Condensadores electrolíticos de mayor densidad de energía

Estoy construyendo un proyecto que consiste en descargar un condensador bastante grande a través de un par de bobinas electromagnéticas. Es eléctricamente muy similar a una pistola de bobina, aunque para una aplicación diferente. No puedo usar un supercondensador porque su densidad de potencia no es lo suficientemente alta, por lo que necesito encontrar los condensadores electrolíticos con la densidad de energía más alta, porque estoy limitado a alrededor de 80 g para el condensador.

  1. ¿Aproximadamente a qué voltaje máximo los capacitores electrolíticos de aluminio estándar tienen la mayor densidad de energía? Puedo diseñar mi bobina y mi transformador flyback alrededor del voltaje del capacitor si hay una ventaja en los voltajes más altos, pero si todos son aproximadamente iguales, creo que la electrónica sería más fácil con un límite de 35 V que con uno de 200 V.

  2. ¿Hay un sitio o un fabricante que tenga una lista de capacitores con la densidad de energía para cada uno? Parece una característica que Parts.io o un sitio similar tendría, pero no puedo encontrarla en ninguna parte. De la forma en que lo hago ahora, tengo que encontrar el tamaño del paquete para cada tapa en la hoja de datos, y luego encontrar el peso de ese tamaño de paquete y calcular la densidad de energía, lo cual se está volviendo bastante tedioso.

  3. ¿Debería buscar otra tecnología de condensadores en lugar de electrolítica? Me cuesta encontrar condensadores de tantalio tan grandes, y los que encuentro tienen especificaciones similares a los electrolíticos.

Es muy poco común enumerar la "densidad de energía" para un capacitor, tendrá que hacer el cálculo usted mismo para cada capacitor. Sin embargo, dudo que encuentres una gorra con una energía/volumen más alta que una supercap. Aunque los supercapacitores solo pueden manejar voltajes muy bajos.
Intente ejecutar los números usando (digamos) Digikey. Esperaría alrededor de 10-50 V para los condensadores, pero eso es solo una suposición. La densidad de energía volumétrica puede ser diferente de la densidad de energía de masa. Normalmente no se especifica, por lo que puede descargar una hoja de cálculo de diferentes condensadores y calcularla usted mismo y luego ordenarla. No debería tomar mucho tiempo. Dudo que los condensadores se acerquen a la densidad de una batería recargable.
El problema es que sitios como Digikey, Mouser y Parts.io no enumeran el peso como uno de sus elementos estándar, por lo que debe buscar en la hoja de datos para cada uno. Puedo hacer eso y ponerlo en una hoja de cálculo, solo toma una eternidad. Y sé que ningún capacitor electrolítico puede igualar la densidad de energía de una batería recargable o supercap, pero ninguna batería recargable o supercap de 80 g generará la potencia máxima de ~ 50 KW que necesito.
Pregunta interesante, lo he visto en algunas hojas de datos de capacitores antes medido en J / g. Supongo que para los sistemas aéreos podría ser útil... Supongo que sería de media tensión como mencionó @SpehroPefhany. Vería el polímero electrolítico antes que nada, creo que tiene una alta densidad y una ESR muy baja.
La potencia máxima de 80g y 50kW significa que solo tendrá una duración de pulso de microsegundos con un capacitor. Como dice @MadHatter, revise el polímero conductor, pero no veo las masas dadas ni siquiera en las hojas de datos. No es raro que en el diseño se presente una figura de mérito que nadie más considere importante.

Respuestas (3)

Gracias por la ayuda a todos, terminé haciendo manualmente la hoja de cálculo , con capacitores que van desde 7.5 a 82 gy 16 mm a 40 mm de diámetro. Básicamente, cuanto mayor sea el voltaje, mejor, dentro de una familia de condensadores. Algunas familias de condensadores llegan hasta los 550 V, pero las familias más densas en energía solo llegan hasta los 450 V. El siguiente factor más importante es el estilo de conexión, en el sentido de que los capacitores a presión son mucho más livianos para una capacidad determinada que los capacitores con terminal de tornillo o con conductores radiales. También parece que los condensadores de menor diámetro tenían una mayor densidad de energía, pero la longitud tenía un efecto bastante pequeño. Básicamente, el fabricante no importa, ya que todos sus capacitores de gama alta tienen la misma capacitancia para un tamaño de caja y voltaje dados.Densidad de energía vs voltaje Densidad de energía vs masa Densidad de energía vs diámetro

Debido a esto, terminé eligiendo el condensador a presión de diámetro más pequeño y más largo disponible, el de 22 mm de diámetro, 50 mm de largo, 400 V 330 uF United Chemi-Con ESMQ401VSN331MP50S , y planeo poner 3 de ellos en paralelo. No enumeran la masa de sus condensadores, pero según la masa de TDK para el mismo tamaño, es 2,66 J/g. La densidad de energía más alta que pude encontrar fue de 2,99 J/g, pero ese y varios otros capacitores con la densidad de energía más alta no estaban almacenados en ninguna parte.

