem snel laden en ontladen;
      • Capaciteit nauwelijks afhankelijk van de temperatuur;
      • Goedkoop.

      Ultracaps kennen ook nadelen:

      • Lagere energiedichtheid (capaciteit per volume) dan traditionele accusystemen;
      • Geringe maximale spanning per cel (meestal 2,7 V);
      • Hoge zelfontlading bij volle lading.

      Om ultracaps te gebruiken als accu is het volgende nodig:

      • Serieschakeling om een bruikbare spanning te bereiken;
      • Een balancing circuit om het overladen van de individuele condensatoren te voorkomen.

       

      Experiment om meer inzicht te krijgen in de zelfontlading:
      Een ultracap van 500F is geladen tot de limiet van 2,7 V.
      Vervolgens is periodiek de spanning gemeten van de onbelaste ultracap.

      Resultaten ultracap experiment:

      • De eerste dagen na het laden is de zelfontlading erg hoog.
      • Na een dag of 10 bedraagt de spanningsval minder dan 1% per dag.
      • Na 100 dagen zakt de spanning minder dan 0,10% per dag.

      Een serieschakeling van bijvoorbeeld 3 van deze ultracaps zou je met een zonnepaneel kunnen laden tot 6 V.
      Meer dan 6V zal door de hoge zelfontlading in het gebied boven 2 V in de praktijk niet zinvol zijn.
      Een MCP 1700 spanningsregelaar van Microchip kan uit de in serie geschakelde condensatoren met minimaal energieverlies een stabiele 5V leveren.
      Als we dit zouden kunnen combineren met een buck-boost converter, die invalt als de condensatorspanning onder de 5V zakt, kunnen we een groter spanningsgebied van de ultracaps benutten.

      Balancing circuit.
      Ultracaps zijn niet bestand tegen overladen. In een serieschakeling zal de capaciteit van de individuele condensatoren niet exact gelijk zijn. Hierdoor kan de spanning op inviduele condensatoren te hoog oplopen. Dit is te voorkomen met een balancing circuit.

       

      Het balancing IC wordt geleverd in het  16-Pin SOIC formaat. In de prototyping fase is het handig om deze op een SOIC- DIP conversie printje te solderen.

    • #737
      jan van kranenburg

      Ik vind dit weer een supervinding! Hiermee wordt de levensduur (of aantal laadcycli) van de batterij/accu niet meer bepalend voor de levensduur van het meetapparaat.
      Het neemt wel relatief veel ruimte in, maar bij de Multiflexmeter is dat geen probleem.
      Innovatie ten top!

    • #1675
      Bas Visscher
      Bijdrager

      Hallo,

      Bij de volgeladen condensatoren heb je een spanning van 3*2.7 = 8.1V. Dit is veel te hoog voor de MCP1700. In de datasheet staat dat deze maximaal 6V mag hebben en dat de “Absolute Maximum Rating” 6.5V is. Ook kan deze maar 250mA leveren. Als de stroom hierboven komt gaat hij stuk. Ook is dit een lineaire regelaar. Dit betekend dat deze zeer inefficiënt is. Beter zou je een buck / boost regelaar gebruiken.

      Het lijkt me wel leuk om een printje te ontwerpen die de condensatoren efficiënt laad vanaf een paneel en deze lading weer efficiënt omzet naar 5V. Zou je de afmetingen van de condensatoren door kunnen geven? Dus de afstand tussen de poten en de diameter? Dan zal ik een pcb voor je tekenen.

    • #1676
      Jos Goossen
      Sleutelbeheerder

      Hoi Bas,

      In het laatste ontwerp gebruik ik een MCP1702. Die kan max 13,2V aan. Ook deze levert max 250 mA. Dat is inderdaad niet veel, maar ik vond hem interessant door zijn extreem lage ruststroom. Jouw voorstel voor een combinatie van een efficiënte lader in combinatie met een 5V regelaar is zeer welkom. Zoals afgesproken zorg ik dat er een paar supercaps jouw kant opkomen. De caps van 500F die ik tot nu toe gebruik zijn er in twee uitvoeringen: met 2 en 4 poten. Misschien is het goed om bij je ontwerp uit te gaan van meer dan 3 caps omdat we dan langer autonoom kunnen meten. In het doosje dat we nu gebruiken is trouwens ruimte voor max 8 van deze caps. Misschien is een serie van 6 goed werkbaar. Ik stop er daarom een doosje bij zodat je het zelf kunt bekijken.
      Wat betreft de aansluiting op het zonnepaneel: degene die ik nu gebruik bevatten gewoon soldeereilandjes waar ik een JST-2pin kabeltje aan soldeer.

    • #1679
      Bas Visscher
      Bijdrager

      Hallo,

      Ik heb de voorlopige schema’s af. (http://vanbassum.com/Multiflex/Schematic%20Prints.pdf) Als er nog op of aanmerkingen zijn dan hoor ik het wel.

      Opladen condensatoren
      De LTC3130 is een buck/boost converter met een MPPC waardoor er altijd zoveel mogelijk energie uit het zonnepaneel gehaald wordt. Hij accepteert alles tussen de 2.4V en 25V waardoor je ook nog eens met andere panelen zou kunnen experimenteren. Ook heeft deze in burst mode een zeer hoge efficiency. Nu is dit sterk afhanelijk van de ingang en uitgang spanning en de stroom. Maar ik verwacht een efficiency van minimaal 80%. In het huidige schema is de maximale laadspanning 4.4V, maar dit is later zeer eenvoudig aan te passen door een of twee weerstanden aan te passen.

      Condensatoren
      Voor de balancing gebruik ik hetzelfde IC als jij, maar dan de variant voor 2 condensatoren in serie. (ALD910025) Ik zit te denken om 4 condensatoren te gebruiken, dus 2 in parallel en dat 2x in serie. Waarschijnlijk is dit min of meer oneindig uit te breiden door er meer parallel te zetten. Dit durf ik alleen niet 100% zeker te zeggen, maar met wat experimenteren is daar vast en zeker achter te komen.

      Omvormen naar 5V of 3V3 (J2)
      Om vervolgens de spanning om te vormen naar een bruikbare 5V gebruik ik de MAX1797. Ook deze heeft een hoge efficiency van meer dan 80%. Maar wat het mooiste is van dit chippie is dat hij bij 0.8V condensator spanning nog steeds werkt. Je kunt de condensatoren hiermee bijna helemaal leegtrekken. 0.8V / 2 condensatoren = 0.4V per condensator. De MCP1702 stopt al bij een spanning van ongeveer 5.5V. Bij 3 condensatoren blijft er dus 5.5 / 3 = 1.8V over per condensator. Nu zit de helft nog vol.

      Nu verder
      Hoe dan ook, ik ga nu aan de PCB beginnen. Met een beetje mazzel past dit op een pcb van 50x50mm. In dat geval kan je bij itead deze printjes krijgen voor ongeveer 1 euro per stuk. Ik heb hier zelf al eens eerder besteld en dat beviel prima. https://www.itead.cc/open-pcb/pcb-prototyping/2layer-green-pcb-5cm-x-5cm-max.html

      Overige zaken
      Ik denk dat het ook wel loont om eens naar merk condensatoren te kijken. Deze houden hun lading waarschijnlijk beter vast. Ook betwijfel ik of condensatoren van 3 euro echt 500F zijn. Hier wordt erg veel in gesjoemeld, zeker met LIPO batterijen. Bij een betrouwbare leverancier ben je voor 400F al 15 euro kwijt. Maar dit is het zeker waard! (Idee om je test te herhalen met een merk condensator?) Kijk dan vooral ook bij hoge en lage temperaturen!!! En wat is de capaciteit na een jaar service? (Dit kun je zelf meten met een weerstand, stopwatch en een multimeter.)

      Ik geloof dat dat het wel weer eventjes was. 🙂
      Mocht je nog vragen of opmerkingen hebben, dan hoor ik het wel.

    • #1681
      Jos Goossen
      Sleutelbeheerder

      Hoi Bas,

      Mooi werk! Ik heb al een pakje voor je klaar liggen met een doosje voorzien van een 2W 6V paneeltje, 2 supercaps (met verschillende pin layouts) en een balancing boardje van eBay (zodat je kunt zien hoe deze is opgebouwd: graag jouw oordeel). 4 caps kunnen gemakkelijk in het doosje, 6 is ook geen probleem is wellicht beter als backup in donkere periodes.
      Ik kan me je twijfel over de kwaliteit van $3 supercaps goed voorstellen. Heb jij een suggestie voor kwalitatief goede caps met een hoge capaciteit?

