Конденсатор для запуска двигателя автомобиля: Система гарантированного запуска на суперконденсаторах

Система гарантированного запуска на суперконденсаторах

С помощью такой системы запуск двигателя происходит еще быстрее и комфортнее. Теперь не нужно лезть с джамп стартером под капот и накидывать провода на клеммы, пачкая руки и теряя драгоценное время. Помимо более мощного запуска в бустерном режиме (с повышенным напряжением), система также поддерживает и буферный режим (постоянное параллельное соединение ионисторов и АКБ). Этот режим позволяет продлить срок службы АКБ в 2-4 раза, минимизировать колебания напряжения бортсети и уровень помех в ней, а также повысить качество звучания автомобильной аудиосистемы. В обзоре я расскажу об изготовлении и опыте эксплуатации такой системы гарантированного запуска, построенной на базе ранее описанного суперконденсаторного джамп стартера.

После того как я сделал суперконденсаторный джамп стартер и положил его в багажное отделение, он превратился, по сути, в редко используемый дополнительный аксессуар из «аварийного набора автомобилиста», наряду с тросом, запаской и саперной лопаткой.

Но у связки АКБ+суперконденсатор есть и другие достоинства (например, те что дает буферный режим), которые при таком пассивном сценарии остаются неиспользованными.

Попробуем извлечь для своего автомобиля максимум пользы и удобства из того, что может дать стационарное подключение ионисторов к бортсети. Сам принцип работы системы гарантированного запуска очень простой – это подключение заряженных до 16 вольт ионисторов к АКБ непосредственно перед запуском двигателя. Такое подключение выполняется из салона, нажатием кнопки, нет необходимости выходить из машины и открывать капот. Напряжение на конденсаторах и АКБ контролируется с помощью блока управления, установленного в салоне. Этот же блок выполняет и зарядку конденсаторов.

Вначале я опишу изготовление такой системы. Дополнительную информацию (схемы подключения ионисторов, в чем разница между буферным и бустерным режимами, за счет чего улучшается срок службы АКБ, параметры бортсети и качество звучания автомобильной акустики) можно посмотреть под спойлером в конце обзора.

Изготовление блока управления

Это первый компонент системы, который я решил сделать. Требования к нему у меня были следующие. Он должен находиться в салоне, на виду у водителя, показывать состояние и напряжение суперконденсаторного модуля, а также обеспечивать включение и выключение режима зарядки модуля. С эстетической точки зрения, блок также должен гармонировать с интерьером салона, а не выглядеть как вырвиглазный пример лютого агротюнинга) Что у меня в итоге получилось, наверно сразу понятно из заглавного фото к обзору.

Наиболее органично было бы сделать управление в виде штатных кнопок на центральной консоли. У меня все места под кнопки на торпеде уже используются и ставить дополнительные кнопки просто некуда. Поэтому я решил использовать когда-то купленную накладку тоннеля КПП под две дополнительные кнопки. Поскольку кнопок две, было задумано поставить в каждую из них по вольтметру, которые бы показывали напряжение на АКБ и на ионисторах. Купил 2 вольтметра минимального размера 0.

28” 0-30V https://aliexpress.com/item/item/32843520253.html и в оффлайне купил пару штатных кнопок для переделки. Но встроить вольтметры в кнопки не получилось, они (точнее, их платы) оказались слишком крупными((( Я упоминаю вариант со штатными кнопками потому, что он вполне рабочий и будет выглядеть в салоне пожалуй наиболее гармонично. Но для моей модели авто он, к сожалению, не подошел из-за недостаточных размеров штатных кнопок.

