Bisakah ionistor mengganti baterai?

Saat ini, teknologi baterai telah maju secara signifikan dan menjadi lebih maju daripada dalam dekade terakhir. Tapi tetap saja, untuk saat ini, baterai tetap dapat dikonsumsi, karena mereka memiliki sumber daya yang kecil.

Gagasan menggunakan kapasitor untuk menyimpan dan menyimpan energi bukanlah hal baru, dan percobaan pertama dilakukan dengan kapasitor elektrolit. Kapasitansi kapasitor elektrolit adalah signifikan - ratusan ribu mikrofarad, tetapi tetap saja tidak cukup untuk memasok beban yang lama, meskipun bukan beban yang besar, apalagi, ada arus bocor yang signifikan karena fitur desain.

Teknologi modern tidak tinggal diam, dan ionistor ditemukan, ini adalah kapasitor, memiliki kapasitas ekstra besar - dari satuan farad hingga puluhan ribu farad. Ionistor dengan kapasitas satuan farad digunakan dalam elektronik portabel, untuk memastikan daya tidak terputus untuk sirkuit arus rendah, seperti mikrokontroler. Dan puluhan ribu ion farad digunakan bersama dengan baterai untuk memberi daya pada berbagai motor listrik. Dalam kombinasi ini, ionistor mengurangi beban pada baterai, yang secara signifikan meningkatkan masa pakai baterai mereka dan pada saat yang sama meningkatkan arus awal yang dapat diberikan oleh sistem tenaga mesin hybrid.



Ada kebutuhan untuk menyalakan sensor suhu, agar tidak mengganti baterai di dalamnya. Sensor ini didukung oleh baterai AA ukuran standar dan dihidupkan untuk mengirim data ke stasiun cuaca setiap 40 detik sekali. Pada saat pengiriman, sensor mengkonsumsi rata-rata 6 mA selama 2 detik.

Ada ide untuk menggunakan baterai solar dan ionistor. Berdasarkan karakteristik konsumsi sensor yang terdeteksi, elemen-elemen berikut diambil:
1. Baterai surya 5 Volt dan arus sekitar 50 mA (baterai surya buatan Soviet sekitar 15 tahun)
2. Ionistor: Panasonic 5,5 Volt dan 1 kapasitas farad.
3. Ionistor 2 pcs: DMF 5,5 Volts dan total kapasitas 1 farad.
4. Schottky diode dengan drop tegangan langsung pada arus rendah 0,3 V.
Dioda Schottky diperlukan untuk mencegah keluarnya kapasitansi melalui baterai surya.
Ionor dihubungkan secara paralel, dan kapasitas totalnya adalah 2 farad.


Foto 1.

Percobaan No. 1 - Saya menghubungkan mikrokontroler dengan layar LCD monokrom dan arus konsumsi total 500 μA. Meskipun mikrokontroler dengan layar berfungsi, saya perhatikan bahwa sel surya yang lama sangat tidak efisien, arus muatan di tempat teduh tidak cukup untuk mengisi daya ionistors sama sekali, tegangan pada baterai surya 5 volt di tempat teduh kurang dari 2 volt. (Untuk beberapa alasan, mikrokontroler dengan tampilan tidak ditampilkan dalam foto).

Eksperimen 2
Untuk meningkatkan peluang keberhasilan, saya membeli di pasar radio sel surya baru dengan peringkat 2 V, arus 40 mA dan 100 mA, buatan China dibanjiri dengan resin optik. Sebagai perbandingan, baterai ini di tempat teduh sudah mengeluarkan 1,8 volt, sementara bukan arus muatan besar, tapi masih ionistor pengisian terasa lebih baik.
Menyolder desain dengan baterai baru, dioda Schottky dan kapasitor, saya letakkan di ambang jendela sehingga kapasitor akan terisi daya.
Terlepas dari kenyataan bahwa sinar matahari tidak langsung mengenai baterai, setelah 10 menit kapasitor diisi hingga 1,95 V. Dia mengambil sensor suhu, mengeluarkan baterai dari itu dan menghubungkan sebuah ionistor dengan baterai surya ke kontak dari kompartemen baterai.