Buen trabajo en las listas. No se olvide de la resistencia e inductancia de su bobina. Los límites de voltaje más bajo pueden funcionar bien para una bobina de 0,01 ohmios enrollada en alambre plano o cuadrado (ya que la corriente será más alta en la resistencia baja), pero si la bobina se mide a 2 ohmios, eso limitará la corriente en función de la disponible. Voltaje. La inductancia también puede ser un factor, ya que lo que realmente está haciendo es conectar un capacitor en serie con un inductor variable en el tiempo, que es en gran medida un circuito de tanque resonante "LC" en el momento en que se energiza. La corriente aumentará rápidamente y luego oscilará.

Una especificación muy importante para su capacitor es cuánto tiempo desea que dure.

En términos generales, los fabricantes obtienen componentes robustos y duraderos al agregar peso y reducir el rendimiento. Si abastece al mercado de motores de automóviles, por ejemplo, realmente no quiere fallas, no quiere ser responsable de molestar a millones de consumidores acaudalados.

Si desea maximizar el rendimiento, se requiere una vida útil limitada y un usuario final poco sofisticado que no se queje. Obtiene muy buena densidad de energía para las tapas de almacenamiento de energía de flash electrolítico que se usan en las cámaras desechables. Están clasificados para descargar en un 1 Ω carga de la lámpara de destellos. Es difícil encontrar especificaciones de por vida para estos, he visto una hoja de datos para algo como ellos que afirman 5000 disparos, pero no estoy seguro de si fue para el producto desechable o para un uso final de pistola de flash de mayor calidad. Después de todo, lo máximo que disparará una cámara desechable es 36 veces.

Acabo de pesar 80 g de tapas que rescaté de cámaras desechables, que comprenden 11 tapas de 120uF 330v (nominal) 350v (sobretensión). A 330v, eso le dará un total de 72J. Cargue al voltaje de sobretensión para una vida útil aún más baja, y solo raspará 1J/g de energía específica. ¿Está esto remotamente en su estadio de béisbol?

Dada la carga nominal por capacitor, y tendría 11, la potencia de descarga de 50kW está cómodamente dentro de su capacidad.

@adrian, ¿cuánta energía necesitas?
No había pensado en la vida útil como un factor, y mis requisitos son bastante bajos. Estaría bien con reemplazar el capacitor cada 100 descargas. Debido a que esta es una vida útil tan baja, es una buena idea cargar a un voltaje ligeramente más alto de lo que está clasificado.
En cuanto al almacenamiento de energía, realmente cuanta más energía y potencia pueda producir el capacitor, más efectivo será. Creo que la energía mínima para que esto sea útil estará en ese orden de magnitud, pero eso depende en gran medida de la eficiencia de mis electroimanes.

A primera vista, hay indicios de descarga rápida en su pregunta.

Los dos tipos de capacitores mejor clasificados para esta aplicación de almacenamiento de energía y descarga rápida son los capacitores de lámparas de destello y los capacitores de energización de cercas eléctricas. Ambos deben estar cerca de lo mejor que encontrará a precios razonables. Si quiere algo mejor, entonces algo calificado para grado de aviación para mantener el peso bajo podría ser mejor pero costará mucho más.

EDITAR:
para cubrir un poco más su pregunta de voltaje, cuanto más alto, mejor hasta cierto punto. Por lo general, el punto lo dictan sus componentes de conmutación o el dispositivo que planea alimentar. 350 V CC es un límite popular para los semiconductores de conmutación de consumo, ya que se corresponde con los voltajes de línea máximos para dispositivos que se usan a 230 V CA.

Su elección de fabricante solo es relevante si desea lotes; de lo contrario, es mejor que busque sitios minoristas o de distribuidores.

Sin algunas pistas más sobre su proyecto elegido, parecería que los electrolíticos de aluminio son el camino a seguir. Los tantalios tienen muy pocos beneficios adicionales aquí.

Esta es una buena respuesta. Sin embargo, advertiría contra los tantalios. Son notoriamente malos con picos rápidos de voltaje y/o altas corrientes de descarga. Pueden explotar en un destello blanco :)
Condensadores electrolíticos de mayor densidad de energía
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v