Конденсатор в помощь аккумулятору авто. Каким образом применяют суперконденсаторы в гибридных автомобилях

Можно ли на транспорте применять конденсаторы, вместо капризных, недолговечных и требующих ухода аккумуляторов? Оказывается можно, и приемуществ у конденсатора перед аккумуляторной батареей достаточно, что бы отказаться от батарей, и если не полностью, то хотя бы дополнить ёмкость аккумулятора, сильно снижающуюся на морозе, ёмкостью конденсатора. О преимуществах и недостатках обоих источников электроэнергии, мы и поговорим в этой статье.

Всего несколько лет назад, конденсаторы в одну или две фарады ёмкости, считались экзотикой и их показывали только на выставках богатых меломанов. Сейчас эти конденсаторы можно купить в любом ларьке автоакустики, а конденсаторы ещё большей ёмкости, не сложно найти в специализированных магазинах, продающих сверхмощные Hi-Fi аудиосистемы (о музыке на автомобиле или мотоцикле ).

А что мне особенно радостно, так это то, что в настоящее время российская промышленность, всё таки опередив на несколько лет как восточных, так и западных производителей, освоила мелкосерийный выпуск супер конденсаторов новейшего типа, ёмкость которых составляет десятки тысяч фарад!

Немного теории.

Как известно, конденсатор состоит из разделённых зарядов — положительных, на одном пластинчатом электроде и отрицательных зарядов на другом. Сильно не вдаваясь в подробности, лишь отмечу, что энергия (ёмкость) которую способен взять конденсатор, напрямую зависит от площади пластин электродов, а так же от расстояния между ними. И чем больше эта площадь и меньше расстояние между пластинами, тем благоприятнее для накопления большего заряда.

Из этого следует, что увеличивая первое условие, и уменьшая второе, успеха в этом деле можно добиться. Но это на словах так просто. А как всё на деле? В новейших конденсаторах, для изготовления отрицательного электрода используется углеродный пористый материал, и вот в нём то и весь прикол. Благодаря этому материалу, у казалось бы обычной плоской пластины, благодаря её пористой структуре — как бы появляется второе измерение (увеличивается площадь пластин). От этого, площадь накопления зарядов существенно возрастает!

Увеличения площади пластин добились, осталось поработать с расстоянием. Новое название новейших супер конденсаторов — это конденсаторы с двойным электрическим слоем. Их особенность в том, что электроэнергия аккумулируется в особой области, то есть на границе раздела электролита и твёрдого тела. От этого расстояние между областью положения отрицательных и положительных зарядов, намного сокращается, аж на 2-3 порядка!

Из всего вышесказанного, можно наконец то сказать, что пора этим супер ёмкостям занять место под капотом машины, а в качестве чего? Есть несколько вариантов, но рассмотрим наиболее реальные.

Использование конденсатора в качестве основного источника электроэнергии для двигателя (электротяги).

Электробус Лужок ездит довольно быстро. Снизу виден выходящий дымок от бензинового отопителя салона.

Совсем недавно, и аккумуляторы для электро-автомобилей никто всерьёз не воспринимал. Но электрокары уже начинают заполонять мир, например в Лондоне уже работает электро-такси. Значит и конденсаторам путь предельно ясен, особенно если учесть их преимущества перед аккумулятором, но о преимуществах чуть позже. Скажу лишь, что «живой»пример, который ездит на электроэнергии от тяговых конденсаторов, можно увидеть на фото слева. Это экологически чистый автобус, а если быть точным — электробус под названием Лужок, который мелкой серией изготавливают в подмосковном городке Троицке (на заводе Эсма). Только вот для обогрева салона в мороз, приходится включать печку, которая работает на бензине, но это как говорится мелочи.

Электробус используется для перевозки туристов на небольшие расстояния (до 10 км), например по территории парков и заповедников, в которые введены жёсткие экологические ограничения. Первые коммерческие рейсы Лужок совершит по территории Московского ВВЦ. Одной зарядки конденсаторов хватает где то на 8-10 км. Затем 10-15 минутная зарядка и снова в путь (аккумуляторы пришлось бы заряжать минимум часов 20). К примеру, если ездить на работу, которая в мелких городах может находиться всего в пределах 5 — 10 км, то такой автомобиль был бы самое то, особенно для каждодневных поездок. Ведь цикл заряда и разряда конденсаторов, в отличии от аккумулятора, почти бесконечен. К тому же автомобиль не такой тяжёлый как автобус, а значит километраж на одной зарядке может увеличиться.

Кроме автобусов, предприятие выпускает немного «Газелей», несколько погрузчиков и электрокар, для перевозки грузов по территории завода. Основное отличие всей этой конденсаторной техники от аккумуляторной, это то, что её можно использовать круглосуточно, ведь их зарядка занимает считанные минуты. И хоть разряжаются они тоже быстро, зато срок службы конденсаторов превышает в десятки раз срок службы аккумуляторов.

Использование конденсатора в качестве помощника батарее, при пуске на морозе.

Использование в машинах конденсаторов нового типа в качестве тяговой силы, дело конечно полезное и интересное, но не самое актуальное. Куда более полезнее их использовать в качестве кратковременной электрической силы большой ёмкости, и в первую очередь для запуска мотора автомобиля. Этим уже пользуются инженеры военной техники, и испытания и усовершенствования постоянно проводятся на армейской технике. К примеру две здоровенные аккумуляторные батареи по 190 Ампер часов, при морозе в минус 45 градусов, способны совершить всего лишь одну пятнадцатисекундную прокрутку Камазовского стартера (и соответственно замёрзшего Камазовского двигателя). Но вот если подключить паралельно конденсатор ёмкостью всего 0,18 кФ, то стартер двигателя Камаза сделает уже несколько таких холодных прокруток! Разница налицо, особенно это полезно для техники, используемой в районах Крайнего Севера, например военная и строительная техника.