Foto 2

Sensor suhu segera mulai bekerja dan mentransmisikan suhu kamar ke stasiun cuaca. Setelah memastikan bahwa sensornya berfungsi, dia memasang kapasitor dengan baterai surya di atasnya dan menggantungnya di tempatnya.
Apa yang terjadi selanjutnya?
Sepanjang siang hari sensor bekerja dengan baik, tetapi setelah gelap, setelah satu jam, sensor berhenti mengirimkan data. Jelas, muatan yang disimpan tidak cukup bahkan untuk satu jam operasi sensor dan kemudian menjadi jelas mengapa ...

Eksperimen No. 3
Saya memutuskan untuk sedikit memodifikasi desain sehingga ionistor (mengembalikan perakitan 2 ion farad) terisi penuh. Saya mengumpulkan baterai tiga elemen, ternyata 6 volt dan arus 40 mA (di bawah sinar matahari penuh). Baterai ini di tempat teduh sudah memberikan hingga 3,7 V daripada 1,8 V sebelumnya (foto 1) dan arus pengisian hingga 2 mA. Karenanya, ionistor terisi daya hingga 3,7 V dan sudah memiliki lebih banyak energi yang tersimpan secara signifikan dibandingkan dengan Percobaan No. 2.


Foto 3

Semuanya akan baik-baik saja, tetapi sekarang kita memiliki output hingga 5,5 V, dan sensor ini didukung oleh 1,5 V. Diperlukan konverter DC \ DC, yang pada gilirannya menimbulkan kerugian tambahan. Konverter yang saya gunakan sedang digunakan, mengkonsumsi sekitar 30 μA dan memberikan output 4,2 V. Sejauh ini saya belum dapat menemukan konverter yang saya butuhkan untuk menyalakan sensor suhu dari desain modern. (Anda harus memilih konverter dan mengulangi percobaan).

Tentang kehilangan energi:
Disebutkan di atas bahwa ion memiliki arus pelepasan sendiri, dalam hal ini adalah 50 μA untuk rakitan 2 farad, kerugian konverter DC / DC sekitar 4% (efisiensi dinyatakan 96%) dan kecepatan idle 30 μA juga ditambahkan di sini . Jika Anda tidak memperhitungkan kerugian konversi, kami sudah memiliki konsumsi sekitar 80 μA.
Adalah perlu untuk mengambil penghematan energi dengan sangat hati-hati, karena secara eksperimental telah ditetapkan bahwa ionistor dengan kapasitas 2 farad diisi hingga 5,5 V dan dikosongkan hingga 2,5 V, dengan demikian, memiliki "baterai" kapasitas 1 mA. Dengan kata lain, dengan mengonsumsi 1 mA dari ionistor selama satu jam, kami akan melepaskannya dari 5,5 V ke 2,5 V.

Tentang kecepatan pengisian dalam sinar matahari langsung:
Arus yang diterima dari baterai surya lebih tinggi, semakin baik baterai diterangi oleh sinar matahari langsung. Dengan demikian, kecepatan pengisian ionistor meningkat secara signifikan.


Foto 4

Dari pembacaan multimeter dapat dilihat (0,192 V, pembacaan awal), setelah 2 menit kapasitor diisi ke 1,161 V, setelah 5 menit menjadi 3,132 V dan setelah 10 menit 5,029 V. Dalam 17 menit ionistor diisi 90%. Perlu dicatat bahwa pencahayaan baterai surya tidak merata sepanjang waktu dan terjadi melalui kaca jendela ganda dan lapisan pelindung baterai.