Тогда будем делать блок управления с использованием дискретных клавишных переключателей (10A/12V DC, 16(10)A/250V AC), купленных в оффлайне. Отрезаем от накладки все лишнее:

Отпаиваем от вольтметров провода и соединяем их торцами с помощью автоскотча 3М. Снимаем накладку с панельного вольтамперметра и убираем все лишнее. Вырезаем из пластика защитное стекло и готовим к наклейке в накладку. Стык между вольтметрами зачерняем маркером:

Вклеиваем стекло и вольтметры. Торцы вольтметров зачерняем маркером:

Блок управления почти готов. На общей схеме всей системы он справа и выделен пунктиром:

Для удобства понимания я также перерисовал и добавил сюда схему суперконденсаторного модуля из прошлого обзора.

Припаиваем провода и понижающий DC/DC преобразователь https://aliexpress.com/item/item/32988783084.html для питания вольтметров. Зачем он нужен? По двум причинам. Хотя в вольтметрах стоит линейный стабилизатор питания, при напряжении выше 15 вольт он перегревается, что снижает точность показаний и сокращает срок службы вольтметров. Производитель рекомендует напряжение питания 5-15V. При работе стартера напряжение в бортсети может просесть до 8-9 вольт. Для работы понижайки нужна минимальная разница в несколько вольт между входным и выходным напряжением. Поэтому на понижайке я выставил 5 вольт. Вторая причина в том, что напряжение на ионисторах может быть меньше 5 вольт или вообще нулевым при полном разряде. В этом случае вольтметр без понижайки (т.е. с питанием от измеряемой цепи) работать не сможет.

Наклеиваем понижающий DC/DC преобразователь на боковую сторону переключателя с помощью автоскотча 3М. Клавишные переключатели подключаем автоклеммами, а соединения проводов обжимаем наконечниками НШВИ:

В местном автомагазине покупаю 5-контактную колодку в сборе и реле. Подключаю колодку, соединения проводов изолирую термоусадкой:

Блок управления готов:

Проверим точность показаний вольтметров. Производителем заявлен диапазон измерений 0.00-9.99-10.0-30.0V и точность для данного диапазона 0.2%(±2).

Результаты проверки меня полностью удовлетворили.

Изготовление корпуса под суперконденсаторный модуль, подключение силового и защитного реле

При заряде модуля от АКБ его выход нужно отключать от АКБ, иначе встроенный в модуль преобразователь может выйти из строя. Для отключения служит силовое реле DC12V 120A https://aliexpress.com/item/item/32812824781.html Второе реле обеспечивает дополнительную защиту, исключающую заряд модуля при возможном залипании контактов силового реле.

Готовим провода и наконечники для подключения. Силовые провода ПуГВ (ПВ3) сечением 10 мм². Параллельно катушкам реле ставим диоды в обратном направлении, для защиты от бросков напряжения при размыкании контактов. Изготавливаем короткий силовой кабель для подключения к выходу модуля. Делаем остальные коммутации под крышкой реле:

Делаем корпус под суперконденсаторный модуль и реле из подходящей пластиковой коробки. Лишние перегородки удаляем, недостающий вырез добавляем. Мелкое реле наклеиваем на большое с помощью того же самого автоскотча 3М. Фиксируем реле в отсеке вставками из вспененного полиэтилена. При установке в салон задвигаем эту коробку под водительское сиденье. Под капотом размещать нежелательно, ионисторы деградируют от жары, да и места у меня там нет.

Установка в автомобиль

Протягиваем силовые провода из салона под капот к АКБ через доступное технологическое отверстие в моторном отсеке. На плюсовой провод, на всем его протяжении, надеваем разрезную гофру. Обжимаем провода наконечниками под болт, усаживаем и прикручиваем к клеммам АКБ. В салоне под панелью монтируем размыкатель/автоматический предохранитель aliexpress.com/item/32797342228.html.


До и после.

Снимаем чехол рычага переключения передач и в боковой стенке тоннеля КПП сверлим отверстие для разъема блока управления. Подключаем суперконденсаторный модуль и реле к силовой проводке и к блоку управления. Кабели блока управления также прячем в разрезную гофру. Закрепляем кабель в отсеке рычага переключения передач и надеваем чехол обратно.

На этом установка системы завершена!

