Суперконденсатор для запуска автомобиля

Суперконденсаторы на запуск — Часть 1. Теория, муки выбора

Так уж завелось, что данная Q7 является, скорее, долгоиграющим проектом, чем рядовым транспортным средством. Чем и стараюсь радовать подписчиков. И с каждым внедрением чего-либо становится все сложнее осуществить новую задумку, никогда ранее не бывалую.

Так и сейчас, казалось бы, система о 2 АКБ фактически идеальна (за 4 года ни разу не подвела), но хотелось чего-то нового, еще более особенного. Хотя и второй АКБ на Q7 появился впервые именно у этого авто. Знаю многих довольных последователей!

Выходит, система запуска уже не уникальна, надо двигаться дальше.

Нет проблем — будем стартовать с суперконденсаторов!

И тут уже не скажем заветную фразу «Как тебе такое, Элон Маск?», так как крупнейший производитель ионисторов Maxwell нынче выкуплен как раз Теслой, дабы не плодить новые технологии без спроса.

Собственно, как доводится опытному инженеру, параметры основного компонента подбирались с потолка, и критерий был основной — емкость не ниже 3000F (да-да, тех самых Фарад, к которым нам в школе на уроках физики приравнивали емкость Земли). Технологии не стоят на месте и двуслойный электролитический конденсатор уже легко даст фору многим источникам тока. Кратковременного тока. А именно он-то нам и нужен.

На этом от теории отклонюсь, и приведу 3 основных варианта, между которыми были долгие муки выбора:

3. Китай-кондёр GCAP3400 — 3400Ф, 2.85В, 0.28мОм, от 20 евро на Алиэкспресс. На 2.7В дешевле.

Как уже можно понять, одного элемента недостаточно (2.85В макс) для пробуждения стартера. И выбор таки пал на Али (точная копия Максвелла, а то и сами их банки перемаркированные).

Вот только на момент подбора нашелся вариант 6-ячеечной батареи за 110 евро на ebay, соответственно, думать дольше не стал — через пару недель заказ был на руках.

К слову, фирма Skeleton выпускает свои конденсаторы в городе моего проживания (он же Таллин), в считанных километрах. На запрос сэмплов по розничной цене даже не стали отвечать. Ребята, если читаете, да вы жмоты. Да поглотит вас Маск.

Да, размеры приличные до неприличия — почти 40см в длину.
Для масштаба — фломастер и 26650 аккумулятор, имеющий фактически ту же энерговооруженность (3,7в*5Ач=18,5Втч у батарейки против 6*3,84Втч=23,04Втч у кондеров). Однако, батарейка никогда не сможет выдать то, на что рассчитан суперконденсатор.

Пошло вскрытие — даже балансиры оказались включены в цену (обязательная вещь!):

Источник

Суперконденсатор или Гибридный Аккумулятор в авто

Пред история:
Отслуживший мне 4 года аккумулятор Varta C30 54Ah внезапно сдох, не завел авто при не больших морозах, предыдущей зимой я им конкретно занимался гонял и заряжал малым током снимал сульфаты с пластин, сверлил отверстия и мерил электролит, а перед этой зимой не нашлось времени с ним возится.

Сдал его под скидку и взял точно такой же выпуска июль 2015, но в качестве этого АКБ я засомневался сразу, после ночной стоянки при не большом минусе по началу 12.3 а после трех месяцев опустилось до 11.8 вольт.

Вообще я понял что для холодного климата Ca\Ca (кальциевые) АКБ это зло, с ними хорошо когда жарко и машина не глушится, но если вы ездите дом-работа-дом иногда в магазин то лучше не связываться с такими аккумуляторами.

Заинтересовался темой Суперконденсаторов, в Китае на них электобусы ездят.