Конечно же водителям, которые живут в более тёплом климате, польза конденсаторов, не боящихся холода не так полезна. Но главное другое. Конденсаторам не опасна высокая плотность тока, и они выдерживают огромнейшее количество циклов заряд-разряд, да ещё и совсем не требуют обслуживания. Но самое главное это то, что конденсатор позволит повысить срок службы аккумулятора вдвое. Ведь когда аккумулятор один (особенно не новый), он считается непригодным, если плохо начинает справляться с пусковыми обязанностями, особенно в холодную погоду. А вот в паре с конденсатором, подключенным парраллельно, старая батарея будет служить до тех пор, пока тот способен её подзаряжать. И как я уже говорил, батарея превращается в долгожителя.

К тому же, в паре с коллегой конденсатором, ёмкость аккумуляторной батареи вашего автомобиля или мотоцикла, можно будет сократить вдвое. Легковой машине с двигателем в 1,5 — 1,8 кубиков, будет достаточно 25 Ач, а грузовому автомобилю хватит всего лишь 60 Ач. И можно уже будет не использовать батарею стартерного типа, которая рассчитана на высокие токи, а пользоваться обычной, которая как правило имеет в 2-3 раза больший срок службы. В итоге, комбинация аккумулятор плюс конденсатор, позволит значительно повысить срок службы этой пары. А что бы не менять на своей машине батарею лет 15, об этом мечтают многие, да и к этому сроку, люди как правило меняют машину на более свежую. Вот и выходит, что такой парочки (аккумулятор и конденсатор) хватит на весь срок службы машины. Но главное, водители забудут о трудном запуске в мороз, а такие слова «браток, дай прикурить, не могу завестись» можно будет забыть (как безопасно прикурить от чужой машины, ).

Что можно сказать напоследок. Супер конденсаторы нового поколения пока выпускаются мелкосерийно, стоят они раза в два дороже нормальной аккумуляторной батареи, и наверное не скоро найдут своих покупателей, по крайней мере наших отечественных. Немного конденсаторов уходит заграничным потребителям, но это не особая поддержка нашей промышленности. Но при желании, и нормальных спонсорах, для рекламы и освоения более дешёвого массового производства, можно это дело настроить на нормальный лад. Всё возможно. Ведь дорогущие аккумуляторы нового поколения тоже никто не хотел покупать, в начале их производства. А сейчас их закупают тоннами производители электрокаров, и это только начало. Думаю и новые конденсаторы вскоре будут пользоваться огромным спросом, и если и не заменят полностью аккумуляторы, то станут им надёжными помощниками. Поживём — увидим. Удачи всем!

Ионисторы все чаще попадают в число основных элементов автомобильных электронных систем. Суперконденсатор для автомобиля решает задачу запуска двигателя, за счет чего сокращается нагрузка на аккумулятор. Кроме этого, за счет оптимизации монтажных схем уменьшается масса транспортного средства.
Широкое применение ионисторы для автомобиля нашли в изготовлении гибридных авто. У них работа генератора зависит от двигателя внутреннего сгорания, и машина приводится в движение с помощью электромоторов. Ионистор для автомобиля в такой схеме является источником быстро получаемой энергии при начале движения и ускорении. В процессе торможения происходит подзарядка накопителя.
Сейчас суперконденсатор вместо аккумулятора используется лишь частично. Впрочем, в ближайшем будущем полная замена наверняка станет реальной, потому что ученые активно занимаются разработкой таких технологий.

Когда нужен ионистор для запуска двигателя?
Суперконденсатор для авто требуется в случаях, когда есть риск того, что штатная аккумуляторная батарея не справится с задачей запуска двигателя внутреннего сгорания. Например, ионистор для автомобиля помогает в следующих ситуациях:
- аккумулятор хронически недополучает заряд в условиях частых поездок на короткие расстояния;
- мощности АКБ бывает недостаточно для запуска двигателя. Чаще всего такая проблема встает в зимнее время;
- необходимо снизить пиковые нагрузки на аккумулятор для продления его ресурса.
Даже когда батарея полностью вышла из строя, некоторые используют ионистор вместо аккумулятора. Он решает задачу запуска двигателя, а в дальнейшем бортовая сеть питается в основном от генератора. Впрочем, суперконденсатор вместо аккумулятора рекомендуется применять только в аварийном режиме, пока не появится возможность установить новую АКБ.
В штатной ситуации ионистор для запуска двигателя используется в следующем формате. Он подключается параллельно аккумуляторной батарее и в момент пуска принимает на себя основную нагрузку. Заторможенный стартер может потреблять очень большой ток (сотни ампер). Выработкой именно этого начального пускового тока для неподвижного стартера и коленвала будет заниматься для автомобиля. Когда основная нагрузка будет обеспечена, ионистор вместе с батареей произведут запуск мотора в более спокойном режиме.
Ионисторы для автомобиля не только продлевают ресурс аккумуляторов, но и положительно сказываются на работе бортовой электроники. При использовании суперконденсаторов для авто снижается провал напряжения в момент запуска, поэтому все электронные компоненты работают в более стабильном режиме. По этой же причине улучшается работа системы зажигания.
При движении связка из аккумулятора и суперконденсатора для автомобиля будет сглаживать возникающие в бортовой сети перепады напряжения. Они возникают из-за того, как ведет себя различное электрооборудование при разной нагрузке и оборотах двигателя. Наличие ионистора в цепи минимизирует негативное влияние таких скачков. Подробнее узнать о возможности использования ионистора вместо аккумулятора, а также параллельно с ним вы можете у наших консультантов.