Запуск автомобиля с разряженной АКБ, который самостоятельно не заводится

Попробуем проверить, как система гарантированного запуска справится с самой, пожалуй, типичной проблемой – зима, в машине забыли что-то выключить и ушли, а на следующий день АКБ разрядилась, и автомобиль не заводится.

Для этого теста я оставил машину на ночь с включенными габаритами.

Перед этим АКБ была почти полностью заряжена. Также я зарядил ионисторы до 16 вольт и отключил от АКБ перед тем как включить габариты. Ночью температура опускалась до минус 10. На следующий день АКБ разрядилась до 11.2 вольт, а ионисторы до 13.9 вольт. Температура двигателя на момент запуска была минус 7 градусов.

Опыт эксплуатации

Система была изготовлена и установлена на автомобиль несколько месяцев назад, осенью 2019 г. Работала и работает сейчас в буферном режиме. По сравнению со штатным режимом (без ионисторов), прокрутка и запуск двигателя происходит легче и быстрее. На авто стоит старая АКБ, сильно уставшая от прошлых разрядок в ноль из-за утечек. Менять ее на новую не собираюсь, надо же как-то отбивать расходы на систему гарантированного запуска). Из-за необычно мягкой зимы в наших краях всегда завожусь без проблем и в буферном режиме.

Бустерный режим был успешно протестирован на холодном запуске с разряженной до 11.2 вольт АКБ при температуре ДВС минус 7 градусов. Насчет улучшения качества звука. Аудиосистема в машине стоит самая обычная, JVC KW-V12 (50 Вт х 4) + колонки JBL CS760C, отдельного усилителя и сабвуфера нет. На малой и средней громкости какой-либо разницы в качестве звука я не заметил. А на максимальной громкости напряжение в бортсети изменяется не так сильно и звучание басов стало в целом лучше.

Результат проекта

Система гарантированного запуска на суперконденсаторах (ионисторах)

Система состоит из суперконденсаторного модуля, блока управления с индикацией напряжения на АКБ и суперконденсаторах, блока коммутации и защитного отключения.

Система поддерживает три режима работы:
Буферный режим: суперконденсаторный модуль постоянно подключен к АКБ. Напряжение на АКБ и суперконденсаторном модуле – одинаково.
Бустерный режим (режим джамп стартера): Выход модуля отключается от АКБ, происходит заряд суперконденсаторов до напряжения 16 вольт от АКБ через повышающий преобразователь, затем выход модуля обратно подключается к АКБ и осуществляется запуск двигателя напряжением примерно 15 вольт.
Штатный режим работы АКБ: суперконденсаторный модуль отключен от АКБ.

Характеристики

Суперконденсаторный модуль — обзор;
— номинальное выходное напряжение 16 вольт;
— емкость 95 фарад;
— энергия 12,2 килоджоулей;
— заряд до 16 вольт от любого источника постоянного тока напряжением 7-35 вольт;
— индикация выходного напряжения;
— активное охлаждение встроенного step up / step down преобразователя и силовых ключей платы балансировки.

Блок управления

Обеспечивает заряд суперконденсаторного модуля в режиме джамп стартера, а также контроль напряжения на АКБ и суперконденсаторном модуле в любых режимах работы системы.

Блок коммутации и защитного отключения

Автоматическое отключение выхода суперконденсаторного модуля от АКБ при начале заряда в режиме джамп стартера. Ручное подключение/отключение от АКБ и аварийное отключение через автоматический размыкатель.