Оказывается Камаз тоже делат Электробусы

Прочитал о этой теме:

Заказал через Ebay вот такие конденсаторы 500F 2.7V 6шт.:

Но первый блин комом, после первых тестов присланных конденсатов я понимаю что деньги потратил зря, они оказались фейками с не понятными параметрами, не больше 50 Фарад или меньше с напряжением 2.0 Вольта, при зарядке до 2.5 Вольта переводят заряд в тепло, огромные токи утечки, батарея из 6 конденсаторов разряжается за 2 часа с 12.6В до 8В, токи этих Фейков минимальны 2-3А при кз. Китайцы выдают не качественные ионисторы за суперконденсаторы … качество только выбросить…
Долгая переписка с продавцом, деньги мне все же вернули.

Такой вариант возможен при идеальных условиях и оригинальных суперконденсаторах Samhwa Green Cap Ю. Корея

Попытка номер два…
Купил суперконденсаторы БУ Maxwell 1200F 2.7V 6шт. — сборка: 1200 фарад / 6шт. = 200 фарад 16.2 вольта.

Зарядил до напряжения 14.7В через сутки напряжение 12.9, замерил токи утечки на напряжении 12.6В от 3 до 8mA, когда конденсаторы постоят заряженные и их несколько раз подзаряжаешь, саморазряд уменьшается до каких величин первые трое суток разряд с 16 вольт падает до 15 далее всё медленнее и через пол года заряд остается около 9 вольт.

Протестировал конденсаторы на Хомяке:

Прикинул емкость моей сборки, 140 Вт лампочек прогорели 63 сек при напряжении с 14.6 до 11в

емкость примерно 191 Фарад. токи утечки у Хомяка с сигнализацией 40мА, значит эта сборка может продержать заряд около 3-4 часов без использования Аккумулятора.

Теперь я столкнулся с проблемой найти подходящий корпус для сборки суперконденсаторов.
Решил искать убитый мото АКБ, так как по размерам подходил корпус от 20Ah аккумуляторов.
Нашёлся человек с местного Droma который услышал мой клич и отдал мне два убитых мото АКБ.
Один АКБ я распилил и сделал из него корпус, второй удалось восстановить но не полностью, внутри у него отваливается одна банка, в общем это ему не особо мешает подпитывать суперконденсаторы.

Вот что у меня получилось:
И все же машина может жить без стартерного АКБ!
Поставил на Хомяка только конденсаторы, заряда с 14.5в до 11.5в хватает на три с половиной часа, далее сигнализация заводит авто по низкому напряжению 11.5в в борт сети, подзаряжает конденсаторы и подогревает двигатель.
Зимой не плохой вариант отказаться вообще от Стартерного Аккумулятора но если машина стоит на улице.

Наконец совершенство инженерной мысли гибридная связка Мото Delta 14Ah AGM VRLA аккумулятор 2008 года, по ампер часам показал себя как новый и это после простоя в один год, так же у него оторвана внутри одна банка (иногда отваливается контакт) + Суперконденсаторы Maxwell, крутят стартер бодрее чем новая Varta 54Ah.

При напряжении 12 вольт бодрый запуск двигателя, за несколько секунд напряжение подымается до 14.5-14.8 вольт, после глушения двигателя малый АКБ продалжает заряжаться некоторое время, пока напряжение АКБ и конденсаторов не уровняется… при 13-14 вольтах запуск очень бодрый…

Отъездив на гибридной сборке половину зимы, впечатления только положительные, машина с таким запасом по току ведет себя более стабильно, субъективно тяга двигателя увеличивается и кажется что машина рвет с места, расход не измерял но явно он должен уменьшится не намного, один раз пришлось подзарядить маленький АКБ, так как поездки были в основном не продолжительные. Есть небольшой минус, несколько секунд после запуска двигателя идет высокая нагрузка на двигатель, выпрямительные диоды, генератор и ремень генератора. На лето поставил назад большой АКБ…

