Beste mensen,
Voor een project moet een back-up power voorziening gerealiseerd worden met enkele moeilijkheden erin.
Een apparaat wat functioneert op 24 Volt zal normaliter door een main accu van stroom voorzien worden. Het gemiddelde verbruik van dit apparaat ligt op 3 Watt. Dit kan prima opgevangen worden met de kleine lithium-ion batterij die al in het overzicht staat.
Nu komt de moeilijkheid: Het apparaat gebruikt gemiddeld 3 Watt, maar wanneer het apparaat gaat meten komen er frequente power pieken van 20 Watt. Die power pieken zijn voor ongeveer 2 secondes en dan zakt het vermogen weer. Dit kan natuurlijk nooit met die kleine batterij opgevangen worden omdat die maximaal 7,4 Watt kan leveren (2A ontlaadstroom * 3,7V). Nu heb ik een systeem bedacht waar met de overige capaciteit van de batterij tijdens het functioneren van het apparaat de supercondensatoren opgeladen kunnen worden en dat wanneer er een power piek optreed, deze supercondensatoren ontladen kunnen worden.
De capaciteit van de condensatoren en de laadsnelheid is allemaal berekend en dit kan allemaal prima. Het probleem zit in de boost convertor. In de berekeningen heb ik rekening gehouden dat de condensatoren van 5,5 Volt tot 1,5 Volt zullen ontladen. Deze variabele spanning zal dus met een vermogen van maximaal 20 Watt naar 24 Volt geschroefd worden en daar is dus een hele deftige boost convertor voor nodig.
Echter kan ik tot op heden nog geen geschikte boost convertor vinden, dus de convertor in de bijgevoegde afbeelding klopt ook niet. Qua specificaties kan die het aan, maar als je dan verder in de datasheet gaat kijken dan zie je dat bij een lage spanning maximaal een vermogen van 1 Ampère geleverd kan worden, wat veelte weinig is om aan die 20 Watt te komen.
In de bijgevoegde afbeelding is het systeem te zien wat ik bedacht heb. Dit project zit aan extreem kleine afmetingen verbonden en alle componenten moeten dus ook zo klein mogelijk gehouden worden. Een dikkere back-up batterij is dus geen optie.
MGP
LDmicro user.
Al die omzettingen veroorzaken veel verliezen, loont het nog de moeite? en waar laadt je de 11.25v batterij op?
Ik kan mij niet van de indruk ontdoen dat je een gratis energiesysteem wilt ontwerpen.
@MGP, er zijn veel verliezen. Maar met deze situatie dat het klein moet zijn en die vermogens pieken op moet vangen zie ik niet echt een andere oplossing.
Dus mijn vraag aan jullie is hoe ik die lage spanning van de condensatoren naar 24 Volt kan krijgen met een vermogen van maximaal 20 Watt. Als iemand een betere oplossing heeft voor het systeem wat ik bedacht heb dan hoor ik dat ook natuurlijk graag!
Oh ja, dat is misschien wel handig om erbij te vertellen. De main batterij is swappable. De requirement is dat het systeem voor minstens 90 secondes moet blijven functioneren op een back-up power voorziening. Dus deze situatie is voor als de main batterij verwijderd is.
De powerpiek zal niet vaak voorkomen in die 90 seconden, anders is je lithium batterij leeg.
Dus: Kan je niet de powerpiek al dan niet in combinatie met de batterijwissel uitstellen?
Voorbeeld: je meet elke 5 minuten. Ik neem aan dat het geen wereldschokkend statistiekproblemen dat je een keer na 6:30 minuten meet. Als dat wel zo is dan kan je nog bij 3:30 een ledje laatje knipperen "Do not change battery"
Een alternatief is dat je (in combinatie met) een parallelkabeltje werkt. Een kabel met diode vanaf de nieuwe accupack houdt het systeem onder spanning terwijl je de oude pack los koppelt. Na het koppelen van de nieuwe pack kan je het kabeltje los halen.
Je kan ook het systeem ook van twee kabeltjes zodat je alleen maar van batterij hoeft te wisselen door het vrij kabeltje te gebruiken.
Óf je maakt een systeem dat een main battery heeft die uit twee 1500mA packs parallel bestaat.