Возможности

— Гарантированный запуск автомобиля с бензиновым двигателем 1.6 л и стартером 1.4 КВт с разряженным (≥7.1 В) аккумулятором. Запуск более мощных автомобилей также возможен, но на практике не проверялся.
— Использование буферного режима работы системы облегчает запуск двигателя, позволяет продлить срок службы АКБ в 2-4 раза, минимизирует колебания напряжения бортсети и уровень помех в ней, а также повышает качество звучания автомобильной аудиосистемы.
— Система не требует никакого обслуживания.
— Морозоустойчивость.
— Безопасность при хранении и эксплуатации.
— Суперконденсаторы, на базе которых построена система, могут храниться в машине полностью разряженными и заряжаются от нуля до рабочего напряжения за несколько минут — даже от полностью разряженной (с напряжением 10,5 В согласно методике ГОСТ Р 53165–2008) АКБ.
— Суперконденсаторный модуль, входящий в систему, выполнен в виде автономного легкосъемного блока и может быть использован в качестве отдельного полнофункционального джамп стартера (обзор)

Спасибо за просмотр этого обзора! Буду рад, если какая-то информация окажется вам полезной.

Для тех, кто хочет большего

Какие бывают схемы подключения ионисторов к АКБ?

Буферная, бустерная, с повышающим преобразователем и без него, «островная архитектура» — когда суперконденсаторный модуль подключен только к стартеру и АКБ в запуске вообще не участвует, а также разные комбинации из вышеперечисленного. В своей системе я решил реализовать 2 режима подключения – буферный и бустерный с повышающим преобразователем.

В чем разница между буферным и бустерным режимами?

В буферном режиме суперконденсаторный модуль подключен к АКБ параллельно. Напряжение на АКБ и суперконденсаторном модуле одинаково и не может превышать максимальное штатное напряжение бортсети при запущенном двигателе и работающем генераторе, т.е. примерно 14.5 вольт.
Бустерный режим (от англ. boost -повышать напряжение) позволяет поднять напряжение бортсети примерно до 15 вольт при незапущенном двигателе и неработающем генераторе.

Зачем нужен бустерный режим?

Бустерный режим увеличивает мощность отдаваемую в стартер.
Чем выше напряжение при запуске, тем больше мощность, передаваемая стартеру (в ваттах, Р=U*I). Именно мощность обеспечивает запуск двигателя. Чем она больше, тем быстрее двигатель запускается.
А также, чем выше напряжение, тем выше энергия, которую может моментально выдать конденсатор (в джоулях, E= СU²/2). Если перевести джоули в киловатт-секунды, мы увидим, какую мощность может обеспечить суперконденсаторный модуль за этот промежуток времени. Например, энергия моего модуля составляет 12,2 килоджоулей, что равно 12,2 киловатт-секундам. Это означает, что модуль может отдать стартеру 12,2 киловатта за одну секунду, или 6,1 киловатт за 2 секунды, или 2 киловатта за 6 секунд, и т.д. При паспортной мощности моего стартера 1,4 киловатт.
В бустерном режиме мощность и энергия — максимальные. Это позволяет гарантированно завести двигатель, если в буферном режиме он не смог завестись из-за слишком разряженной АКБ.

Почему использование суперконденсаторов позволяет продлить срок службы АКБ?

Суперконденсаторы способны мгновенно принимать и выдавать высокую мощность на импульсные потребители типа стартера, снижая тем самым нагрузку на АКБ:

Источник: www.titanps.ru/files/sovmestnaja-rabota-akb-i-sk-titan.pdf

Насколько суперконденсаторы способны стабилизировать напряжение бортовой сети и снизить помехи в ней?

В дополнение к графику выше, можно посмотреть такие результаты тестов, проведенные Robert Zeff, известным разработчиком автомобильных усилителей и аудиосистем:


В этом тесте усилитель воспроизводит импульсный сигнал, длительность пачки импульсов составляет 300 миллисекунд. Видно, что просадка напряжения с конденсатором вдвое меньше.

При работе генератора подключение конденсатора также заметно снижает колебания напряжения и уровень помех:

Источник: kipelectronick.narod.ru/audio/audio.list/avto_zvuk/super_conder. htm

Буферное подключение суперконденсаторов поможет также избавиться от таких сетевых помех, как щелчки в динамиках при включении вентиляторов, реле и другого автомобильного электрооборудования.