Laporan teknis tentang Percobaan No. 3
Karakteristik teknis dari tata letak:
- Baterai surya 12 sel, 6 V, arus 40 mA (saat terpapar sepenuhnya ke matahari), (3,7 V dalam bayangan cuaca berawan dan arus 1 mA dengan muatan pada ionistor).
- Ionistor dihubungkan secara paralel, kapasitansi total adalah 2 Farad, tegangan yang diizinkan adalah 5,5 V, arus self-discharge adalah 50 μA;
- Dioda Schottky dengan penurunan tegangan langsung 0,3 V, digunakan untuk mengisolasi baterai surya dan ionistor untuk daya.
- Dimensi tata letak 55 x 85 mm (kartu plastik VISA).
Dari model ini dimungkinkan untuk daya:
mikrokontroler dengan layar LCD (konsumsi saat ini 500 μA pada 5,5 V, waktu operasi tanpa baterai surya, sekitar 1,8 jam);
Sensor suhu, jam kerja sehari dengan baterai solar, konsumsi 6 mA selama 2 detik setiap 40 detik;
LED menyala selama 60 detik pada arus rata-rata 60 mA tanpa baterai surya;
Konverter tegangan DC \ DC (untuk catu daya yang stabil) juga diuji, yang memungkinkan untuk memperoleh 60 mA dan 4 V, selama 60 detik (ketika ionistor diisi hingga 5,5 V, tanpa baterai solar).
Data yang diperoleh menunjukkan bahwa ion dalam desain ini memiliki kapasitas perkiraan 1 mA (tanpa mengisi ulang dari baterai surya dengan debit hingga 2,5 V).

Kesimpulan:
Desain ini memungkinkan Anda menyimpan energi dalam kapasitor untuk catu daya tak terputus dari perangkat tenaga mikro. Akumulasi kapasitas 1 mA per 2 farad kapasitas kapasitor harus cukup untuk memastikan pengoperasian mikroprosesor dengan konsumsi rendah dalam gelap selama 10 jam. Dalam hal ini, total kerugian saat ini dan konsumsi oleh beban tidak boleh melebihi 100 μA. Pada siang hari, ionistor diisi ulang dari baterai surya bahkan di tempat teduh dan mampu menyalakan beban dalam mode berdenyut dengan arus hingga 100 mA.

Kami menjawab pertanyaan dalam judul artikel - Dapatkah ionistor mengganti baterai?
- dapat menggantikan, tetapi sejauh ini dengan pembatasan yang signifikan pada konsumsi saat ini dan mode operasi beban.

Kekurangan:

• kapasitas penyimpanan energi rendah (sekitar 1 mA untuk setiap 2 Farad kapasitas ionistor)
• arus self-discharge kapasitor yang signifikan (perkiraan kehilangan kapasitas 20% per hari)
• dimensi struktur ditentukan oleh baterai surya dan total kapasitas ion.

Keuntungan:

• kurang memakai elemen kimia (akumulator)
• kisaran suhu operasi dari -40 hingga +60 derajat Celcius
• kesederhanaan desain
• bukan biaya tinggi

Setelah semua percobaan, ide datang untuk memodernisasi desain sebagai berikut.


Foto 5.

Di satu sisi papan adalah baterai surya, di sisi lain perakitan ionistor dan konverter DC \ DC.

Spesifikasi:

• Baterai surya 12 sel, 6 V, arus 60 mA (dengan paparan sinar matahari penuh);
• Total kapasitas Ionistor 4; 6 atau 16 Farad, tegangan yang diizinkan 5,5 V, total arus self-discharge, masing-masing, 120 \ 140 \ (belum diketahui) μA;
• Dioda Schottky adalah ganda dengan penurunan voltase langsung 0,15 V, digunakan untuk memisahkan daya baterai solar dan ionistor;
• Dimensi tata ruang: 55 x 85 mm (kartu plastik VISA);
• Diperkirakan kapasitas tanpa mengisi ulang dari panel surya saat memasang kapasitor 4; 6 atau 16 Farad, kira-kira 2 \ 3 \ 8 mA.

PS Jika Anda melihat kesalahan ketik, kesalahan atau ketidaktepatan dalam perhitungan, tulis pesan pribadi kepada kami dan kami akan segera memperbaikinya. Bersambung

...

Penulis:
Chuyanov Vladimir