Суперконденсаторы для автомобилей обзор
СуперКонденсатор. Эпизод VI: Возвращение проекта.
«В далёкой-далёкой Галактике Рус-дза-за на пепелац 15-ой модели местной сборки в дополнение к штатной цапе был установлен СуперКонденсатор…»
Прошло почти два месяца после установки девайса и начала испытаний. Как и предполагалось на субсветовые скорости автомобиль не вышел, но кое-какие положительные эффекты всё-таки проявились:
1. При пуске двигателя перестала выключаться музыка значит напряжение просаживается меньше,
2. Сам пуск по ощущениям стал легче и быстрее, но без спецприборов это трудно подтвердить,
3. Само напряжение в сети не изменилось, стало быть прочее электрооборудование (генератор, мост и РН) работают нормально в связке с СК.
4. В момент падения оборотов после торможения двигателем (обычно до 500 об/мин) перестала тускнеть панель приборов и вентилятор печки работал ровно, да и сам провал несколько уменьшился (до
600 об/мин),
5. Машина стала бодрей работать на «низах», например, после того же ПХХ стала разгоняться динамичнее — может бензонасос быстрее давление добирает или зажигание лучше,
6. Вроде даже наметилась некая экономия топлива на ежедневном маршруте где-то около 0,5 л/100км в городских условиях — видимо за счёт лучшей динамики при разгоне с низких оборотов.
7. Если вдруг надо заменить или отсоединить ненадолго АКБ, то можно не беспокоиться насчёт стирания настроек радио, часов, контроллера.
8. Даже практически полностью разряженная АКБ с СК позволяет легко запускать движок, например, у меня заводилось враз на АКБ с напряжением в 11,6 В.
Хотя основная работа СуперКонденсатора практически не заметна, ведь он избавляет аккумулятор от больших и резких токов разряда, продлевая тому жизнь и улучшая здоровье.
Из минусов, пожалуй, стоит отметить возросшую на 10 мА ток разряда АКБ, а это почти 10-20% от номинального. Поэтому при долгих стоянках СуперКонденсатор лучше отсоединять от бортовой сети автомобиля или подключить его по схеме подобной этой — www.radioradar.net/repair…r/capacitor_starters.html
И вот в семье появилась новая машина и последние недели на 15-шке с СК ездили очень мало. СуперКонденсатор специально не отсоединялся, но тем не менее проблем с пуском не было. Хотелось дождаться морозов, чтоб проверить работу нового девайса в более суровых условиях. Но машина была выставлена на продажу и вскоре нашёлся покупатель. Когда рассказывал новому владельцу про этот агрегат, я втайне надеялся, что тот откажется иметь такое «чудо» на борту и я сниму его для дальнейших экспериментов. Но, увы, «напугать» покупателя не удалось и автомобиль был продан вместе с СуперКонденсатором.
ЭПИЛОГ. Выводы к которым я пришёл, что СуперКонденсатор — это весьма полезная и нужная вещь, но только в том случае, если его установка оправдана тяжёлыми условиями эксплуатации автомобиля, нечастыми короткими поездками или частыми пусками и остановкой двигателя. Тем же, кто ездит часто и подолгу или хранит машину в тёплом гараже нет особого смысла ставить суперкондёр. Но он не помешает в любом случае для более оптимальной, размеренной и экономной работы бортовой электроники и со временем окупит себя сторицей.
Что касается меня, то я теперь очень хочу и на новую машину поставить СуперКонденсатор, но только помощнее и покомпактнее… Ведь даже на нашем новом Chevrolet при пуске двигателя отключается и радио, и видеорегистратор… не порядок это.
Так что история эта может ещё получит продолжение, ведь теперь хочется сделать всё ещё лучше.
Суперконденсаторы: что это, зачем и где применяется
Энергетика — крайне интересная сфера, которая развивается бурными темпами много лет подряд. На Хабре публикуются самые разные статьи об альтернативных источниках энергии, аккумуляторных батареях от Маска, электромобилях и т.п.
Но есть одна тема, которая затрагивается не так уж и часто. Речь идет о суперконденсаторах. Им как раз посвящена эта статья, в ней раскрывается суть суперконденсатора, сферы применения, плюс описываются кейсы из разных отраслей — промышленности, транспорта и т.п., где используются эти системы.
Суперконденсатор, что ты такое?
Все мы знаем, что такое аккумулятор — это источник постоянной мощности, ограниченный током разряда. Батареи бывают большие и маленькие, применяются они крайне широко — от транспорта до игрушек.