Суперконденсатор предназначен для установки в легковые автомобили различных типов, это современный источник для накопления и выдачи импульсной энергии в нужный момент. Эта энергия может использоваться как для запуска двигателя при севшем или замерзшем аккумуляторе, так и для стабилизации напряжения бортовой сети автомобиля.

Модули Titan позволяют:

• выдавать необходимое напряжения для запуска двигателя при низких температурах (до -40°С);
• осуществлять запуск ДВС при разряженном аккумуляторе, который не способен обеспечить пусковой ток, но обладает достаточной энергией для заряда суперконденсаторного модуля;
• завести двигатель на замерзшей или разряженной предпусковым подогревателем АКБ;
• выдавать нужное количество импульсной энергии для стабильной работы бортовой сети при больших нагрузках;
• повысить надежность работы, снизить риск выхода из строя элементов электрической сети транспортного средства из-за перегрузки;
• увеличить срок службы АКБ в 2-4 раза.

Стабилизация напряжения бортовой сети при больших нагрузках

Модуль подключается параллельно штатной АКБ. Такой тип подключения требует хорошего состояния штатной аккумуляторной батареи. Применяется для стабилизации напряжения бортовой сети.

Суперконденсатор поможет при функционировании устройств, которые в короткий промежуток времени потребляют большое количество энергии. Такие нагрузки возникают, например, при работе серьезных аудиосистем или лебедки на внедорожном автомобиле. Такие ударные нагрузки наносят ущерб АКБ. За счет более низкого внутреннего сопротивления и способности принимать на себя импульсную нагрузку суперконденсатор обеспечивает комфортный режим эксплуатации для аккумулятора и продлит срок его службы.

Titan поможет запустить двигатель на морозе. Температуры ниже -10°С отрицательно влияют на емкость аккумулятора, что может привести к проблемам при запуске ДВС. Емкость суперконденсатора в морозы практически не меняется, это позволит ему всегда отдать максимальную энергию в цепь для прокрутки стартера.

Параллельный тип подключения, с буферным модулем

	Наименование		МСКА-54-16
	Номинальное напряжение (В)		16
	Номинальная емкость (Ф)		54
			<10,9
			270
	Габариты (мм)	Длина	254
		Ширина	40
		Высота	80
	Вес (кг)		1
	Объем двигателя (см 3)		До 1600
	Нет в наличии
	Наименование		МСКА-108-16-К
	Номинальное напряжение (В)		16
	Номинальная емкость (Ф)		108
	Внутреннее сопротивление (мОм)		<5,2
	Максимальный разрядный ток, (А) (импульс не более 1 сек)		540
	Габариты (мм)	Длина	254
		Ширина	40
		Высота	150
	Вес (кг)		2
	Объем двигателя		До 2200
	Нет в наличии
	Наименование		МСКА-162-16
	Номинальное напряжение (В)		16
	Номинальная емкость (Ф)		162
	Внутреннее сопротивление (мОм)		<3,4
	Максимальный разрядный ток, (А) (импульс не более 1 сек)		800
	Габариты (мм)	Длина	244
		Ширина	100
		Высота	100
	Вес (кг)		2,4
	Объем двигателя		До 3500
	Нет в наличии

Запуск двигателя с севшим аккумулятором

Модуль подключается последовательно к штатной АКБ и непосредственно к клеммам стартера.Данный вариант обеспечивает наличие постоянного напряжения на клеммах стартера, которое необходимо для уверенного запуска ДВС. Использование модулей Titan для последовательного подключения будет актуально для автомобилей с большим количеством дополнительного оборудования, потребляющего электроэнергию. Например, в автомобилях такси, полиции, скорой помощи и др., где постоянно работает световое оборудование, рация, GPS-навигация. Работа оборудования постоянно высаживает заряд аккумулятора, а генератор, при постоянной работе ДВС на холостых оборотах, не дает достаточного заряда. Применение суперконденсаторов с низким внутренним сопротивлением, высокой удельной мощность и надежной отдачей энергии при низких температурах, позволяет осуществить запуск при невысоком заряде АКБ (от 9-ти Вольт) и в условиях низких температур.

Суперконденсатор будет также полезен для владельцев автомобилей с установленной системой , которая обеспечивает подготовку ДВС к старту в холодную погоду. Все предпусковые подогреватели питаются от аккумулятора и разряжают его в процессе подогрева, таким образом уже на прогретом двигателе существует возможность получить проблемы с запуском.

Особенности работы модуля Titan с предпусковыми подогревателями:

• Гарантированный пуск прогретого ДВС, при разряженной подогревателем АКБ;
• Снижение нагрузки на замерзшую АКБ.

Прокрутка стартера может быть не произведена только по причине сильного износа и/или очень низкого заряда аккумулятора, который не в состоянии обеспечить током втягивающее реле.