У многих может возникнуть вопрос: А что будет с генератором и с электрооборудованием авто при таком вмешательстве? Давайте подумаем что происходит при подключенном аккумуляторе почти тоже самое вся разница в том что сборка конденсаторов 200F имеет сопротивление 3.6 mΩ а аккумулятор допустим свежий 3 — 5mΩ а ведь некоторые подключают два аккумулятора да ещё и 90Ah, токи зарядки этих АКБ в первые секунды будут то же максимальными, в современном авто система зарядки представляет из себя не просто генератор, а регулируемый источник тока, ну а насчет электрооборудования то оно будет работать наиболее стабильно и эффективно добавляя немного мощности двигателю.

Вторая зима, аккумулятор подключил тонкими проводами, акб нужна только чтобы поддерживать заряд 3-8mA на конденсаторах и питать сигналку с мозгами 38mA, если надо подзарядить малого, ни каких проблем, снимается за 30 сек, дома заряжается, машина остается с конденсаторами и полностью питается от них.

Так запускается двигатель при 14 вольтах в бортовой сети.

Продолжаю тестировать на что способны конденсаторы лютой зимой.

Но я подготовился к какой ситуации, был бы здесь просто АКБ, геморрой обеспечен, поиск кто прикурит или снимать АКБ тащить домой для отогрева. С конденсаторами такой ёмкости их нужно подзарядить напряжением выше 13в, что я и сделал повышающим преобразователем подключил его к акб от бесперебойника, 3 минуты и конденсаторы подзарядились до 12.8в.
По формуле накопленная энергия в конденсаторе растет не линейно а квадратично J=(C*U^2)/2 при C=200F если на конденсаторе 9V то он имеет запас энергии 8.1 кДж а если он заряжен до 14V то мы уже имеем заряд 19.6 кДж, зарядим до 16V будем иметь заряд энергии в 25.6 кДж.

Нарисовал схемку подзарядки конденсаторов перед холодным запуском при использовании маленького аккумулятора, так как при сильных морозах напряжение на аккумуляторе и конденсаторах может опустится ниже 12 вольт что снижает энергию запуска.

Преобразователь нужно использовать с ограничением тока, диод шоттки и мощное реле.

Источник

Ионисторы вместо стартерного свинцово-кислотного аккумулятора

Идея запуска ДВС от ионисторов (на западе их называют суперконденсаторы) не нова, в сети есть несколько публикаций и видео роликов. В тех, которые я смотрел, либо ничего не вышло, либо получилось слишком дорого. Получилось заводить двигатель только на ионисторах емкостью 3 тысячи фарад. На 500 и 700 фарадах двигатель ни у кого не завелся.

Теория

Набравшись опыта коллег по цеху, решил сначала провести эксперименты на виртуальной модели гибридного аккумулятора. Для этого взял замечательную программу Yenka. Нашел в сети, то что у вазовского стартера рабочий ток примерно 150-200 ампер. Ионисторов в Yenka не нашел. Использовал обычные конденсаторы только с большой емкостью. В результате виртуальных экспериментов ионисторы в 500 фарад крутили стартер аж 3.5 секунды, пока напряжение не упало ниже 8 В.

Падение напряжения при виртуальном «прокручивании» стартера от сборки из 6 ионисторов по 500Ф

Эксперимент в программе показывает, что можно завестись от сборки из шести 500 фарадников. Но на практике у коллег не получилось. Возможные причины:

я напутал в схеме в программе;

на самом деле ток стартера выше;

на практике были поддельные ионисторы.

Изначально, мне сильно не понравились клеммы на 500 фарадных ионисторах, они меньше чем на UPS-ных аккумуляторах. А если посмотреть на клеммы авто аккумуляторов и толщину провода к стартеру, то можно предположить, что из-за малого сечения клемм ионисторов было сильное падение напряжения на них и тока не достаточно чтобы провернуть стартер.

