Zasobnik energii - superkondensator by Gabcio.docx

1.   Wstęp :

Superkondensator jest rodzajem kondensatora elektrolitycznego, który z uwagi na sposób konstrukcji wykazuje niezwykle dużą pojemność elektryczną (rzędu kilku tysięcy faradów) w porównaniu do klasycznych kondensatorów elektrolitycznych dużej pojemności. Największą zaletą superkondensatorów jest bardzo krótki czas ładowania w porównaniu z innymi urządzeniami do przechowywania energii (np. akumulatorami). Dlatego też, superkondensatory są coraz częściej stosowane równolegle z innymi źródłami energii, np. ogniwami paliwowymi, w celu krótkotrwałego dostarczania mocy szczytowej, co pozwala na znaczne zmniejszenie rozmiarów całego układu. Próby z takimi rozwiązaniami są przeprowadzane m.in. w prototypach samochodów hybrydowych lub do wspomagania zasilania robotów.

Superkondensatory serii MC i BC (do 3000 faradów pojemności) produkcji Maxwell Technologies.

Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia było omówienie pojęcia stałej czasowej oraz zbadanie czasu ładowania oraz rozładowania badanego superkondensatora.

Pomiary wykonywaliśmy na superkondensatorze BPAK0058 58F 15V firmy Maxwell Technologies.

2.   Przebieg ćwiczenia :

Pierwszym naszym zadaniem było ładowanie superkondensatora oraz pomiar czasu od początku ładowania do osiągnięcia 63,2% napięcia maksymalnego, czyli :

UC=63,2%*U=0,632*15=9,48 V  -  Do takiego napięcia ładowany był superkondensator w wyznaczonym czasie .

Czas ładowania t zmierzony przez nas wyniósł 133 s i jest to jednocześnie stała czasowa τ  superkondensatora.

Czas rozładowania t superkondensatora wynosi : 3,32 s.

Pojemność kondensatora wynosi C=58 F, więc ładunek zgromadzony na jednej okładce kondensatora Q po czasie τ wynosi :

Q=C*UC=58*9,48=549,8 C

Obliczenie energii zgromadzonej w kondensatorze w czasie ładowania t = τ :

W=0QqCdq=12*Q2C=12*C*UC2=12*58*9,482=2561,3 J

Obliczenie energii dostarczonej do kondensatora podczas ładowania w czasie t = τ :

∆E=U*I*t

Obliczamy prąd ładowania :

I=∂Q∂t=C∂UC∂t=4,06 A

∆Epob=U*I*t=15*4,06*133=8099,7 J

Moc dostarczona do kondensatora w tym czasie, wynosi :

PPob=∆EPobt=8099,7133=60,9 W

Następnie naładowany kondensator rozładowaliśmy poprzez przyłączenie opornika oraz zmierzyliśmy czas od rozpoczęcia rozładowywania, aż do osiągnięcia napięcia kondensatora równego 9,48 V.

Zmierzony czas ładowania t wynosi 123,35 s.

Zmierzony czas rozładowywania t wynosi 16,4 s.

Ładunek zgromadzony na jednej okładce kondensatora przy pełnym naładowaniu, wynosi:

QMax=C*U=58*15=870 C

Energia zgromadzona w kondensatorze przy pełnym naładowaniu, wynosi:

WMax=12*Q2C=12*C*U2=12*58*152=6525 J

Energia oddana przez kondensator podczas rozładowywania w czasie t:

∆EOdd=WMax-W=6525-2561,3=3963,7 J

Moc wydzielona podczas rozładowywania kondensatora w czasie t:

POdd=∆EOddt=3963,716,4=241,9W

3.   Wnioski.

1.      Zarówno czas ładowania jak i rozładowywania superkondensatora w porównaniu z innymi urządzeniami do przechowywania energii jest bardzo krótki. Warto jednak podkreślić że czas ładowania jest znacznie większy niż czas rozładowania superkondensatora .

2.      Napięcie na zaciskach superkondensatora zmienia się w czasie .

3.      Superkondensator można stosować w urządzeniach wymagających dostarczania dużej mocy w krótkim czasie .