Последовательный тип подключения, с преобразователем DC-DC

	Наименование		МСКА-108-16-П
	Номинальное напряжение (В)		16
	Номинальная емкость (Ф)		108
	Внутреннее сопротивление (мОм)		<5,7
	Максимальный разрядный ток, (А) (импульс не более 1 сек)		540
	Габариты (мм)	Длина	250
		Ширина	100
		Высота	100
	Вес (кг)		2,4
	Объем двигателя		До 2200
	Нет в наличии
	Наименование		МСКА-162-16-П
	Номинальное напряжение (В)		16
	Номинальная емкость (Ф)		162
	Внутреннее сопротивление (мОм)		<3,8
	Максимальный разрядный ток, (А) (импульс не более 1 сек)		800
	Габариты (мм)	Длина	320
		Ширина	100
		Высота	100
	Вес (кг)		3
	Объем двигателя		До 3500
	Нет в наличии

Уверенный запуск двигателя и стабилизация напряжения бортовой сети

В данном случае, модуль с повышающим DC-DC, подключенный непосредственно к стартеру, обеспечивает надежную прокрутку и запуск ДВС, а буферный модуль, подключенный параллельно к АКБ, – питание втягивающего реле. Такой суперконденсатор сочетает в себе все преимущества модулей с буферным и последовательным типами подключений. Таким образом, даже при изношенных АКБ обеспечивается самый высокий уровень стабилизации всех параметров электрической бортовой сети и уверенный запуск двигателя при самых низких температурах.

Установка модуля Titan с гибридным типом подключения позволит:

• осуществить запуск при разряженных аккумуляторных батареях, которые не способны обеспечить пусковой ток, но обладают достаточной энергией для заряда
  суперконденсаторов;
• осуществить запуск в условиях низких температур;
• увеличить срок службы аккумуляторных батарей в 2-4 раза;
• при работе совместно с предпусковым подогревателем, гарантировать пуск прогретого ДВС, при разряженной подогревателем или замерзшей АКБ;
• обеспечить импульсной энергией дополнительные устройства и системы, повысить надежность работы электрической сети автомобиля в целом.

Гибридный тип подключения, с буферным модулем и DC-DC преобразователем

	Наименование		МСКА-108/54-16-ПБ
	Номинальное напряжение (В)		16
	Номинальная емкость основной батареи (Ф)		108
	Номинальная емкость бустерной батареи (Ф)		54
	Внутреннее сопротивление основной батареи (мОм)		<5,7
	Внутреннее сопротивление бустерной батареи (мОм)		<11,4
	Максимальный разрядный ток основной батареи, (А) (импульс не более 1 сек)		540
	Максимальный разрядный ток бустерной батареи, (А) (импульс не более 1 сек)		270
	Габариты (мм)	Длина	325
		Ширина	100
		Высота	100
	Вес (кг)		4
	Нет в наличии

Основные преимущества суперконденсаторов

• Высокая удельная мощность Идеальное устройство для работы при резких и значительных изменениях мощности (в несколько раз).
• Высокие стабилизационные свойства. Быстрый заряд/разряд (секунды).
• Эффективность при рекуперации энергии и пусках двигателей.
• Широкий диапазон рабочих температур от -45 до 70°C.
• Возможность работы в экстремальных условиях.
• Срок службы не менее 10 лет, до 1 млн. циклов заряда-разряда.
• Отсутствие необходимости замены в течение долгого времени.
• Снижение эксплуатационных затрат систем.
• Герметичность и экологичность.
• Низкая стоимость владения, отсутствие затрат на эксплуатацию и утилизацию.
• Небольшая масса и малые габариты.
• Широкий спектр применений, автономность, мобильность.
• Совместная работа с предпусковыми подогревателями.
• Устройства сертифицированы по ГОСТ.

Примеры установки суперконденсаторов

Электрическая емкость земного шара, как известно из курса физики, составляет примерно 700 мкФ. Обычный конденсатор такой емкости можно сравнить по весу и объему с кирпичом. Но есть и конденсаторы с электроемкостью земного шара, равные по своим размерам песчинке - суперконденсаторты.

Появились такие приборы сравнительно недавно, лет двадцать назад. Их называют по-разному: ионисторами, иониксами или просто суперконденсаторами.

Не думайте, что они доступны лишь каким-то аэрокосмическим фирмам высокого полета. Сегодня можно купить в магазине ионистор размером с монету и емкостью в одну фараду, что в 1500 раз больше емкости земного шара и близко к емкости самой большой планеты Солнечной системы - Юпитера.

Любой конденсатор запасает энергию. Чтобы понять, сколь велика или мала энергия, запасаемая в ионисторе, важно ее с чем-то сравнить. Вот несколько необычный, зато наглядный способ.

Энергии обычного конденсатора достаточно, чтобы он мог подпрыгнуть примерно на метр-полтора. Крохотный ионистор типа 58-9В, имеющий массу 0,5 г, заряженный напряжением 1 В, мог бы подпрыгнуть на высоту 293 м!

Иногда думают, что ионисторы способны заменить любой аккумулятор. Журналисты живописали мир будущего с бесшумными электромобилями на суперконденсаторах. Но пока до этого далеко. Ионистор массой в один кг способен накопить 3000 Дж энергии, а самый плохой свинцовый аккумулятор - 86 400 Дж - в 28 раз больше. Однако при отдаче большой мощности за короткое время аккумулятор быстро портится, да и разряжается только наполовину. Ионистор же многократно и без всякого вреда для себя отдает любые мощности, лишь бы их могли выдержать соединительные провода. Кроме того, ионистор можно зарядить за считаные секунды, а аккумулятору на это обычно нужны часы.

Это и определяет область применения ионистора. Он хорош в качестве источника питания устройств, кратковременно, но достаточно часто потребляющих большую мощность: электронной аппаратуры, карманных фонарей, автомобильных стартеров, электрических отбойных молотков. Ионистор может иметь и военное применение как источник питания электромагнитных орудий. А в сочетании с небольшой электростанцией ионистор позволяет создавать автомобили с электроприводом колес и расходом топлива 1-2 л на 100 км.