У конденсаторов, в отличии от аккумуляторов, под нагрузкой нет стабильного напряжения. То есть, если подключаем стартер к заряженной до 14 вольт батареи ионисторов, то через 2 секунды работы напряжение упадет до 11 вольт, еще через 2 секунды до 7 вольт. Чтобы напряжение снова поднялось, нужно заряжать конденсаторы. Поэтому время работы стартера сильно зависит от начального напряжения. Так как максимальное напряжение одного ионистора 2.7 вольт, а генератор в машине может выдавать до 14.5 вольт в сборе нужны минимум 6 ионисторов, тогда максимальное напряжение составит 16.2 вольт. Было бы разумно использовать весь потенциал ионисторов и заряжать их до 16 вольт. Не нашел достоверной информации о том не сгорит ли стартер от 16 вольт. Но в характеристиках других электроприборов в машине русским по белому сказано: «до 15 вольт». Решил рискнуть стартером и собрать гибридный аккумулятор, где будет 6 банок ионисторов на 16.2 В, подключенные только к стартеру, балансировочная плата, обычный аккумулятор на 12 вольт для питания всего остального и заряжаемый от генератора. И повышающий преобразователь чтобы повысить напряжение от 12 до 16 вольт.

Закупка

Нашел в китайском магазине ионисторы на 350 фарад. Забил емкость в Yenk-у, оказалось, что их хватит на 2.5 секунды работы стартера. Заказал их, а также балансировочную плату.

Аккумулятор взял обычный от UPS на 7 Ач.

Сборка

В качестве корпуса будет коробка от старого свинцового аккумулятора. Крышку срезал так, чтобы клеммы остались на месте. Иначе клеммы будут на крышке и соединять их нужно будет соплями гибкими проводами. А я хочу все силовые соединения сделать жесткие, резьбовые. Полностью перегородки вырезать не стал, ширина одной “банки” как раз подошла под диаметр одного ионистора, оставил куски перегородок как изоляторы и для крепления преобразователя.

Между собой соединил алюминиевой полосой сечением 30х1 мм, сделанной из обрезка тавра, купленного в магазине крепежа.

зажим плашечный ПА-2-2 ВК

Внутри аккумуляторные клеммы проводились к пластинам свинцовым стержнем 12 мм. Для соединения с ним взял “зажим плашечный ПА-2-2 ВК” и отпилил от него кусок, нужного размера. К болту зажима прикрутил алюминиевую полосу, идущую к ионистору. Балансировочную плату соединил с перемычками тонкими проводами с клеммами на винты. Точно так же как и преобразователь и аккумулятор.

Общий “плюс” на 12В вывел через стенку корпуса болтом 6 мм. Точно так же вывел минус включения преобразователя.

Эксперименты

Сейчас, зимой, сдох аккумулятор от UPS, либо он просто не предназначен для работы на морозе, либо мне его изначально дали еле живой. Его не хватает даже на втягивающее стартера, но ионисторы заряжает. Заказал 4 LiFePO4 аккумуляторы и балансир.

Источник

Суперконденсаторы вместо аккумулятора в автомобиле

Понадобится

Этого хватит для первого опытного образца.

Первое испытание с запуском двигателя

Я купил 6 суперконденсаторов и плату балансовой защиты, бывают они продаются индивидуально под каждый ионистор, а бывает и цельная линейка под шесть штук.

Собрал все воедино.

Плата защиты исключает перезаряд суперконденсаторов напряжением выше 2,7В, поэтому использовать ее практически обязательно нужно, если включение элементов производится последовательно.

Далее я припаял клеммы и установил эту батарею на авто. Но предварительно ее необходимо зарядить небольшим током 5-7 А до рабочего напряжения. На это ушло 10-15 минут времени.

После подключения автомобиль завелся без лишних сложностей, двигатель работал стабильно, напряжение в бортовой сети держалось на должном уровне.

