안녕하세요 수소연료전지 자작자동차를 만드는 과정에서 슈퍼커패시터 용량선정에 있어서 어려움을 겪고 있어서 질문드립니다!
여태까지 슈퍼커패시터에 대해 알아본 바로는 셀당 최대 전압에서 절반까지 사용하라고 권장되고 있고 캡의 최대 전압은 입력전압의 1.5배를 생각하고 만드는 것이 좋다고 파악하였습니다.
그림에 있는 슈퍼캐패시터의 54v는 무시해주세요!
모터컨트롤러의 전압범위가 10v-50v에서 동작하고 컨버터는 48v 전압을 내보내줍니다. 여기서 대회 규정상 차량의 최대 전압은 공칭 48볼트 또는 최대 60볼트를 초과해서는 안 됩니다.
모터의 출력이 오르막길 평지에서 평균적으로 80w 출력이 나오고 내리막길에서는 부하가 가해지지 않으므로 수소연료전지에서 나오는 80w가 60초동안 스택에 충전된다고 생각하여 4800J을 담을 수 있는 캐패시터뱅크를 만들어야 된다고 생각했고 보조 출력원으로서 사용하려고 생각했습니다. 모터 컨트롤러의 동작범위가 10~50v이므로 2.7v 18개를 직렬연결하여서 48.6v를 만들고 용량계산식을 통해서 용량을 구했습니다.
그런데 알아보다 보니 입력전압의 1.5배 정도 여유를 두어야 하고 셀당 최대 전압에서 절반까지이면 모터 정격전압인 48v에서 1.5배인 72에서 36v로 전압범위를 두어야 하는건지 궁금합니다.
또 캐패시터에서 전력을 끌어쓰면 전압이 떨어지는데 이때 컨버터에서 나오는 48v보다 캐패시터의 전압이 낮아지게 되면 캐패시터가 충전되는건가요? 방전은 모터에서 끌어쓰는만큼 충전되는 걸로 알고있는데 충전은 언제 되는지 궁금합니다.
위와 같이 설계했을때 캐패시터의 장기사용관점보다 효율과 무게 관점에서 봤을때 과도한 여유를 두는 건 아닌가 궁금합니다!
슈퍼케페시터 와 충전지를 약간 혼동하시지 않는가 하는 생각이 듭니다..
슈퍼케페시터는 얼마만한 시간안에 충전이 되나요??
슈퍼케페시터의 목적은 무엇인가요??
캐패시터의 목적은 부하 변동시 연료 전지 출력전류의 peak값을 감소시켜주는 용도와
오르막길 같이 모터에 부하가 많이 걸리는 상황에서의 출력상승 정도로 생각하고 있습니다.
커패시터의 용도가 일시적인 상황에서 빠르게 전류를 흘려보내주는 역할을 하고 배터리 같은 경우는 대용량 에너지 저장 용도로 사용하고 있습니다.
오르막길이 약 1분정도이고 내리막같이 부하가 걸리지 않는 게 대략 1분 정도라고 가정했을때 오르막길에서 커패시터뱅크가 방전되고 내리막에서 충전된다라고 생각했는데 혹시 틀린 부분있으면 지적해주시면 감사하겠습니다!
슈퍼캡은 내부저항이 낮아서 슈퍼캡을 DC-DC 컨버터에 직결하면 특수하게 설계된거 아니면 컨버터 터집니다. 반드시 올바른 충/방전회로가 있어야 합니다.
그리고 뭐 모터 용량이 크진 않지만 배터리 자체를 48V를 써서 DC-DC 를 안쓰는게 나을거같은데.. 어려우신거겠죠?
올바는 충/방전 회로라고 하시면 혹시 밸런싱회로와는 다른 회로를 말씀하시는 것인지 궁금합니다. 밸런싱회로 같은 경우는 tl431을 이용하여 설계해볼 예정입니다.
슈퍼캡은 수소연료전지에 부하 변동지 출력 전류의 peak 값을 감소시켜주는 용도와 오르막길 같이 부하가 많이 걸리는 상황에서(약 1분정도)의 출력 보조 정도로 생각하고 있습니다. 말씀하신 모터 발전 제동의 같은 경우 라쳇을 달아 모터에서 걸리는 저항을 아예 없애버리는 방식으로 부하를 최소화하는 방식을 이용하여 모터 발전 제동으로 충전은 어려울 것 같습니다. 수소연료전지에서 어느정도 일정한 출력을 맞춰주기 위해서 부하단에서 출력을 필요로 하지 않으면 슈퍼캡을 저장하고 싶었는데 혹시 제가 잘 못 생각하고 있는 부분이 어디인지 지적해주시면 감사하겠습니다!
슈퍼캡이 다루기 쉽지 않습니다.
예를 들어 내부저항이 0.1옴이라고 하고 전압이 48V이면 완방시 충전되는데 I=V/R = 48 / 0.1 = 480A 가 흐릅니다. 충방전회로 없이(발란스는 다른겁니다) DC-DC 컨버터의 출력이 이만큼을 감당해야 한다는 것입니다.
"슈퍼캡으로는 1분이라는 시간동안의 출력보조도 못해줄정도로 빠르게 전류가 빠져나가는지 궁금합니다..." 이것도 직접 계산해 보셔야 하구요. (전류가 빠져나가는 것은 모터 소비만큼 빠져나가겠죠)슈퍼캡은 남은 용량에 비례하여 전압도 낮아지는 것도 고려애야 합니다.
글을 다시 보니 수소연료전지의 출력을 충전하시단 말씀이었네요.
그림을 보면 소비전력(=전지출력?)=80W 이라고 써있는거 같은데 60초 충전으로 375초 출력은 간단히만 봐도 불가하고.. 아마도 전지출력이 모터 소비전력보다는 클텐데
단순 계산하면 전체 시간동안 충전되는 용량이 전체 주행 시간보다 커야 동작할테니 그렇게 캡 용량은 계산하심 될거같습니다. (당연히 계산식엔 컨버터 효율과 마진 등을 포함해야 합니다.)