Каким образом суперконденсаторы способны повысить качество звучания автомобильной аудиосистемы?

Известный у нас разработчик автомобильных аудиосистем, неоднократный призёр соревнований по автозвуку, преподаватель основ акустики и аудиотехники в МТУСИ (Московский технический университет связи и информатики), автор энциклопедии автозвука «Концертный зал на колёсах» А. И. Шихатов (aka Железный Шихман) сделал такое заключение по этому вопросу:

Буферные конденсаторы вряд ли окажут существенную помощь участникам SPL-состязаний, хотя и стабилизируют напряжение питания головных устройств и сигнальных процессоров. Однако они расширяют возможности батареи и обеспечивают неискаженную передачу импульсных сигналов, снижают коэффициент гармоник на низких частотах и будут весьма полезны поклонникам чистого звучания.

Конденсатор вместо аккумулятора в авто: можно ли заменить?

Производители вполне серьезно рассматривают замену аккумулятора суперконденсатором или двойным электрохимическим ионистером.  Вопрос прорабатывается инженерами и даже когда-то применялся в практических целях. Сейчас использование такого устройства ограничено в областях применения техническим прогрессом. Так можно ли заменить АКБ автомобиля конденсатором? При каких условиях? На это и многое другое дадим ответы в нашей статье.

Плюсы и минусы конденсатора по сравнению с аккумулятором

АКБ и конденсатор — это устройства, которые накапливают электричество от генератора тока, отдают при необходимости, например, для запуска автомобиля. Каковы же достоинства, недостатки конденсатора по сравнению с аккумулятором?

Плюсы использования:

  1. Ионистер отдает пиковый ток практически мгновенно.
  2. Заряжается суперконденсатор буквально за секунды. Недаром NASA использует их в космическом пространстве.
  3. Безопаснее жидкостного аккумулятора. В отличие от литиевых, свинцовых батарей, заряд накапливается на твердом теле.
  4. Надежно и долговечно. Конденсаторы позволяют производить до миллиона перезарядок. Вместо 1—2 тысяч у электрохимических батарейных АКБ.
  5. Эффективность отдачи энергии 98 %.
  6. Ионистеры устойчивы к экстремально низким или высоким температурам, механическим повреждениям.

Недостатки в сравнении с АКБ:

  1. Большой коммерческий суперконденсатор накапливает лишь 20 % от энергии АКБ похожего размера.
  2. Малая плотность энергии на единицу массы.
  3. Низкая автономность без внешнего питания.
  4. Высокая скорость саморазряда.
  5. Самый мощный ионистер не сможет питать бортовую сеть даже в течение нескольких минут.

Видимо, пока конденсатор может применяться лишь для запуска двигателя, но не для длительной работы в сети автомобиля.

Почему конденсатор редко используют вместо аккумулятора

Есть одно серьезное препятствие на пути использования этого средства запуска. Конденсаторы «не держат заряд».

У аккумулятора и конденсатора изначально разные цели использования. АКБ должен как можно более длительное время не разряжаться, выдавая энергию по частям. Если по какой-то причине генератор выйдет из строя, то аккумулятор позволит проехать машине около получаса. То есть она гарантированно доберется до дома или СТО. С ионистерами этот фокус не пройдет.

Разряд конденсатора будет постоянным из-за утечек, работы элементов бортовой сети даже при ожидании.

Величина напряжения у аккумулятора практически неизменна при полностью заряженном и полуразряженном состоянии. Кондер меняет напряжение от силы заряда. Иногда в очень широких пределах, что вредно для бортовой электроники.

Как заменить

Заменить АКБ как стартовое устройство, реально. Берем суперконденсаторы БУ Maxwell 1200F. Сборка из 6 штук по 200 фарад каждый, 2,7 вольт на один конденсатор.

Общий вольтаж системы — 16,2 вольт.

