Realistické RC modely

SuperKapacitory tak skoro nebudú poháňať stredné a veľké modely

Týmto tak trochu kontroverzne nadväzujeme na naše nadšené články o využití SuperKondenzátorov v modelárstve.

Čo nás k tomu vedie?

autor: Janko O.

Odkaz na články:

Superkondenzátory v RC modelářství

Superkondenzátory jako zdroj pro pohon modelu - 2. díl

Superkondenzátory jako zdroj pro pohon modelu - 3. díl
 

Pri porovnávaní SuperKondenzátorov a LiPol akumulátorov Ing. Michal Černý uvádza: 

Výhody kondenzátorů proti akumulátorům (Li-pol):

• schopnost rychle se nabít velkým proudem (za jednotky sekund proti desítkám minut) 
• schopnost rychle se vybít velkým proudem (za jednotky sekund proti minutám) 
• životnost v milionech úplných cyklů a desítkách roků (100 - 1000x více cyklů než Li-pol) 
• okamžitý přechod z nabíjení do vybíjení a opačně
• bezkonkurenční poměr výkon/objem i výkon/hmotnost, bohužel ale množství uložené energie není velké (dodají/pohltí obrovský výkon po krátkou dobu)
• při přepočtu podle výměny energie v průběhu životnosti velmi nízká cena
• žádné toxické materiály nebo jen stopové minimum, dostupné suroviny (hlavně hliník, uhlík) 

Nevýhody kondenzátorů proti akumulátorům (Li-pol):

• při dané hmotnosti nebo objemu zatím menší množství uložené energie (typicky 10x, nejnovější vyvinuté dosud nevyráběné typy 2x)
• větší ztráty energie v čase (kondenzátor drží napětí hodiny až dny, akumulátor měsíce)
• velká proměnlivost napětí při nabíjení a vybíjení, složitější elektronika
• vyšší pořizovací (jednorázové) náklady (do značné míry otázka hromadnosti výroby a licencí)
   

Hoci výhod SuperKondenzátorov je na prvý pohľad viac ako ich nevýhod, tak dve z nich sú také závažné, že ak ich nové technológie nevyriešia, tak si SuperKondenzátory v stredných a veľkých modeloch ani „neškrtnú“:

Prvá je: menšie množstvo uloženej energie. Myslíme si, že táto nevýhoda je tá menej závažná. Jednak sa dá predpokladať, že v dohľadnej dobe bude zrejme minimalizovaná či anulovaná (viď snahy firmy Tesla Motors o ich „domáci“ superkondenzátor) a okrem toho „len“ skracuje dobu letu stredného či veľkého modelu (čo mnohým adrenalínovým pilotom až tak nevadí).

Druhá (a podľa nášho názoru zatiaľ neprekonateľná) nevýhoda je veľká zmena napätia SuperKondenzátora počas vybíjania, teda počas letu modelu. Veľkosť napätia kondenzátora je priamo (lineárne) úmerná množstvu uloženého náboja (v mAh alebo Ah). Inak povedané: (elektrickým nábojom) plne nabitý kondenzátor má plné napätie (na porovnanie použime napätie 3-článkovej LiPolky), teda 12,6 Voltu. Po vyčerpaní jednej štvrtiny náboja má napätie 9,45 Voltu, po vyčerpaní polovice náboja má napätie 6,3 Voltu a po vyčerpaní 80% náboja (modelári si zvyknú nechávať asi 20%-nú rezervu) má kondenzátor napätie len 2,52 Voltu. Tak skrátka vyzerá lineárna vybíjacia charakteristika kondenzátora:

Hoci v elektrotechnike a elektronike priam túžime po lineárnych charakteristikách, tak práve toto je tá povestná výnimka, ktorá potvrdzuje pravidlo, pretože nelineárna vybíjacia charakteristika (akú majú LiPol, NiCd, či olovené akumulátory) je na pohon (nie len) modelov oveľa vhodnejšia:

Plne nabitá LiPolka má plné napätie, teda 12,6 Voltu. Po vyčerpaní jednej štvrtiny náboja (mAh) má napätie naprázdno (bez odberu prúdu) 11,9 Voltu, po vyčerpaní polovice náboja má napätie 11,5 Voltu a po vyčerpaní 80 % náboja (už spomínaná 20 %-ná rezerva) má LiPolka napätie stále ešte "pekných" 11,2 Voltu. A takto vyzerá jej nelineárna vybíjacia charakteristika:

Keďže počas vybíjania LiPol článku sa jeho napätie nemení tak dramaticky ako napätie vybíjaného kondenzátora, často sa namiesto odobraného (zostávajúceho) náboja uvádza odobraná (zostávajúca) energia.

Poznámka: Samozrejme pri plnom odbere môže byť napätie LiPolky až o 10 % nižšie vďaka úbytku na vnútornom odpore Ri, na rozdiel od SuperKondenzátorov, ktorých vnútorný odpor Ri je oveľa, oveľa nižší.

Keď tieto charakteristiky porovnáme a doplníme teoretickú ideálnu vybíjaciu charakteristiku, dostaneme toto:

Tu jasne vidno, že LiPolka má k ideálnej vybíjacej charakteristike oveľa bližšie, ako SuperKondenzátor.