Ионисторы на самую разную емкость и рабочее напряжение есть в продаже, но стоят они дороговато. Так что если есть время и интерес, можно попробовать сделать ионистор самостоятельно. Но прежде чем дать конкретные советы, немного теории.

Из электрохимии известно: при погружении металла в воду на его поверхности образуется так называемый двойной электрический слой, состоящий из разноименных электрических зарядов - ионов и электронов. Между ними действуют силы взаимного притяжения, но заряды не могут сблизиться. Этому мешают силы притяжения молекул воды и металла. По сути своей двойной электрический слой не что иное, как конденсатор. Сосредоточенные на его поверхности заряды выполняют роль обкладок. Расстояние между ними очень мало. А, как известно, емкость конденсатора при уменьшении расстояния между его обкладками возрастает. Поэтому, например, емкость обычной стальной спицы, погруженной в воду, достигает нескольких мФ.

По сути своей ионистор состоит из двух погруженных в электролит электродов с очень большой площадью, на поверхности которых под действием приложенного напряжения образуется двойной электрический слой. Правда, применяя обычные плоские пластины, можно было бы получить емкость всего лишь в несколько десятков мФ. Для получения же свойственных ионисторам больших емкостей в них применяют электроды из пористых материалов, имеющих большую поверхность пор при малых внешних размерах.

На эту роль были перепробованы в свое время губчатые металлы от титана до платины. Однако несравненно лучше всех оказался… обычный активированный уголь. Это древесный уголь, который после специальной обработки становится пористым. Площадь поверхности пор 1 см3 такого угля достигает тысячи квадратных метров, а емкость двойного электрического слоя на них - десяти фарад!

Самодельный ионистор На рисунке 1 изображена конструкция ионистора. Он состоит из двух металлических пластин, плотно прижатых к «начинке» из активированного угля. Уголь уложен двумя слоями, между которыми проложен тонкий разделительный слой вещества, не проводящего электроны. Все это пропитано электролитом.

При зарядке ионистора в одной его половине на порах угля образуется двойной электрический слой с электронами на поверхности, в другой - с положительными ионами. После зарядки ионы и электроны начинают перетекать навстречу друг другу. При их встрече образуются нейтральные атомы металла, а накопленный заряд уменьшается и со временем вообще может сойти на нет.

Чтобы этому помешать, между слоями активированного угля и вводится разделительный слой. Он может состоять из различных тонких пластиковых пленок, бумаги и даже ваты.
В любительских ионисторах электролитом служит 25%-ный раствор поваренной соли либо 27%-ный раствор КОН. (При меньших концентрациях не сформируется слой отрицательных ионов на положительном электроде.)

В качестве электродов применяют медные пластины с заранее припаянными к ним проводами. Их рабочие поверхности следует очистить от окислов. При этом желательно воспользоваться крупнозернистой шкуркой, оставляющей царапины. Эти царапины улучшат сцепление угля с медью. Для хорошего сцепления пластины должны быть обезжирены. Обезжиривание пластин производится в два этапа. Вначале их промывают мылом, а затем натирают зубным порошком и смывают его струей воды. После этого прикасаться к ним пальцами не стоит.

Активированный уголь, купленный в аптеке, растирают в ступке и смешивают с электролитом до получения густой пасты, которой намазывают тщательно обезжиренные пластины.

При первом испытании пластины с прокладкой из бумаги кладут одна на другую, после этого попробуем его зарядить. Но здесь есть тонкость. При напряжении более 1 В начинается выделение газов Н2, О2. Они разрушают угольные электроды и не позволяют работать нашему устройству в режиме конденсатора-ионистора.

Поэтому мы должны заряжать его от источника с напряжением не выше 1 В. (Именно такое напряжение на каждую пару пластин рекомендовано для работы промышленных ионисторов.)

Подробности для любознательных

При напряжении более 1,2 В ионистор превращается в газовый аккумулятор. Это интересный прибор, тоже состоящий из активированного угля и двух электродов. Но конструктивно он выполнен иначе (см. рис. 2). Обычно берут два угольных стержня от старого гальванического элемента и обвязывают вокруг них марлевые мешочки с активированным углем. В качестве электролита употребляется раствор КОН. (Раствор поваренной соли применять не следует, поскольку при ее разложении выделяется хлор.)

Энергоемкость газового аккумулятора достигает 36 000 Дж/кг, или 10 Вт-ч/кг. Это в 10 раз больше, чем у ионистора, но в 2,5 раза меньше, чем у обычного свинцового аккумулятора. Однако газовый аккумулятор - это не просто аккумулятор, а очень своеобразный топливный элемент. При его зарядке на электродах выделяются газы - кислород и водород. Они «оседают» на поверхности активированного угля. При появлении же тока нагрузки происходит их соединение с образованием воды и электрического тока. Процесс этот, правда, без катализатора идет очень медленно. А катализатором, как выяснилось, может быть только платина… Поэтому, в отличие от ионистора, газовый аккумулятор большие токи давать не может.

Тем не менее, московский изобретатель А.Г. Пресняков (http://chemfiles.narod .r u/hit/gas_akk.htm) успешно применил для запуска мотора грузовика газовый аккумулятор. Его солидный вес - почти втрое больше обычного - в этом случае оказался терпим. Зато низкая стоимость и отсутствие таких вредных материалов, как кислота и свинец, казалось крайне привлекательным.

Газовый аккумулятор простейшей конструкции оказался склонен к полному саморазряду за 4-6 часов. Это и положило конец опытам. Кому же нужен автомобиль, который после ночной стоянки нельзя завести?

И все же «большая техника» про газовые аккумуляторы не забыла. Мощные, легкие и надежные, они стоят на некоторых спутниках. Процесс в них идет под давлением около 100 атм, а в качестве поглотителя газов применяется губчатый никель, который при таких условиях работает как катализатор. Все устройство размещено в сверхлегком баллоне из углепластика. Получились аккумуляторы с энергоемкостью почти в 4 раза выше, чем у аккумуляторов свинцовых. Электромобиль мог бы на них пройти около 600 км. Но, к сожалению, пока они очень дороги.

Суперконденсатор предназначен для установки в автомобили и спецтехнику различных типов, это современный источник для накопления и выдачи импульсной энергии в нужный момент. Эта энергия может использоваться как для запуска двигателя при севшем или замерзшем аккумуляторе, так и для стабилизации напряжения бортовой сети автомобиля.

Модули Titan позволяют:

выдавать необходимое напряжение и силу тока для запуска двигателя при низких температурах (до -40°С); осуществлять запуск ДВС при разряженном аккумуляторе, который не способен обеспечить пусковой ток, но обладает достаточной энергией для заряда суперконденсаторного модуля; завести двигатель на замерзшей или разряженной АКБ предпусковым подогревателем (Webasto и проч.); выдавать нужное количество импульсной энергии для стабильной работы бортовой сети при больших нагрузках; повысить надежность работы, снизить риск выхода из строя элементов электрической сети транспортного средства из-за перегрузки; увеличить срок службы АКБ в 2-4 раза.

Стабилизация напряжения бортовой сети при больших нагрузках

Модуль подключается параллельно штатной АКБ. Такой тип подключения требует хорошего состояния штатной аккумуляторной батареи. Применяется для стабилизации напряжения бортовой сети.

Суперконденсатор поможет при функционировании устройств, которые в короткий промежуток времени потребляют большое количество энергии. Такие нагрузки возникают, например, при работе серьезных аудиосистем или лебедки на внедорожном автомобиле. Такие ударные нагрузки наносят ущерб АКБ. За счет более низкого внутреннего сопротивления и способности принимать на себя импульсную нагрузку, суперконденсатор обеспечивает комфортный режим эксплуатации для аккумулятора и продлит срок его службы.

Titan поможет запустить двигатель на морозе. Температуры ниже -10°С отрицательно влияют на емкость аккумулятора, что может привести к проблемам при запуске ДВС. Емкость суперконденсатора в морозы практически не меняется, это позволит ему всегда отдать максимальную энергию в цепь для прокрутки стартера.

Параллельный тип подключения, с буферным модулем

Запуск двигателя с разряженным аккумулятором

Модуль подключается последовательно к штатной АКБ и непосредственно к клеммам стартера. Данный вариант обеспечивает наличие постоянного напряжения на клеммах стартера, которое необходимо для уверенного запуска ДВС. Использование модулей Titan для последовательного подключения будет актуально для автомобилей с большим количеством дополнительного оборудования, потребляющего электроэнергию. Например, в автомобилях такси, полиции, скорой помощи и др., где постоянно работает световое оборудование, рация, GPS-навигация. Работа оборудования постоянно высаживает заряд аккумулятора, а генератор, при постоянной работе ДВС на холостых оборотах, не дает достаточного заряда. Применение суперконденсаторов с низким внутренним сопротивлением, высокой удельной мощность и надежной отдачей энергии при низких температурах, позволяет осуществить запуск при невысоком заряде АКБ (от 9-ти Вольт) и даже в условиях низких температур.

Суперконденсатор будет также полезен для владельцев автомобилей с установленной системой предпускового подогрева, которая обеспечивает подготовку ДВС к старту в холодную погоду. Все предпусковые подогреватели питаются от аккумулятора и разряжают его в процессе подогрева, таким образом уже на прогретом двигателе существует возможность получить проблемы с запуском.

Особенности работы модуля Titan с предпусковыми подогревателями:

Гарантированный пуск прогретого ДВС, при разряженной подогревателем АКБ;
Снижение нагрузки на замерзшую АКБ.
Прокрутка стартера может быть не произведена только по причине сильного износа и/или очень низкого заряда аккумулятора, который не в состоянии обеспечить током втягивающее реле.

Последовательный тип подключения, с преобразователем DC-DC

Уверенный запуск двигателя и стабилизация напряжения бортовой сети

В данном случае, модуль с повышающим DC-DC, подключенный непосредственно к стартеру, обеспечивает надежную прокрутку и запуск ДВС, а буферный модуль, подключенный параллельно к АКБ, – питание втягивающего реле. Такой суперконденсатор сочетает в себе все преимущества модулей с буферным и последовательным типами подключений. Таким образом, даже при изношенных АКБ обеспечивается самый высокий уровень стабилизации всех параметров электрической бортовой сети и уверенный запуск двигателя при самых низких температурах.

Установка модуля Titan с гибридным типом подключения позволит:

осуществить запуск при разряженных аккумуляторных батареях, которые не способны обеспечить пусковой ток, но обладают достаточной энергией для заряда
суперконденсаторов;
осуществить запуск в условиях низких температур;
увеличить срок службы аккумуляторных батарей в 2-4 раза;
при работе совместно с предпусковым подогревателем, гарантировать пуск прогретого ДВС, при разряженной подогревателем или замерзшей АКБ;
обеспечить импульсной энергией дополнительные устройства и системы, повысить надежность работы электрической сети автомобиля в целом.

Гибридный тип подключения, с буферным модулем и DC-DC преобразователем

Основные преимущества суперконденсаторов

Высокая удельная мощность Идеальное устройство для работы при резких и значительных изменениях мощности (в несколько раз).
Высокие стабилизационные свойства. Быстрый заряд/разряд (секунды).
Эффективность при рекуперации энергии и пусках двигателей.
Широкий диапазон рабочих температур от -45 до 70°C.
Возможность работы в экстремальных условиях.
Срок службы не менее 10 лет, до 1 млн. циклов заряда-разряда.
Отсутствие необходимости замены в течение долгого времени.
Снижение эксплуатационных затрат систем.
Герметичность и экологичность.
Низкая стоимость владения, отсутствие затрат на эксплуатацию и утилизацию.
Небольшая масса и малые габариты.
Широкий спектр применений, автономность, мобильность.
Совместная работа с предпусковыми подогревателями.
Устройства сертифицированы по ГОСТ.

Руководство по установке модулей МСКА в автомобиль

Ниже описана методика крепления и подключения модулей МСКА в автомобиле. Рассмотрен вариант крепления модуля с помощью безразмерных металлических хомутов сбоку или сверху аккумуляторной батареи автомобиля. Приведены рекомендации и фотографии установленных таким образом модулей. Данная методика может быть также применена для крепления модулей к несущим частям кузова автомобиля, таким как балки, кронштейны крепления навесного оборудования и т.п.

Подготовка к установке.
Для крепления модуля к аккумуляторной батарее понадобятся:

• 2 металлических хомута длиной по 1 метр;
• 2 замка к хомутам;
• Термоусадочная трубка такого диаметра, чтобы ее можно было с небольшим зазором надеть на хомут - 2 метра;
• Провод сечением не менее 16 мм2 для подключения модуля к аккумулятору. Длина определяется в зависимости от места установки и удобства безопасной прокладки провода;
• Наконечники для провода соответствующего диаметра;
• Прокладка из листовой резины или силикона толщиной 3-5 мм и размером чуть больше, чем модуль.

Инструменты:

• Отвертка шлицевая и крестовая №2;
• Пассатижи или плоскогубцы;
• Бокорезы;
• Пресс для обжимки наконечников (вместо пресса можно использовать тиски или молоток с наковальней);
• Фен строительный для усадки трубки;
• Лампочка автомобильная 12В 55Вт с проводами (лучше всего подойдет противотуманная фара, к которой подключены провода с зажимами типа «крокодил»).

Выбор способа крепления.
Модуль необходимо закрепить в автомобиле таким образом, чтобы исключить случайное повреждение устройств автомобиля, электропроводки и т.п. Также следует исключить возможность случайного короткого замыкания как клемм модуля, так и клемм аккумулятора.
В зависимости от этого решаем, как закрепить модуль к аккумулятору (сверху или сбоку). Закроется ли капот и крышка аккумуляторного отсека, не будет ли корпус модуля касаться токоведущих проводов, не приведет ли к короткому замыканию незначительное перемещение модуля во время движения.

Крепление модуля к аккумулятору.
Для удобства рекомендуем вынуть аккумулятор из отсека и крепить к нему модуль в теплом помещении на столе или верстаке. Если это сделать тяжело, то будем крепить модуль не снимая аккумулятора с автомобиля.
Для начала подготовим хомуты.

Обрежем их на необходимую длину, так, чтобы можно было охватить аккумулятор вместе с модулем. Закрепим замки на хомутах и наденем на хомуты термоусадочную трубку таким образом, чтобы она находилась в месте контакта хомута и модуля, а также изолировала хомуты от близко расположенных проводов и клемм аккумулятора.
Закрепим термоусадочную трубку на хомутах при помощи фена. Установим модуль с нужной стороны аккумулятора, обхватим их хомутами и затянем замки хомутов.
Расположение замков может быть произвольным, но выбирается таким образом, чтобы они не касались других деталей автомобиля и его проводки.
Для удобства, а в некоторых случаях для защиты клемм аккумулятора от замыкания между модулем и аккумулятором необходимо проложить прокладку из листовой резины, которая будет не только служить амортизатором, но и защитит клеммы аккумулятора и провода, идущие к ним.

Установка аккумулятора с модулем в автомобиль.
Берем аккумулятор с закрепленным на нем модулем и ставим на штатное место аккумулятора. Проверяем, что крышка аккумуляторного отсека (если она имеется) свободно ставится на место, а установленный модуль ничему не мешает и жестко закреплен на аккумуляторе.
Жестко закрепляем аккумулятор штатными креплениями и подключаем клеммы к аккумулятору.

Подключение модуля к бортовой сети.

Отмеряем необходимую длину провода для соединения клеммы «-» модуля с клеммой «-» аккумулятора. Провод должен быть минимальной длины, но при этом не должен лежать на острых краях металлических деталей кузова, не должен перетираться о другие детали при движении автомобиля. Делаем аналогичный провод и для соединения клеммы «+» модуля с клеммой «+» аккумулятора.
На концы проводов, идущие к модулю, запрессовываем при помощи пресса наконечники. Если пресса нет, то можно либо обжать наконечник на провод в тисках, либо расплющить его молотком на наковальне.
Главное, чтобы контакт провода с наконечником был надежным, а провод не болтался в наконечнике. После этого наденем по кусочку термоусадочной трубки на места запрессовки и усадим их с помощью фена, чтобы они случайно не замкнули на корпус модуля.
На концы проводов, которые будут подключаться к аккумулятору, в зависимости от типа клемм, могут закрепляться и наконечники, аналогичные тем, которые подключаются к модулю, и трубчатые наконечники. Может быть так, что клеммы аккумулятора позволяют подключать провода без наконечников. Здесь необходимо руководствоваться конкретной ситуацией.

Теперь подключим провод к клеммам модуля и аккумулятора. Клемму «-» модуля подключаем к клемме «-» аккумулятора. А второй провод пока подключаем только к клемме «+» модуля, а второй конец этого провода пока никуда не подключаем.
Заряжаем модуль. Для этого включаем между проводом, идущим от клеммы «+» модуля и клеммой «+» аккумулятора лампочку. Лампочка должна загореться, что свидетельствует о начале зарядки модуля. Зарядка модуля может длиться от 3 до 20 минут, в зависимости от мощности лампочки и емкости модуля. Как только лампочка полностью погаснет (не будет тускло светиться, а погаснет), ее можно отключать, а провод от клеммы «+» модуля подключаем к клемме «+» аккумулятора.
Соединения проводов от модуля к аккумулятору и к модулю должны быть максимально надежными, поскольку от этого зависит не только эффективность работы модуля в автомобиле, но и безопасность. Плохие соединения могут вызвать коррозию контактов, их разогрев во время работы, и даже привести к пожару.
Клеммы аккумулятора и модуля рекомендуется дополнительно изолировать, надев на них изолирующие колпачки или защитив специальным составом, который полимеризуется на воздухе, образуя защитную пленку. Можно также использовать нейтральный силиконовый герметик. Это также дополнительно защитит клеммы от коррозии во время эксплуатации.

Примеры установки суперконденсаторов

Что такое суперконденсаторы (ионисторы)

Суперконденсатор – новый накопитель энергии и источник тока, по своим техническим характеристикам занимающий промежуточное положение между аккумуляторными батареями и традиционными конденсаторами. Отличительными особенностями суперконденсаторов являются высокая мощность, способность быстро отдавать и накапливать энергию, устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды, долговечность, эксплуатационная надежность и экологичность.

Последнее время суперконденсаторы во всем мире играют всё возрастающую роль, темпы роста рынка суперконденсаторов составляют 30-40% в год. Области применения суперконденсаторов постоянно расширяются, находя все новые и новые области применения во всех без исключения отраслях, от бытовой электроники, мобильных телефонов и компьютеров до гибридного транспорта, систем Smart Grid и космических технологий. Суперконденсаторы уверенно занимают свое место в системах качественной энергии для промышленности и телекоммуникаций, а также в индустрии возобновляемых источников энергии. Применение суперконденсаторов в устройствах и системах уже стало не только технической необходимостью, но и символом инновационности и современности применяемых устройств, технологий и систем.

Конденсаторы с двойным электрическим слоем (ДЭС)

Наиболее привлекательными с коммерческой точки зрения являются конденсаторы с двойным электрическим слоем (ДЭС), или как их называют EDLC (Electric Double-Layer Capacitor), которые имеют необычно высокую плотность энергии по сравнению с обычными конденсаторами. По сравнению с аккумуляторными батареями, суперконденсаторы обладают в десятки раз большей мощностью и гораздо большим сроком службы. Это две основные причины, почему инженеры всё чаще выбирают суперконденсаторы для различных применений. Суперконденсаторы ДЭС - это накопители энергии, которые могут заменить обычные конденсаторы или аккумуляторные батареи во многих приложениях, где требуются большая энергия по сравнению с той, которую способны обеспечить обычные конденсаторы и/или высокая мощность и длительный срок службы, которые не могут обеспечить аккумуляторные батареи.

Параметры	Традиционный конденсатор	Суперконденсатор	Аккумуляторная батарея
Время разряда	10 -6 ~ 10- 3 сек.	1 ~ 30 сек.	0.3 ~ 3 ч.
Время заряда	10 -6 ~ 10- 3 сек.	1 ~ 30 сек.	1 ~ 5 ч.
Плотность энергии (Вч*ч/кг )	< 0.1	1 ~ 10	20 ~ 100
Плотность мощности (Вт/кг)	< 10,000	10,000	50 ~ 200
Эффективность заряда/разряда	более 0,95	0,85 ~ 0,98	0.7 ~ 0.85
Количество циклов заряда-разряда	Неограниченно	Более 500 тыс	500 ~ 2,000

ДЭС - это два неактивных высокопористых угольных электрода и коллектор тока, погруженные в электролит с определенным потенциалом напряжения.

В ячейке конденсатора ДЭС положительный потенциал электрода притягивает отрицательно заряженные ионы, в то время когда тот же потенциал на отрицательном электроде привлекает положительно заряженные ионы. Сепаратор не позволяет электродам создать короткое замыкание. Большое количество энергии, которую может запасти ДЭС, достигается за счет огромной площади поверхности, которую обеспечивают пористые угольные электроды.

Накопление энергии в ДЭС - процесс физический и обратимый с минимальными потерями, что и обуславливает столь длительный срок службы ДЭС и их огромный циклический ресурс. Поскольку скорость заряда и разряда зависит исключительно от физического перемещения ионов, ДЭС могут накапливать и отдавать энергию намного быстрее, чем аккумуляторные батареи, в которых процесс напрямую зависит от медленных химических реакций. Этим же обусловлена возможность ДЭС выдавать на порядки более высокую мощность, чем аккумуляторные батареи.