L'ionistor peut-il remplacer la batterie?

Aujourd'hui, la technologie des batteries a considérablement progressé et est devenue plus avancée qu'au cours de la dernière décennie. Mais pour l'instant, les batteries restent des consommables, car elles ont une petite ressource.

L'idée d'utiliser un condensateur pour stocker et stocker l'énergie n'est pas nouvelle, et les premières expériences ont été menées avec des condensateurs électrolytiques. La capacité des condensateurs électrolytiques est importante - des centaines de milliers de microfarads, mais elle n'est pas encore suffisante pour fournir une longue charge, mais pas une grande charge, de plus, il y a un courant de fuite important en raison des caractéristiques de conception.

La technologie moderne ne s'arrête pas, et l'ionistor a été inventé, c'est un condensateur, a une capacité extra-large - des unités de farads à des dizaines de milliers de farads. Les ionistors d'une capacité d'une unité de farad sont utilisés dans l'électronique portable, pour assurer une alimentation ininterrompue pour les circuits à faible courant, tels qu'un microcontrôleur. Et des dizaines de milliers d'ionistors farad sont utilisés conjointement avec des batteries pour alimenter divers moteurs électriques. Dans cette combinaison, l'ionistor réduit la charge sur les batteries, ce qui augmente considérablement leur durée de vie et augmente en même temps le courant de démarrage que le système d'alimentation du moteur hybride peut fournir.



Il était nécessaire d'alimenter le capteur de température, afin de ne pas y changer la batterie. Le capteur est alimenté par une pile AA de taille standard et est allumé pour envoyer des données à la station météo toutes les 40 secondes. Au moment de l'envoi, le capteur consomme en moyenne 6 mA pendant 2 secondes.

Il y avait une idée d'utiliser une batterie solaire et un ionistor. Sur la base des caractéristiques de consommation détectées du capteur, les éléments suivants ont été pris:
1. batterie solaire de 5 volts et environ 50 mA de courant (batterie solaire de fabrication soviétique d'environ 15 ans)
2. Ionistor: Panasonic 5,5 volts et 1 capacité de farad.
3. Ionistors 2 pièces: DMF 5,5 Volts et une capacité totale de 1 farad.
4. Diode Schottky avec une chute de tension directe à un faible courant de 0,3 V.
Une diode Schottky est nécessaire pour empêcher la décharge de la capacité à travers une batterie solaire.
Les ionistors sont connectés en parallèle et la capacité totale est de 2 farads.


Photo 1.

Expérience n ° 1 - J'ai connecté un microcontrôleur avec un écran LCD monochrome et un courant de consommation total de 500 μA. Bien que le microcontrôleur avec l'écran fonctionnait, j'ai remarqué que les anciennes cellules solaires étaient extrêmement inefficaces, le courant de charge dans l'ombre n'était pas suffisant pour charger les ionistors du tout, la tension sur la batterie solaire de 5 volts dans l'ombre était inférieure à 2 volts. (Pour certaines raisons, le microcontrôleur avec l'écran n'apparaît pas sur la photo).

Expérience 2
Pour augmenter les chances de succès, j'ai acheté sur le marché de la radio de nouvelles cellules solaires de 2 V, courant de 40 mA et 100 mA, de fabrication chinoise inondées de résine optique. À titre de comparaison, ces batteries à l'ombre dégageaient déjà 1,8 volts, alors que ce n'était pas un courant de charge important, mais un ionistor de charge était nettement meilleur.
Soudant déjà le design avec une nouvelle batterie, une diode Schottky et des condensateurs, je l'ai mis sur le rebord de la fenêtre pour que le condensateur se charge.
Malgré le fait que la lumière du soleil n'a pas directement frappé la batterie, après 10 minutes, le condensateur a été chargé jusqu'à 1,95 V.Il a pris un capteur de température, en a retiré la batterie et a connecté un ionistor avec une batterie solaire aux contacts du compartiment de la batterie.


Photo 2.

Le capteur de température a immédiatement commencé à fonctionner et a transmis la température ambiante à la station météo. Après s'être assuré que le capteur fonctionne, il a monté un condensateur avec une batterie solaire dessus et l'a suspendu en place.
Que s'est-il passé ensuite?
Toutes les heures de lumière du jour, le capteur a fonctionné correctement, mais après la tombée de la nuit, après une heure, le capteur a cessé de transmettre des données. De toute évidence, la charge stockée n'était pas suffisante, même pour une heure de fonctionnement du capteur, puis il est devenu clair pourquoi ...

Expérience n ° 3
J'ai décidé de modifier légèrement la conception afin que l'ionistor (retourné l'assemblage de 2 ionistors farad) soit complètement chargé. J'ai assemblé une batterie de trois éléments, il s'est avéré 6 volts et un courant de 40 mA (en plein soleil). Cette batterie à l'ombre offrait déjà 3,7 V au lieu des 1,8 V précédents (photo 1) et un courant de charge jusqu'à 2 mA. En conséquence, l'ionistor chargeait jusqu'à 3,7 V et avait déjà beaucoup plus d'énergie stockée par rapport à l'expérience n ° 2.


Photo 3.

Tout irait bien, mais maintenant nous avons une sortie jusqu'à 5,5 V, et le capteur est alimenté par 1,5 V. Un convertisseur DC / DC est nécessaire, ce qui introduit à son tour des pertes supplémentaires. Le convertisseur que j'avais était en cours d'utilisation, il consommait environ 30 μA et fournissait 4,2 V. À ce jour, je n'ai pas pu trouver le convertisseur dont j'ai besoin pour alimenter le capteur de température à partir de la conception modernisée. (Il sera nécessaire de sélectionner un convertisseur et de répéter l'expérience).