Технические характеристики:

  1. Срок службы около от 10 лет гарантированно.
  2. Миллион циклов перезарядки.
  3. Ток максимальный — 930 А.
  4. Температура работы от -45 до +65 градусов.

За сутки напряжение на заряженном устройстве снижается с 14,7 вольт до 12,3 вольт. Потом разряжается все медленнее и через 6 месяцев остается 9 вольт.

При установке на Хонду Фит одного такого устройства без аккумулятора, заряженного до 14,5 вольт, конденсатора хватает на 3 ч. После этого напряжение падает до 11,5 единиц. Если установить автозапуск по падению напряжения, автомобиль автоматически запустится и генератор зарядит конденсатор.

Гибридная связка менее мощного аккумулятора с конденсаторной сборкой будет крутить стартер бодрее при низких температурах.

Использование суперконденсаторов позволит запустить машину даже с «дохлым» АКБ. Поддержание заряда суперконденсаторов не требует мощного аккумулятора. Если кондеры подключить параллельно с АКБ автомобиля, то срок службы аккумулятора возрастет многократно. Токовый удар сгладится.

Комбинация суперконденсатора и аккумулятора улучшает пусковые характеристики автомобиля

1. Улучшение электрических характеристик суперконденсаторов

По сравнению с пуском, когда суперконденсатор подключен параллельно аккумулятору, мгновенное падение напряжения при пуске увеличено с 3,2 V до 7,2 В, когда используется только батарея; пусковой ток увеличен с 560А до 1200А; мгновенная выходная мощность увеличена с 2кВт до 8,7кВт; постоянное напряжение в процессе пуска увеличено с 7В до 9В.4В; установившийся ток в процессе пуска увеличен с 280А до 440А; постоянная выходная мощность источника питания в процессе пуска увеличена с 2,44 кВт до 4,12 кВт.

2. Улучшить пусковые характеристики суперконденсаторов

Параллельное применение суперконденсаторов и аккумуляторов может улучшить пусковые характеристики локомотивов. Параллельные суперконденсаторы (450F/16,2В) с аккумуляторами 12В, 45Ач для запуска автомобиля с 1,9-литровым дизелем будут плавно запускаться при 10℃, хотя в этом случае, когда суперконденсатор не подключен, аккумулятор тоже можно запустился, но скорость и производительность запуска двигателя при подключении суперконденсатора параллельно аккумулятору очень хорошие.

В связи с увеличением выходной мощности блока питания начальная скорость увеличена с 300 об/мин при использовании только аккумулятора до 450 об/мин; особенно для улучшения пусковых характеристик автомобиля в холодную погоду (более высокий пусковой крутящий момент) очень важен суперконденсатор, при -20 ℃, поскольку производительность аккумулятора сильно снижается, вполне вероятно, что он не может нормально запускаться или требует несколько пусков удаются, а когда суперконденсатор подключен параллельно аккумулятору, требуется только одно зажигание.

3. Улучшите состояние батареи с помощью суперконденсатора

Когда промышленный суперконденсатор подключен параллельно батарее, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) суперконденсатора намного ниже, чем внутреннее сопротивление батареи. Поэтому 800А из 1200А пускового тока в момент пуска обеспечивает суперконденсатор, а аккумулятор обеспечивает только 400А.

Это значительно ниже, чем у 560A, который использует только батарею, что эффективно уменьшает поляризацию пластины батареи, предотвращает увеличение внутреннего сопротивления батареи и улучшает стабильное напряжение в процессе запуска. Самое главное — это уменьшение поляризации пластин аккумулятора, что не только способствует продлению срока службы аккумулятора, но и исключает влияние частых пусков на срок службы аккумулятора.

JINZHOU KAIMEI POWER CO.,LTD является профессиональным производителем суперконденсаторов. Для получения дополнительной информации посетите наш веб-сайт по адресу http://www. kamcappower.com.

Новости

  • Новости компании

  • Новости отрасли

Продукты

  • Серия монет

  • Тип обмотки Суперконденсатор