Но эта статья посвящена суперконденсаторам, так что пришло время рассказать о них. Так вот, любой суперконденсатор — это источник не постоянной, а импульсной мощности. Она ограничена лишь эквивалентным внутренним сопротивлением, которое позволяет элементу работать, фактически, на токах короткого замыкания.
Но при этом, в отличие от аккумулятора, это источник кратковременных, хотя и мощных импульсов энергии. Соответственно, и используются суперконденсаторы там, где нужна большая мощность на небольшой срок.
Суперконденсаторы называют еще ионисторами. Эти элементы состоят обычно из двух погруженных в электролит электродов и сепаратора. Последний нужен для того, чтобы не допустить перемещение заряда между двумя электродами с противоположной полярностью.
У суперконденсаторов два положительных свойства — высокая мощность и низкое внутренне сопротивление, чем они и отличаются от конденсаторов и аккумуляторных батарей. Чаще всего материал электрода суперконденсаторов — активный углерод, у которого две важные особенности, включая очень большую площадь поверхности и небольшое расстояние между разделенными зарядами.
Еще один положительный момент — длительный срок хранения и продолжительный срок службы суперконденсаторов. Все это — благодаря особенностям накопления энергии. Так, суперконденсаторы работают за счет разделения зарядов. Этот процесс легко обратим, так что отдавать энергию суперконденсаторы могут действительно быстро.
Теперь немного об определении характеристик суперконденсаторов. В отличие от аккумуляторов, где основная характеристика — это емкость, измеряемая в Ампер-часах, у суперконденсаторов это Фарад. Вот формула, которая позволяет определить энергию суперконденсатора:
Энергия (Дж) = 1/2*Емкость (Ф) * Напряжение в квадрате (В)
Есть несколько видов суперконденсаторов:
Во втором — система включает два твердых электрода и базируется на двух механизмах сохранения энергии. Это фарадеевские процессы и электростатическое взаимодействие.
Третий вариант — переходный между конденсаторами и аккумуляторами. Электроды здесь выполнены из разных материалов, а накопление заряда осуществляется благодаря разным механизмам.
Где могут использоваться суперконденсаторы?
Вполне логичный ответ — в отраслях, где нужно отдавать энергию быстро и в большом объеме. В частности, это может быть:
Примеры
Их можно привести большое количество, но разумно будет ограничиться тремя наиболее показательными.
Частотно-регулируемый электропривод. Здесь суперконденсаторы нужны при просадках напряжения и кратковременном, не более 10 секунд, блэкауте. Такие приводы используются на участках непрерывного технологического цикла на производственных объектах. Кроме того, суперконденсаторы стоит использовать на предприятии и в системах, которые снабжают объект газом, водой, теплом и энергией, т.п. на компрессорных станциях, в котельных, насосных станциях и т.п.
Источник бесперебойного питания. В этом случае суперконденсаторы дают возможность компенсировать провалы напряжения, которые приводят к проблемам с непрерывностью технологических процессов. Здесь речь идет о крупных объектах, включая промышленность и разного рода инфраструктуру — например, транспортную.
Суперконденсаторы, в частности, используются на заводе Skoda в Чехии, а именно — роботизированном цехе по покраске корпусов автомобилей. Если процесс окрашивания по какой-либо причине остановится, потом корпус придется возвращать в начало цикла.
Регулирование выходной мощности турбин ветрогенераторов. Большая проблема альтернативной энергетики — сложность поддержания выходной мощности турбин на одном уровне. Чем выше скорость ветра и сам он мощнее, тем больше вырабатывается энергии. Чем ниже, соответственно — тем энергии меньше. В итоге выходная мощность турбин может меняться, и очень значительно.
В этом случае суперконденсатор может помочь, причем сразу несколькими способами:
Производят ли суперконденсаторы в России?
Да, на Хабре еще несколько лет назад публиковалась новость о том, что в НИТУ «МИСис» разработала технологию, которая открыла возможность отечественной компании запустить производство суперконденсаторов.
Так, в 2017 году компания ТЭЭМП запустила в г. Химки производство высокоэффективных суперконденсаторов и модулей на их основе. При этом все это — чисто российские разработки. ТЭЭМП, к слову, производит плоские единичные элементы в ламинированном корпусе, который может использоваться в химических источниках тока с органическими электролитами: суперконденсаторах, литий-ионных аккумуляторах, металло-воздушных источниках тока.
При этом, ТЭЭМП производит ячейки собственной запатентованной конструкции – призматическая ячейка с токосъемом по всей ее поверхности. И сделано это не для того, чтобы показать свою уникальность, а чисто с практической точки зрения – распределенный по всей поверхности токосъем обеспечивает равномерность тепловых полей, тем самым замедляя процесс деградации и продлевая срок службы суперконденсатора.
