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Puis-je utiliser des ultracondensateurs pour générer des impulsions de courant pour faire fonctionner un moteur ?
Question
J'utilise un moteur BLDC 48V 1500W dans une voiture solaire.
L' une des tournées auxquelles je participe nécessite le retrait des batteries et le fonctionnement du moteur uniquement à l'énergie solaire. Mais en raison des restrictions d'espace, je ne peux utiliser qu'un panneau solaire 300W 48V.
Le courant de crête du panneau est d'environ 7 ampères, ce qui n'est pas suffisant pour générer le courant requis pour démarrer le moteur. Je calcule que j'ai besoin d'au moins 40-50 ampères pour démarrer le moteur et d'un courant continu de 30 ampères pour le faire fonctionner. Est-il possible de générer des pointes de courant de valeurs supérieures à 7 ampères à 48 volts pour que le moteur puisse fonctionner ?
J'envisage des ultracondensateurs Maxwell de 116F 32V (deux 58f 16v en série avec les résistances de purge correspondantes) via un convertisseur abaisseur en boucle fermée pour maintenir le 48V constant. Le brancher en parallèle avec le panneau solaire suffira-t-il ? Ou existe-t-il une autre solution alternative pour faire fonctionner le moteur ?
Réponse populaire
Hmmm...
Le moteur
a 1500W, ce qui signifie qu'il consomme 31A à 48V à pleine charge. Le courant d'appel peut être plus élevé, c'est votre 40-50A. Cependant, cela ne signifie pas que le moteur a besoin de 40 à 50 A pour démarrer et de 31 A pour fonctionner, c'est juste le maximum absolu. À une tension inférieure, il absorbera un courant inférieur et aura une puissance inférieure. N'oubliez pas qu'une combustion a sa puissance maximale près de la ligne rouge, mais elle est rarement entraînée à ce régime, même pas lors de l'accélération.
Le panneau solaire
a une puissance maximale de 300W. Mais seulement dans les meilleures conditions, ce qui veut dire pas de nuages, pas de brouillard, le soleil le plus haut possible dans le ciel, et le panneau pointant exactement vers le soleil.
Dans quelques jours, nous avons le 21 septembre, où le soleil est exactement au-dessus de l'équateur, et la latitude de votre position donne l'angle entre le soleil et une ligne verticale à midi. New York par exemple est à 40°N, donc l'angle sera de 40° (ou : Le soleil sera à 90°-40°=50° au-dessus de l'horizon). Si vous placez le panneau au sol, il ne donnera que cos(40°)*300W=0.77*300W=230W. Et cela ne tient pas compte du fait que la lumière a traversé l'atmosphère plus longtemps et a été plus atténuée qu'à l'équateur. (Et il est haut midi. Pas le matin, pas l'après-midi)
En outre, un panneau solaire est une source de courant constant. Avec une charge de 7.7Ohm, il délivrera 48V et 6.25A (=300W). Avec une charge plus élevée, le courant sera toujours de 6,25 V, mais la tension tombera, ce qui signifie que la puissance délivrée tombera également. Si vous appliquez une charge plus petite, la tension augmentera, mais le courant diminuera. Là encore, la puissance diminue. Ainsi, ces 48V, 6.25A sont la puissance maximale que le panneau donne avec la bonne charge connectée. Et les 48V représentent environ 80% de la tension lorsqu'aucune charge n'est connectée, soit environ 60V.
Les condensateurs
Tout d'abord, si vous mettez deux capuchons en série, la tension nominale des deux peut être ajoutée, mais la capacité est de
Ctot = 1/ (1/C1 + 1/C2)
ce qui signifie que la combinaison de deux bouchons 58F donne un bouchon 29F. Si vous connectez trois bouchons en série comme le suggère Paulster2, vous obtenez seulement 19,3F. Mais cela n'a pas vraiment d'importance en termes d'énergie stockée. Chaque capuchon peut stocker
E=1/2 CU²
et une combinaison de trois capuchons en série fournira seulement 1/3 de la capacité, mais 3x la tension maximale. Il s'avère que trois bouchons stockeront trois fois plus d'énergie qu'un seul bouchon peut stocker, comme prévu.
L'énergie maximale d'un seul bouchon est de 7,4 kJ (à titre de comparaison : une batterie de voiture de 40 Ah a 1728 kJ) et prendra environ 7400J/300W=25s pour le charger au maximum. puissance du panneau solaire. Plus de bouchons ont besoin de plus de temps pour se charger.
Maintenant, disons que le moteur tire 1500W, dont 300W sont fournis par le panneau. Cela fait 1200W pour les bouchons, et un seul bouchon durera 7400J/1200W=6s.
Quelques avertissements :
Vos bouchons (celles-ci ?) sont conçus pour 16 V et la tension maximale absolue est de 17 V, ce qui n'est pas beaucoup plus. Vous ne devez jamais dépasser cette tension, sinon le capuchon pourrait être endommagé ou même brûler/exploser.
Si vous connectez trois capuchons en série pour obtenir 48V et les connectez directement au panneau sans protection, ils seront chargés sur le circuit ouvert tension de 60V et BAAANG !
Ensuite, les grosses capitalisations ont une précision moche en capacité. Vos casquettes ont une capacité de 58-70F. Si vous en branchez trois en série à 48V, deux ayant 70F et un 58, les gros se chargeront à 15V et le petit à 18V - et BAAANG !
Je recommanderais donc soit de ne pas mettre les bouchons en série - bien que cela entraîne des courants élevés - ou ne pas les charger à la tension nominale théorique.
L'électronique
Il est donc clair que vous ne devez pas connecter le panneau à trois capuchons en série, et il est également clair que vous ne devez pas les connecter directement au moteur - leur tension diminuera et ils ne fourniront pas max. alimenter le moteur.
Vous aurez certainement besoin de convertisseurs DC-DC, et mes calculs le supposent également. Les convertisseurs présentent toujours une certaine inefficacité, qui dépend fortement des tensions et courants d'entrée/sortie. Les courants élevés sont toujours un peu problématiques, et lorsque les bouchons sont presque vides, ils doivent fournir un courant géant pour fournir la puissance demandée. Je ne suis pas en mesure de donner de chiffres, mais en principe, vous devez tenir compte du fait que chaque fois que l'énergie est transférée du panneau aux capuchons et des capuchons au moteur, une fraction est gaspillée par le convertisseur.
(Et enfin, vous voulez aussi contrôler la puissance du moteur)
TL;DR
Bien que votre moteur ait une puissance max. puissance de 1500W, vous n'avez pas besoin de fournir 31A à 48V à moins que vous ne vouliez vraiment la totalité des 1500W. En règle générale, vous aurez besoin de beaucoup moins de puissance.
La puissance maximale du panneau est de 300 W, ce qui est déjà un peu faible, mais vous devez vous attendre à en tirer beaucoup moins.
Ces bouchons peuvent certainement aider à tamponner l'énergie et à augmenter le moteur lorsque plus de puissance est demandée ou que certains nuages apparaissent, mais ils doivent d'abord être chargés. Je suppose qu'ils pourraient compter comme batterie dans votre ... concours à moins qu'ils ne soient pas chargés pour le début.
EDIT :
Votre commentaire est un peu confus, je ne suis toujours pas sûr de ce que vous prévoyez de faire exactement. Vous mentionnez également une batterie, bien que la question indique que vous devez retirer la batterie...
Quoi qu'il en soit : vous aurez besoin d'un convertisseur DC-DC pour transférer l'énergie des capuchons au moteur. De l'autre côté, vous devez charger les capuchons avec l'excès de puissance du panneau. Et quand vous avez besoin de max. la puissance et les capuchons sont vides, vous voulez que toute la puissance du panneau passe dans le moteur, et non dans les capuchons.
En outre, comme je l'ai écrit, lorsque vous essayez d'obtenir plus de puissance d'un panneau qu'il ne peut en fournir, il fournit en fait moins de puissance.
Malheureusement, je ne connais aucun appareil électronique que vous puissiez utiliser directement, bien qu'il existe certainement.