В ходе этого эксперимента выяснились следующие плюсы и минут: батарея из ионисторов быстро разряжалась при выключенном зажигании, а именно где-то через 5-6 часов напряжение падало до 10 В. Это был минус, а плюс был в том, что даже при этом напряжении автомобиль все ещё заводился, так как для ионистора любое напряжение рабочее, в отличии от аккумулятора.

В итоге запустить двигатель по прошествии одних суток уже не представлялось возможным. И я решил исправить данный недостаток в следующей конструкции.

Схема

Вот схема второго прототипа батареи.

Оговорюсь сразу: солнечной панели и второго аккумулятора в ней нет. Тут также используется линейка из суперконденсаторов с балансной платой. Также добавлен контроллер заряда аккумулятора, пара переключателей, вольтметр и сам небольшой аккумулятор емкостью 7,5АЧ.

Работа устройства такова: перед запуском авто открываем капот и счелкаем верхний по схеме переключатель. Через мощный 50 Ваттный резистор сопротивлением 1 Ом, ионистор начинает заряжаться от аккумулятора. Заряжать напрямую без этого резистора нельзя, так как для аккумулятора это будет равносильно короткому замыканию.

На все про все уходит 15 минут времени. Для меня это не критично. После этого можно заводить авто и ехать. Также парально резистору воткнут диод Шоттки. Он служит для зарядки аккумулятора после того как двигатель запущен.

А заряжается аккумуляторная батарея через контроллер зарядки.

Он нужен для того, чтобы каждый раз не щелкать переключатель включения, а один раз включить и ехать: встать у магазина и уйти на пару часов. И если ионистор начнет тянуть из аккумулятора ток, и разряжать его ниже 11,4 В, то контроллер зарядки тут же его отключит. Тем самым защитит батарею от полного разряда, что может ее погубить раньше срока.

Нижний по схеме переключатель служит для подключения вольтметра либо к ионисторам, либо к батарее.

Полностью рабочий экземпляр батареи на суперконденсаторах

Собрал всю схему в пластиковой коробке. Временно естественно, чисто покататься и испробовать новшество.

Источник

Конденсаторное пусковое устройство Inspector Charger. Будущее наступило…

Всем Здрасти! Сегодня кнопки жать обязательно!)
Конденсаторное пусковое устройство Inspector Charger — радикально отличается от своих собратьев пускачей на основе литий-ионных и литий-полимерных встроенных батарей! Задача у всех «пускачей» одна — запуск мотора, а вот подход к решению этой задачи разный!
Компания Inspector любезно предоставила нам на тестирование свою новинку — пусковое устройство Charger, из новой линейки пусковых устройств, на основании того, что я уже несколько лет являюсь пользователем их продукции и уже тестировал пуско-зарядное устройство.

На данный момент, на рынке присутствует всего 2 пусковых устройства на основе суперконденсаторов большой емкости (ионисторы), поэтому информации по ним маловато.
Заявленные характеристики Charger:
Пусковой ток 900А (Запомните, стартер возьмет ровно столько, сколько ему требуется для прокрутки мотора!)
Возможность запустить бензиновый мотор объемом до 6 литров, дизельный мотор до 3 литров, обязательное условие напряжение бортовой сети ТОЛЬКО 12 Вольт!
Подзарядка пускового устройства напрямую от аккумулятора автомобиля, от РОЗЕТКИ 12Вольт, от выхода USB 5В/2А.
На этом все, характеристики закончились) (Объясню все ниже по тексту)

Комплектация: пусковое устройство Inspector Charger, кабель подключения к розетки 12В(прикуриватель), чехол, документация, красивая коробка!

А сейчас я распишу, как это все выглядит — мы привыкли, что при пользовании классическими пусковыми устройствами, что в них встроенные аккумуляторы разной емкости, и конечно же, перед использованием подобного пускача, его требуется ЗАРЯДИТЬ, на это потребуется несколько часов, в зависимости от емкости батарей, ну и как следствие, если пусковое устройство разрядилось на «треть» заряда во время попыток завести мотор, потребуется снова подзарядка девайса, и снова это займет не 10 минут.