Čo ale použitie SuperKondenzátora na pohon modelu môže znamenať v praxi?

Ak by sme taký SuperKondenzátor vložili do modelu namiesto LiPolky, diali by sa nasledujúce veci:

• Plne nabitý SuperKondenzátor má 12,6 Voltu a palubná elektronika „chrochce blahom“. Regulátor neprotestuje, BEC (či už ako súčasť regulátora, alebo externý UBEC) neprotestuje, všetko je OK.

• Po pomerne krátkom čase lietania, po vyčerpaní len 21,5 % náboja naša telemetria (nastavená na pokles 3,3V/LiPol-článok) začne hlásiť nízke napätie zdroja energie. Regulátor ani BEC zatiaľ neprotestujú. Takže: napriek varovaniu telemetrie lietame ďalej.

• Po chvíli, po vyčerpaní ešte len 28,5 % náboja SuperKondenzátora začne protestovať aj regulátor: ak je nastavený na 3,0 V/LiPol-článok, tak vypne motor alebo začne znižovať jeho výkon. Už sme asi dolietali, alebo (ak sme s vetroňom vysoko) už viac nenastúpame. Palubná elektronika napájaná BECom však funguje ďalej.

• Po vyčerpaní necelej polovice náboja Superkondenzátora už začína mať problémy aj BEC a palubné napätie už nie je stabilné: servá strácajú silu a rýchlosť (ak máme na mysli napr. vetroň vo výške). Prijímač a letový stabilizátor stále fungujú. To, že regulátor už ani „necukne“ a že telemetria dookola narieka nad nebezpečne nízkym napätím zdroja energie, už radšej ani nespomíname.

• Po vyčerpaní ďalších pár percent náboja palubné napätie (výstupné napätie BECu) klesne tak nízko, že aj 3,3-Voltové systémy (prijímač, letový stabilizátor …) začnú mať problémy a model sa stáva neovládateľným. Nefunguje ani Fail Safe, pretože už nefunguje NIČ. Že sa to neskončí dobre, je viac ako isté.

Tento posledný bod, tento „katastrofický scenár“ nastal, hoci v Superkondenzátore zostáva ešte asi 40 % náboja. To s LiPolkou na palube by sme ešte v pohode „akrobatili“. A „katastrofický scenár“, čiže totálna neovládateľnosť modelu by s LiPolkou nastala pri vyčerpaní asi 98 % jej náboja (energie).

Samozrejme je tu riešenie, je tu cesta, je tu „svetlo na konci tunela“: Zvyšujúci menič, STEP-UP menič, Voltage Booster, či ako to nazvete. Skrátka zariadenie, ktoré z nižšieho (jednosmerného) napätia urobí napätie vyššie a ešte ho aj stabilizuje. Takže nech má SuperKondenzátor napätie plné: 12,6 Voltu, alebo len štvrtinové: 3,15 Voltu, toto zariadenie bude mať na výstupe (do regulátora a BECu bude dodávať) stále rovnaké napätie, napr. 12 Voltov. Inak povedané, zariadenie ktoré na tomto grafe zmení červenú charakteristiku na svojom vstupe, na zelenú charakteristiku na svojom výstupe:

Takéto zariadenia samozrejme existujú, ale … Väčšinou na malé prúdy (jednotky Ampérov). Preto sa napájanie SuperKondenzátormi objavuje len u malých modelov.

Step-Up menič pre nízke prúdy (1 až 2 Ampére)

Nie že by sa niečo také nedalo urobiť aj na väčšie prúdy: rádovo desiatky (či stovky) Ampérov, ale so zvyšujúcim sa požadovaným odberom sa z takého zariadenia stáva to, čomu my zvykneme hovoriť „parostroj“ - monštrum. Čiže pomerne zložité, pomerne veľké a pomerne ťažké zariadenie o cene ktorého radšej pomlčíme. A keď to dáme dokopy s pomerne veľkým, pomerne ťažkým a pomerne drahým SuperKondenzátorom, pochopíme prečo táto kombinácia v stredných a veľkých modeloch ťažko ohrozí pevnú pozíciu pomerne malých, pomerne ľahkých a pomerne lacných LiPoliek.

Komentáre: 3

.:. diosko | mail

Napadlo ma jedno z mnoho vyuziti SuperKondikov (v kombinacii s dalsim zdrojom) - elektrovetrone. A to nasledovne - podvesene na kridlach ich vyuzijem na start, dostanem vetron do pozadovanej vysky a potom ich "odhodim" (pristanu padakom ). Polietam na baterke/prudeni kolko chcem a pristanem. To len preto, lebo pre start sa minie v podstate najviac energie.
Ozaj, idealna zelena krivka vybijania ma pri nasich elektronickych hrackach jednu nevyhodu - nie je mozne signalizovat pokles napatia, zostalo by jedine sledovat cas a odhadnut koniec napajania.

Odpoveď | 2015-10-19 21:18:59 | Príspevok upravený: 2015-10-19 21:23:54

Meno
Web
Mail
Kontrola	Zadajte číslo päť
Text
	Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz