Almacenamiento temporal de energía de alta potencia

Actualmente estoy construyendo un pequeño cargador portátil alimentado por humanos para suministrar un LED de 1W. Recuperé un núcleo de dínamo de una antorcha, pero no puedo usar otros componentes en el interior ya que la antorcha solo está diseñada para alimentar 3 LED de 70 mW; la batería interna de iones de litio solo es capaz de generar una fracción de vatio.

El problema es de almacenamiento. Sé que el dispositivo es capaz de generar la energía que necesito; al acortar la manivela utilizada para alimentarlo y conectar la salida a un regulador de voltaje LM2596, pude generar ~ 1 A a 5 V (medido a través de la resistencia de derivación del multímetro); esto supera con creces el 1 W necesario para impulsar el LED. Si bien esta potencia de salida requirió mucho esfuerzo (ya que la dínamo casi se cortocircuitó), 1W fue bastante sostenible. Sin embargo, preferiría algún tipo de almacenamiento de energía a corto plazo que pudiera usar para impulsarlo, es decir, al menos 10 segundos de potencia máxima, por lo que una capacidad superior a 10J.

Las posibilidades son las siguientes:

-Tengo un supercondensador de 10F, pero solo es de 2,2 V, que es demasiado bajo para encender el LED. Si bien podría obtener un SMPS intensificador, me preocupan las pérdidas de energía, ya que ya estoy usando uno para reducir el voltaje de la dínamo.

-Podría usar baterías de iones de litio, y tengo la intención de hacerlo (el aparato de carga es bastante fácil de conseguir y tengo la capacidad de salida de energía), pero también me gustaría que la linterna tuviera una vida útil prolongada; La duración de la batería de estos es de alrededor de 3 a 5 años la última vez que los revisé, lo que creo que es demasiado corto. Además, es posible que desee aumentar la producción de energía (por ejemplo, la potencia de las piernas en lugar del brazo), lo que implicaría una mayor entrada de energía de la que estas baterías no son capaces, ya que están limitadas a un máximo de 1C, por lo tanto, alrededor de 1A o menos.

-Otras posibilidades incluyen quizás un volante, pero no estoy seguro sobre el volumen y la viabilidad.

Las principales consideraciones de diseño son la eficiencia y la portabilidad, sin dejar de cumplir con los requisitos de energía.

Respuestas (1)

Un condensador de 2,2 F cargado a 5 V proporciona un almacenamiento de energía de hasta 27,5 julios: -

Límite de energía almacenada = C V 2 2 = 2.2 5 2 2 = 27,5 julios.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Claramente, necesitaría mucho esfuerzo para cargarlo, pero no veo por qué esto no funcionaría como un sistema básico de almacenamiento de energía. Una vez liberado de sus 10 julios (según la pregunta), el voltaje del terminal será de aproximadamente 3,99 voltios y, con suerte, suficiente para haber reducido los LED a su voltaje límite, pero como la pregunta no contiene estos datos, no puedo estar seguro. .

Además, para el elemento que se muestra arriba, tenga en cuenta que tiene una ESR de 35 ohmios y esto puede convertirse en un problema al utilizar la energía a un ritmo elevado debido a la caída de voltaje. Por ejemplo, una salida de 1 vatio a 5 voltios requiere 200 mA y esta corriente a través de 35 ohmios es insostenible con este dispositivo. Tendría que buscar un dispositivo mucho mejor, algo que tenga un par de ohmios como máximo.

Si no se puede lograr esta especificación de supercap, entonces se deben encontrar otros medios.

EDITAR : después del valiente trabajo de @ helloworld22, parece que se ha encontrado una gorra adecuada. Aquí está la hoja de datos y tenga en cuenta que está en la página 10 cerca de la parte inferior: es un EMHSR-0002C5-005R0 y es un dispositivo de 2,5 faradios y 5 V con una ESR de menos de 53 mili ohmios. A 200 mA, la caída de voltaje será de 11 mV e insignificante y durante diez segundos desperdiciará 21 milijulios para alimentar los LED. ¡Buen hallazgo!

Aquí hay un límite que satisface el almacenamiento de energía y los requisitos de ESR potencialmente bajos: digikey.com/product-detail/en/EMHSR-0002C5-005R0/589-1008-ND/…
@ helloworld922 sí, parece que quedaría bien