А в пусковых устройствах на конденсаторах отсутствуют аккумуляторы, там используются ионисторы, на подзаряд которых с 0 до полного заряда в 15.6 Вольта требуется примерно 5-6 минут при подключении от розетки 12В, а при подключении напрямую на акб, время на заряд в «боевое» положение потребуется около 2-3 минут, кстати говоря, после консультации со специалистом, предположили что речь идет о емкости конденсатора МИНИМУМ в 500 Фарад.

То есть, спрогнозирую ситуацию, у вас подсел аккумулятор в автомобиле, Вы подключаете к ПОДСЕВШЕМУ акб этот Charger, пускач заряжается от вашего акб в течении нескольких минут, и аккумулирует ОБРАТНЫЙ заряд, производя пуск мотора, главное условие, что напряжение акб должно быть не ниже 4 Вольт, сразу уточню, ниже 4 Вольт это металлолом. (Подключал этот девайс к аккумулятора с напряжением 3 Вольта — на дисплее девайса загорался значок «Ошибка»)
Еще одно ВАЖНОЕ отличие конденсаторного пускача от «классического» на литий-полимерных батареях в том, что есть функция «Принудительный пуск» — возможен запуск мотора при полностью севшем аккумуляторе или же при отсутствие акб в автомобиле вовсе, что исключается как вариант при пускачах на встроенных батареях.
Основное правило какое? Верно! Перед работой обязательно стоит ознакомиться с инструкцией!
Об устройстве: корпус крепкий, дисплей защищен «зернистой» пленкой, провода с «крокодилами» несъемные — порадовал момент, что на морозе провода сохраняют эластичность (на данный момент проверялось лишь при минус 5°), крокодилы массивные и довольно тугие, на лицевой части устройства 3 кнопки — On/Off, Charge (Зарядка), BOOST (Кнопка Принудительного пуска).
Устройство оборудовано защитой от переполюсовки, короткого замыкания и от перегрева (видимо сделано специально от тех, кто будет пытаться завести «труп» до победного)

Inspector Charger заряд не держит, то есть заряжается устройство НЕПОСРЕДСТВЕННО перед использованием, полного заряда 15.6 хватит часов на 5, затем напряжение пускача упадет до 12 Вольт и пуск мотора будет под вопросом, хотя…
Дорогой девайс? Да, дорогой. Этот самой мощный в линейке пускачей Inspector, ценник около 10000 рублей, это стоимость относительно хорошего пускача на литий-полимерных батареях, НО, конденсаторный пускач в определенных моментах выигрывает у конкурентов — срок службы больше 10 лет, вместо 3 лет у «классических» пускачей, за конденсатором нет необходимости следить и периодически подзаряжать встроенные батареи, разрешается перевозка любым транспортом, в том числе и воздушным, в отличии от взрывоопасных литиевых батареях, и температурный диапазон — конденсаторный пускач спокойно работает на морозе(!), а «классический» нет.

Добавлю ложку дегтя в бочку меда, кое какие моменты мне не понравились, а именно, из за конструкции клеммы несъемные с корпуса, зернистая защитная пленка на ярком солнце ухудшает обзор дисплея…
Кому девайс будет полезен? Первым делом это владельцам Вебасто и подобных установок в автомобиле, когда частенько требуется дать дополнительный заряд штатному акб. В целом, идея хорошая, на данный момент мы проверяли на легковых автомобилях — устройство запускало мотор, до грузовых пока что не добрался!
Как итог: да, с девайсом не идет в комплекте ударопрочный водонепроницаемый кейс, который к ценнику добавить лишние 3 тысячи рублей, нет ничего лишнего при устройстве, поэтому и ценник относительно адекватный с учетом начинки)
Ну как вам вещица?)

Источник