    • #1712
      Bas Visscher
      Bijdrager

      Hallo,

      Ik weet zo snel geen goeie leverancier voor condensatoren. Maar Farnell heeft er een paar. http://nl.farnell.com/webapp/wcs/stores/servlet/Search?catalogId=15001&langId=31&storeId=10168&categoryId=700000005407&showResults=true&pf=110101541

      Waar ik ook nog aan zat te denken is om de spanning te verhogen, en de capaciteit te verminderen. De hoeveelheid energie in een condensator wordt met de volgende formule bepaald, E = 1/2 C U2. Het zou wellicht baten om er meer in serie te zetten in plaats van parallel. Bij twee condensatoren in serie verdubbelt de spanning, en gaat de capaciteit door de helft.

      500F @ 2.5V = 1562.5
      250F @ 5V = 3125

      Het voordeel van 2 in serie, is dat je kan uitbreiden door er in parallel condensatoren bij te zetten. Nu werkt het al vanaf 2 condensatoren. Als je er meer in serie zet is dat automatisch ook het minimale aantal condensatoren wat je moet hebben.

      Ik zal nog eens kijken of het IC meerdere condensatoren in serie aan kan.

    • #1713
      Jos Goossen
      Sleutelbeheerder

      Hallo Bas,
      Als een hogere spanning gunstig is dan zou je toch net zo goed kunnen kiezen voor 4 condensatoren in serie? Of zie je al beperkingen in het aantal aansluitingen op de balancing chip?

      Ik zag op een van de documentatiebladen van kwaliteitscondensatoren dat de levensduur aanzienlijk is te verlengen door ze te belasten tot maximaal ca. 80% van hun limiet. In dat geval zou 2,16 v de max zijn (voor een 2,7 V condensator): http://www.mouser.com/ds/2/40/AVX-SCC-1018831.pdf

    • #1736
      Bas Visscher
      Bijdrager

      Hallo,

      Ja, voor eigenlijk alle componenten geld dat je ze nooit 100% moet belasten. In dit geval ook voor de condensatoren. Mijn schema is nu zo dat de beide tot een spanning van 2.2V worden opgeladen. Maar dit is later aan te passen mocht je dat graag willen.

      Dat die hogere spanning gunstig is, is enkel als de spanning van een enkele condensator verhoogd wordt. Alleen ik denk dat je die niet gaat vinden.
      2 condensatoren parallel, 0.5 * 1000F * 2.5^2 = 3125J
      2 condensatoren serie , 0.5 * 250F * 5^2 = 3125J

      Het maakt voor de energie dus niet uit of je ze in serie of in parallel zet. Dus ik blijf bij de 2 condensatoren in serie, en vervolgens eventueel uitbreiden in parallel.

      Zodra ik je pakketje binnen heb kan ik de PCB afmaken en bestellen.

    • #1809
      Bas Visscher
      Bijdrager

      Zo, de pcb is getekend. (Nog niet gecheckt door de pcb boer.)
      Hij is hier te vinden, http://www.vanbassum.com/Multiflex/Solar Harvester.pdf

      De PCB is 40*80 en ze gaan per 10. Dat zal zoon 20 euro totaal kosten. De onderdelen zullen rond de 20 euro per print zitten. Het is verstandig om qua onderdelen voor een paar printjes te kopen, want er gaat tijdens het bestucken nog wel eens wat mis. Ook zal er een fout in de print zit heb je nog wat speel ruimte. Zoon 3 stuks lijkt me voldoende.

      Ik zal een bestellijst voor farnell maken en ik kan ze via het werk bestellen, maar het is misschien makkelijker om dat via jullie te doen en dan het aflever adres op mijn adres te zetten.

      Ik hoor het wel.

    • #1822
      Jos Goossen
      Sleutelbeheerder

      Hoi Bas,

      Prima: wij bestellen de componenten en laten ze bij jou bezorgen.
      Kun je de Gerber files van de PCB ook openbaar zetten?

      Groeten,
      Jos

Weergave van 10 geneste reacties
  • Je moet ingelogd zijn om een reactie op dit onderwerp te kunnen geven.