В сухом остатке
В качестве вывода можно подвести итоги, указав преимущества и недостатки суперконденсаторов. Некоторые из них упоминались выше, но сейчас стоит перечислить все это отдельно.
Суперконденсаторы
Парни ну простите. Времени писать писюльки как у блогеров нет от слова вообще.
Но есть новости о которых я ванговал еще год назад — уже даже УАЗ начал немного думать.
Вот их посыл:
Популярные бюджетные вседорожники УАЗ будут серийно оснащаться суперконденсаторами. Об этом сообщает производитель устройств, холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех.
Контракт на поставку суперконденсаторных модулей ульяновскому автозаводу уже подтверждён. Данные устройства обеспечат гарантированный запуск двигателя при экстремально низких температурах до −50° C. Суперконденсаторы снизят нагрузку на штатный аккумулятор и будут особенно полезны автовладельцам, эксплуатирующим технику в северных широтах, в том числе за полярным кругом.
«Жигуль», «Тойоту» и «Ауди» предали сибирской земле, но автохлам выжил.
Производитель суперконденсаторов уверяет, что устройства прослужат не менее 12 лет и обеспечат запуск мотора даже при полностью разряженной штатной электрохимической батарее. Они почти мгновенно отдают электроэнергию и не боятся перепадов температур. Серийное производство суперконденсаторов организовано на базе ИМЦ Концерна «Вега» (входит в холдинг «Росэлектроника»).
«Если раньше для запуска двигателя внутреннего сгорания при разряженном штатном аккумуляторе или неблагоприятных погодных условиях требовались усилия и изобретательность, то сегодня проблему можно решить с помощью установки суперконденсатора. Такие устройства обеспечивают импульсное выделение энергии за короткий промежуток времени — от 0,1 с до 10 с. Супеконденсаторные модули применяются не только в электрических системах автомобилей, но также в строительной и железнодорожной технике, комплексах связи, системах жизнеобеспечения медицинских учреждений», — пояснил генеральный директор АО «ИМЦ Концерна «Вега» Александр Кулиш. quto.ru/journal/news/83945/
Другое дело что они на самом деле туда поставят, стоимость и качество может ой как сильно различаться. Например снятые кондрёры с японских иномарок (на авито уже начали продавать и знакомые парни скупили штук 10 по 5тысяч рублей на крузаки) я смело поставлю себе в тачку, а вот с уаза… Пример из видео барыжат за адовые 40тр, в то время как они же у китайцев по десятке.
Выводы вкратце простым языком —
1 в машине musthave (должно иметь)
2 такие лютые как у меня излишне, в помощь акуму достаточно 100F (3-6тр)
3 запустить мотор от повербанка для зарядки телефона за 15-20 минут легко (от 100F еще легче)
4 заряжаются за секунды, НО для уменьшения нагрузки на генератор, я растяну это время на минуту — две.
5 заряд держат, через два месяца отключенные от авто, легко завели, и по сделанному мной спецвольтметру, было видно что разряда ждать еще очень очень долго, поэтому и прекратил эксперимент.
6 акумулятор будет жить в разы дольше и покупка простых 100-300F кондеров окупится за два три года
7 у меня они будут работать только на стартер, и акум в этом участвовать не будет вообще. Тут каждый сам решает как подключать.
Несколько случайных фоток.
Спец вольтметр — зелененький граница когда стартеру хватает для запуска. Желтый — «Последний шанс». Красный — перезаряд. Настраивался по реальному крузаку.
Эксперимент по запуску крузака от телефонной зарядки с разряженными кондерами и без акума вааще
Питание электромобилей. За суперконденсаторами будущее?
В качестве источника хранения энергии для питания электромобилей сейчас в основном рассматривают литий-ионные аккумуляторные батареи. Первый аккумулятор данного типа изготовили в 1991 году. Основная характеристика, которая используется для оценки аккумуляторной батареи – удельная энергоемкость. Для литий-ионных аккумуляторов она около 250 Вт*ч/кг. Это означает, что в течение часа такой аккумулятор массой 1 килограмм может питать, например, электродвигатель мощностью 250 Ватт.
Если мощность электродвигателя легкового автомобиля будет 55 килоВатт (приблизительно 75 лошадиных сил), тогда для обеспечения 1 часа движения потребуется аккумулятор массой, равной 55.000/250 = 220 кг.
