Kondensatoriem piemīt vairākas lieliskas īpašības. Piemēram, tie uzglabā enerģiju elektriskā lādiņa, nevis ķīmiskās enerģijas veidā. Tas parasti nodrošina gandrīz tūlītēju uzlādes laiku un ļoti augstu maksimālo izejas strāvu. Tie var izturēt simtiem tūkstošu uzlādes-izlādes ciklu, nevis simtiem ciklu, kā pilna cikla akumulatori. Kāda tad ir problēma?
Akumulators nodrošina diezgan nemainīgu spriegumu ilgā kalpošanas laikā. Atkarībā no ierīces var rasties veiktspējas problēmas, gandrīz pilnībā izlādējoties. Piemēram, viedtālruņi pārslēdzas enerģijas taupīšanas režīmā. Tas nav tikai tāpēc, lai tie darbotos nedaudz ilgāk, bet arī lai novērstu tūlītēju izslēgšanos bez brīdinājuma.
Kā redzat, spriegums krītas, akumulatoram tuvojoties izlādes līmenim. Jūsu tālrunī ir jaudas pārveidošanas shēma, kas ir daļa no kopējās jaudas pārvaldības sistēmas un pārveido ne pārāk pastāvīgu akumulatora jaudu ļoti stingri regulētā sistēmas jaudā (iespējams, vairākos dažādos spriegumos). Ņemiet vērā, ka šeit pastāv svarīga sakarība: jauda = strāva * spriegums. Tātad, lai saglabātu tādu pašu jaudu, spriegumam krītoties, manai shēmai ir jāpatērē vairāk strāvas.
Katram akumulatoram ir neliela iekšējā pretestība, un, pateicoties citai sakarībai, ko sauc par Oma likumu, jūs zināt, ka akumulatorā būs zināms sprieguma kritums. Zīmējumā Vout=V0−r∗I, kur I ir strāva. Tādējādi, tā kā mans V0 krītas un manai jaudas pārvaldības ķēdei ir jāpatērē vairāk strāvas, lai nodrošinātu tādu pašu jaudu, akumulatora izejas spriegums krītas vēl straujāk. Tas ierobežoja akumulatora maksimālo strāvas izeju, un tas arī nozīmēja, ka tie diezgan ātri izlādējas, kad ir gandrīz pilnībā izlādējušies.
Taču kondensatora izejas spriegums, maksimālā strāva un kopējā jauda laika gaitā eksponenciāli samazinās. Kondensatoram ir viena priekšrocība: tas uzkrāj elektrisko lādiņu, nevis pārveido elektrisko lādiņu ķīmiskā lādiņā, kā tas ir akumulatorā, tāpēc, lai gan pastāv iekšējā pretestība, tā ir niecīga un parasti to var ignorēt. Kondensatori īsu laiku var nodrošināt ļoti, ļoti lielu strāvu.
Bet, lai nodrošinātu ierīces barošanu, tie ir problemātiski. Atcerieties manu vēlmi uzturēt nemainīgu jaudu, kas nonāk manā barošanas pārvaldības sistēmā, un ka jauda = strāva * spriegums. Tā kā mūsu spriegums strauji krītas, mums tas ir jākompensē ar strauji pieaugošu strāvu, lai nodrošinātu tādu pašu jaudu. Ļoti lielas strāvas rada daudz dārgāku ķēdi, lielākus jaudas pārveidošanas komponentus, lielākus jaudas zudumus shēmas platēs utt.… tā pati pamatproblēma, kas ir akumulatoram, tuvojoties tā darbības beigām, tikai tas sāk notikt ļoti agri kondensatora lietderīgās jaudas uzglabāšanas laikā. Un, kondensatoram iztērējoties, maksimālā strāva, lai arī joprojām relatīvi augsta, arī samazinās.
Otra problēma ir tā, ka mūsdienu ultrakondensatoriem ir daudz zemāka īpatnējā enerģija nekā baterijām. Labākie tirgū pieejamie ultrakondensatori pārvalda 8–10 Wh/kg, vairums ir drīzāk 5 Wh/kg. Labākie litija jonu akumulatori nodrošina gandrīz 200 Wh/kg, daudzas formulas var sasniegt pat vairāk nekā 100 Wh/kg. Tātad, lai izmantotu ultrakondensatorus, ir nepieciešams aptuveni 20 reizes lielāks svars. Bet, iespējams, pat vairāk, jo izlādes laikā, atkarībā no pielietojuma, spriegums nokritīsies pārāk zemu, lai to varētu izmantot, atstājot enerģiju neizmantotu. Turklāt, atšķirībā no tradicionālajiem kondensatoriem, ultrakondensatoriem ir arī relatīvi augsta iekšējā pretestība. Tāpēc tie ne vienmēr var atbalstīt lielu sprieguma apmaiņu pret strāvu.
Tad vēl ir pašizlāde: cik ātri no atmiņas ierīces “noplūst” enerģija. Vienīgās NiMh baterijas ir izturīgas, taču pašizlāde sasniedz pat 20–30% mēnesī. Litija jonu baterijas samazina šo rādītāju līdz aptuveni <2% mēnesī atkarībā no konkrētās litija jonu tehnoloģijas, dažās sistēmās varbūt pat 3% atkarībā no akumulatora uzraudzības izmaksām. Mūsdienu ultrakondensatori pirmajā mēnesī izlādējas pat par 50%. Tas var nebūt svarīgi ierīcē, kas tiek uzlādēta katru dienu, taču tas absolūti ierobežo kondensatoru un bateriju lietošanas iespējas, vismaz līdz brīdim, kad tiks izveidoti labāki modeļi.
Un, tā kā jums ir nepieciešams tik daudz ultrakondensatoru, to pašreizējās izmaksas var būt 6–20 reizes lielākas nekā akumulatoru. Ja jūsu lietojumprogrammai ir nepieciešama ļoti maza jauda, īpaši ar ļoti īsiem lielas strāvas lēcieniem, ultrakondensators varētu būt risinājums. Pretējā gadījumā tas tuvākajā nākotnē neaizstās akumulatoru.
Lieljaudas lietojumos, piemēram, elektroautomobiļos, tas vēl nav īsti lietderīgs apsvērums kā atsevišķs risinājums. Lai gan sistēmas, kas izmanto gan ultrakondensatorus, gan akumulatorus, var būt pārliecinošas, jo to atšķirības ir ļoti savstarpēji papildinošas - kondensatora augstā strāvas pārnešana un ilgais kalpošanas laiks salīdzinājumā ar akumulatora augsto īpatnējo enerģiju/enerģijas blīvumu. Un tiek darīts milzīgs darbs, lai radītu daudz labākus ultrakondensatorus, kā arī daudz labākus akumulatorus. Tāpēc varbūt kādu dienu ultrakondensatori uzņemsies vairāk tipisku akumulatora pienākumu.
raksts no: https://qr.ae/pCacU0
Publicēšanas laiks: 2026. gada 6. janvāris