Je kan dit alles combineren. Mocht een gebruiker toch twee batterijen lostrekken of het parallelkabeltje vergeten dan stel je gewoon de meting uit.
Moet het perse li-ion zijn en 1x cel van 3.7V?
Over het algemeen gaat een accu een langere runtime/levensduur geven als je 'm lichter ontlaad. 0.5C @ 7.2V gaat langer mee dan 1C @3.7V
Komt bij dat het schema wat je tekent aardig wat boost-converters bevat die geen 100% rendement halen. Dat 'doorstapelen' maakt het niet beter.
Met 3x3.7V in serie ben je een heel eind.
En dat 24-V ding.. Moet die perse 24V hebben? Als efficientie een ding is kun je dat ding beter ombouwen, dan dat het intern weer teruggezet wordt naar bv 5V. Lijkt me vrij stug dat die echt 24V nodig heeft.
@K7Jz, de meest voorkomende power piek is 0,15 secondes op 20 Watt en dan heeft de condensator 0,9 secondes om weer op te laden. Dit is allemaal doorberekend en gevalideerd, hier hoeft verder dus ook geen aandacht aan besteed te worden. Maar de piek is dus te vaak om het wisselen uit te kunnen stellen.
Het concept van een main batterij en een interne batterij staat vast. Het is een medisch apparaat wat ook in de operatie kamer gebruikt gaat worden, er zijn dus hele strenge eisen over het gebruik en de vormgeving. Daardoor is dat onderdeel van het systeem niet flexibel.
Met losse kabeltjes gaan werken wordt dus ook lastig, want als er dan iets mis gaat dan wordt dat heel vervelend.
Denken jullie dat het überhaupt mogelijk is om de spanning van condensatoren; in mijn geval variabel van 1,25 tot 5,5 Volt, omhoog te krikken naar 24 Volt met een piek vermogen van maximaal 20 Watt? In mijn berekeningen heb ik voor deze conversie rekening gehouden met een verlies van 30%.
@DJSmiley, voor zover ik weet is li-ion een van de weinige oplossingen. Ik heb ook naar lithium-polymer en li-ion plataan batterijen gekeken met een hoge C-rating, maar dit bleek al snel geen oplossing te zijn. De batterij moet minimaal UL1642 gecertificeerd zijn omdat het een medisch apparaat betreft. Vrijwel alle andere batterijen met een hoge C-rating voldoen hier niet aan.
Het apparaat moet zo klein mogelijk zijn, letterlijk elke millimeter telt. Meer cellen of een grotere batterij zijn dus ook geen oplossing.
rew
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
De energie-dichtheid van supercondensatoren, nog zonder de extra electronika is vele malen lager dan die van batterijen. Dus het lijkt me stug dat je daar wel maar voor een extra/meer batterij geen plek hebt.
Een deel van de verliezen zitten hem in de verliezen over de diodes in de switcher. Hoe lager de spanning hoe groter die verliezen. (relatief). Dus ALS je met supercaps gaat werken, zou ik er meer in serie zetten om een hogere spanning te krijgen (evt meerdere kleinere). Overweeg om een kleiner deel van de spanning van de supercap te gebruiken. Overweeg om de 5.5V supercap (dat zijn er twee van 2.7V in serie!) niet tot 5.5V te gebruiken maar zeg 5V. Ontlaad je de 5V-bij-vol supercap tot 3.5V dan gebruik je de helft van de beschikbare energie. Lager gaan betekent een groter ingangs-spanning-variatie bereik voor de converter -> Minder efficientie.
Op 29 september 2017 15:49:38 schreef rew:
De energie-dichtheid van supercondensatoren, nog zonder de extra electronika is vele malen lager dan die van batterijen. Dus het lijkt me stug dat je daar wel maar voor een extra/meer batterij geen plek hebt.
En dan heb je ook nog eens ruimte nodig voor de switchers en ruimte voor de lucht die je nodig hebt om een beetje te kunnen koelen. Tegen die tijd kun je al een 3-4x zwaardere accu plaatsen die probleemloos zelfstandig de pieken aankan. Geen gedoe, geen toestanden, lekker simpel en keibetrouwbaar. Precies wat een medisch apparaat nodig heeft!