По сравнению с массой легкового автомобиля это не настолько много, но это только 1 час пробега, за который автомобиль проедет в среднем 60 километров пути. Если решать задачу увеличения пробега «в лоб», то необходимо по-тупому пропорционально увеличивать массу. А это, прежде всего, увеличение стоимости. Поэтому в электромобилях применяют различные электросберегающие технологии, например, во время торможения энергия возвращается в аккумуляторную батарею.
Недостатки литий-ионных аккумуляторных батарей
Что есть суперконденсатор?
Обычный конденсатор представляет собой две пластины проводника, разделенные тонким слоем диэлектрика. Конденсатор предназначен для накапливания заряда, то есть электрической энергии. Основная характеристика конденсатора – емкость. Она прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Единица емкости конденсатора – 1 Фарада. Не вдаваясь в физические тонкости, произвести конденсатор такой огромной (по физическим размерам) емкости до последнего времени было трудным и бесполезным занятием. Конденсатор емкостью 1 Фарада мог занимать место приблизительно, как тумбочка. Если пересчитать емкость в Ватт-часы:
Получится 0,5*1*3*3/3600 = 0,00125 Вт*час
То есть на такой «тумбочке» электромобиль и тронуться с места не сможет.
В начале 60-х Роберт Райтмайер запатентовал модель суперконденсатора. Вместо обычных пластин он предложил делать пористые пластины, у которых площадь на пару порядков больше. А сблизить площади этих неровных пластин он предложил с помощью электролита. Чтобы через электролит не протекал ток, пластины должны иметь разную проводимость: ионную и электронную. Потом эту технологию перекупила японская компания NEC. Практически реализовать такую технологию в полном качестве удалось только с приходом нанотехнологий. Сейчас, например, для покрытия пластин используют материал графен. Пару граммов этого вещества способны покрыть футбольное поле.
Таким образом, «тумбочка» стала размером «с ноготок».
На рисунке приведен конденсатор емкостью 10 Фарад. Конденсатор побольше выглядит солиднее. По размерам он, как граненый стакан.
Преимущества суперконденсаторов
Так чем же эти «банки» лучше привычных литий-ионных аккумуляторных батарей.
Какие электромобили можно производить, используя суперконденсатор
Помимо «хороших» свойств суперконденсаторов, есть и «плохие», которые не дают его применять, где попало, прежде всего:
Говоря человеческим языком, масса конденсаторов значительно выше, их требуется подключать в схему последовательно, что уменьшает емкость дополнительно, увеличивает стоимость. Кроме этого, необходимы специальные схемы стабилизации питания и распределения напряжения.
Для примера, размер суперконденсатора для питания смартфона должен быть не менее пресловутого граненого стакана. Не представляется электромобиль с суперконденсаторным «туалетом» на борту. Зато такой «туалет» легко можно спрятать в грузовой машине или электротранспорте. Я не случайно привел такое сравнение. Внешний вид и размеры суперконденсаторной батареи что-то напоминают.
Масса такой батареи около 1300 килограммов.
Зарядное устройство, устанавливаемое на конечной остановке, не меньше.
Такие электробусы сейчас стали привычным транспортным средством в Минске. По характеру движения они напоминают троллейбус, немного дергаются во время старта и торможения. Это не случайно: при торможении они возвращают в батарею до 30-ти процентов энергии.
Длина маршрута этого 59-го маршрута в Минске около 12-ти километров, он подзаряжается после каждой поездки из одной конечной остановки в другую. Зарядные устройства находятся на конечных остановках. Длится заряд около 3-х минут. Водитель в это время отдыхает. Суперконденсаторные батареи производится под Минском, электробусы – в Минске. Такая небольшая длина пути до подзарядки пока адаптивна только к электротранспорту или, например, к производственным большегрузным машинам. Очень полезно, что суперконденсаторы могут «рвануть» с места груженый транспорт, быстро заряжаются при торможении. Обычный аккумулятор не способен это сделать.
Преимущество быстрого заряда существенно. Представьте, когда ночью в депо стоит куча электробусов на зарядке. Каждому подай по зарядному устройству. Суперконденсаторы утром по-быстрому зарядил – и в путь. Суперконденсаторы отлично пойдут для питания городских микроавтомобилей с небольшим дневным пробегом.
Какие перспективы, за чем будущее?
Я думаю, что будущее за соединением технологий. Это будут или аккумуляторные конденсаторы, или конденсаторные аккумуляторы. Сейчас такие технологии уже используются, например, пластины аккумуляторов покрывают графеном. Обязательно последует развитие технологий, уменьшение массы, увеличение рабочего напряжения, совершенствование элементов защиты. Поживем – увидим. То, что суперконденсаторы будут стоять в электромобилях, очевидный факт.
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.