A propos des pertes d'énergie:
Il a été mentionné ci-dessus que les ionistors ont un courant d'autodécharge, dans ce cas, il était de 50 μA pour l'assemblage de 2 farads, des pertes sur le convertisseur DC / DC d'environ 4% (efficacité déclarée 96%) et sa vitesse de ralenti 30 μA sont également ajoutées ici . Si vous ne tenez pas compte des pertes de conversion, nous avons déjà une consommation d'environ 80 μA.
Il faut prendre très soigneusement les économies d'énergie, car il a été expérimentalement établi qu'un ionistor d'une capacité de 2 farads chargé jusqu'à 5,5 V et déchargé jusqu'à 2,5 V a, pour ainsi dire, une capacité «batterie» de 1 mA. En d'autres termes, en consommant 1 mA de l'ionistor pendant une heure, nous le déchargerons de 5,5 V à 2,5 V.À

propos de la vitesse de charge en plein soleil: Le
courant reçu de la batterie solaire est plus élevé, mieux la batterie est éclairée par la lumière directe du soleil. En conséquence, la vitesse de charge de l'ionistor augmente considérablement.


Photo 4.

D'après les lectures du multimètre, on peut voir (0,192 V, lectures initiales), après 2 minutes, le condensateur a été chargé à 1,161 V, après 5 minutes à 3,132 V et après 10 minutes 5,029 V.En 17 minutes, l'ionistor était chargé à 90%. Il convient de noter que l'éclairage de la batterie solaire a été inégal pendant tout le temps et s'est produit à travers une double vitre et un film protecteur de la batterie.

Rapport technique de l'expérience n ° 3
Caractéristiques techniques de l'aménagement:
- Batterie solaire 12 cellules, 6 V, courant 40 mA (lorsqu'elle est entièrement exposée au soleil), (3,7 V à l'ombre d'un temps nuageux et 1 mA de courant avec charge sur l'ionistor).
- Les ionistors sont connectés en parallèle, la capacité totale est de 2 Farads, la tension admissible est de 5,5 V, le courant d'autodécharge est de 50 μA;
- Une diode Schottky avec une chute de tension continue de 0,3 V, est utilisée pour isoler la batterie solaire et l'ionistor pour l'alimentation.
- Dimensions de la disposition 55 x 85 mm (carte plastique VISA).
A partir de ce modèle, il a été possible d'alimenter: un
microcontrôleur avec écran LCD (consommation de courant 500 μA à 5,5 V, durée de fonctionnement sans batterie solaire, environ 1,8 heure);
Capteur de température, heures de travail d'une journée avec une pile solaire, consommation de 6 mA pendant 2 secondes toutes les 40 secondes;
La LED a brillé pendant 60 secondes à un courant moyen de 60 mA sans batterie solaire;
Un convertisseur de tension DC \ DC (pour une alimentation électrique stable) a également été testé, avec lequel il était possible d'obtenir 60 mA et 4 V, pendant 60 secondes (lorsque l'ionistor était chargé jusqu'à 5,5 V, sans batterie solaire).
Les données obtenues indiquent que les ionistors de cette conception ont une capacité approximative de 1 mA (sans recharge à partir d'une batterie solaire avec une décharge jusqu'à 2,5 V).

Conclusions:
Cette conception vous permet de stocker de l'énergie dans des condensateurs pour une alimentation électrique ininterrompue des dispositifs de micropuissance. La capacité cumulée de 1 mA pour 2 farads de capacité de condensateur devrait être suffisante pour assurer le fonctionnement d'un microprocesseur à faible consommation dans l'obscurité pendant 10 heures. Dans ce cas, la perte totale de courant et la consommation par la charge ne doivent pas dépasser 100 μA. Pendant la journée, l'ionistor est rechargé à partir de la batterie solaire même à l'ombre et est capable d'alimenter la charge en mode pulsé avec un courant allant jusqu'à 100 mA.

Nous répondons à la question dans le titre de l'article - L'ionistor peut-il remplacer la batterie?
- peut remplacer, mais jusqu'à présent avec des restrictions importantes sur la consommation actuelle et le mode de fonctionnement de la charge.

Désavantages:

• faible capacité de stockage d'énergie (environ 1 mA pour 2 farad de capacité d'ionistor)
• courant d'autodécharge important des condensateurs (perte estimée de 20% de capacité par jour)
• les dimensions de la structure sont déterminées par la batterie solaire et la capacité totale des ionistors.

Avantages:

• absence d'éléments chimiques d'usure (accumulateurs)
• plage de température de fonctionnement de -40 à +60 degrés Celsius
• simplicité de conception
• pas un coût élevé

Après toutes les expériences, l'idée est venue de moderniser le design comme suit


Photo 5.

D'un côté de la carte se trouve une batterie solaire, d'autre part un assemblage d'ionistors et un convertisseur DC \ DC.

Caractéristiques:

• Batterie solaire 12 cellules, 6 V, courant 60 mA (avec exposition plein soleil);
• Ionistors capacité totale 4; 6 ou 16 Farads, tension admissible 5,5 V, courant d'autodécharge total, respectivement, 120 \ 140 \ (pas encore connu) μA;
• Une diode Schottky est double avec une chute de tension continue de 0,15 V, elle est utilisée pour découpler la puissance de la batterie solaire et de l'ionistor;
• Dimensions de mise en page: 55 x 85 mm (carte plastique VISA);
• Capacité estimée sans recharge à partir de panneaux solaires lors de l'installation de condensateurs 4; 6 ou 16 Farad, est d'environ 2 \ 3 \ 8 mA.

PS Si vous constatez une faute de frappe, une erreur ou une inexactitude dans les calculs, écrivez-nous un message personnel et nous le corrigerons rapidement.

À suivre ...

Auteur:
Chuyanov Vladimir