Суперконденсатор в помощь аккумулятору. Cамодельный ионистор - суперконденсатор делаем своими руками

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

Для накопления электроэнергии люди сначала использовали конденсаторы. Потом, когда электротехника вышла за пределы лабораторных опытов, изобрели аккумуляторы, ставшие основным средством для запасания электрической энергии. Но в начале XXI века снова предлагается использовать конденсаторы для питания электрооборудования. Насколько это возможно и уйдут ли аккумуляторы окончательно в прошлое?

Причина, по которой конденсаторы были вытеснены аккумуляторами, была связана со значительно большими значениями электроэнергии, которые они способны накапливать. Другой причиной является то, что при разряде напряжение на выходе аккумулятора меняется очень слабо, так что стабилизатор напряжения или не требуется или же может иметь очень простую конструкцию.

Главное различие между конденсаторами и аккумуляторами заключается в том, что конденсаторы непосредственно хранят электрический заряд, а аккумуляторы превращают электрическую энергию в химическую, запасают ее, а потом обратно преобразуют химическую энерию в электрическую.

При преобразованиях энергии часть ее теряется. Поэтому даже у лучших аккумуляторов КПД составляет не более 90%, в то время, как у конденсаторов он может достигать 99%. Интенсивность химических реакций зависит от температуры, поэтому на морозе аккумуляторы работают заметно хуже, чем при комнатной температуре. Кроме этого, химические реакции в аккумуляторах не полностью обратимы. Отсюда малое количество циклов заряда-разряда (порядка единиц тысяч, чаще всего ресурс аккумулятора составляет около 1000 циклов заряда-разряда), а также «эффект памяти». Напомним, что «эффект памяти» заключается в том, что аккумулятор нужно всегда разряжать до определенной величины накопленной энергии, тогда его емкость будет максимальной. Если же после разрядки в нем остается больше энергии, то емкость аккумулятора будет постепенно уменьшаться. «Эффект памяти» свойственнен практически всем серийно выпускаемым типам аккумуляторов, кроме, кислотных (включая их разновидности - гелевые и AGM). Хотя принято считать, что литий-ионным и литий-полимерным аккумуляторам он не свойственнен, на самом деле и у них он есть, просто проявляется в меньшей степени, чем в других типах. Что же касается кислотных аккумуляторов, то в них проявляется эффект сульфатации пластин, вызывающий необратимую порчу источника питания. Одной из причин является длительное нахождение аккумулятора в состоянии заряда менее, чем на 50%.

Применительно к альтернативной энергетике «эффект памяти» и сульфатация пластин являются серьезными проблемами. Дело в том, что поступление энергии от таких источников, как солнечные батареи и ветряки, сложно спрогнозировать. В результате заряд и разряд аккумуляторов происходят хаотично, в неоптимальном режиме.

Для современного ритма жизни оказывается абсолютно неприемлемо, что аккумуляторы приходится заряжать несколько часов. Например, как вы себе представляете поездку на электромобиле на дальние расстояния, если разрядившийся аккумулятор задержит вас на несколько часов в пункте зарядки? Скорость зарядки аккумулятора ограничена скоростью протекающих в нем химических процессов. Можно сократить время зарядки до 1 часа, но никак не до нескольких минут. В то же время, скорость зарядки конденсатора ограничена только максимальным током, который дает зарядное устройство.

Перечисленные недостатки аккумуляторов сделали актуальным использование вместо них конденсаторов.

Использование двойного электрического слоя

На протяжении многих десятилетий самой большой емкостью обладали электролитические конденсаторы. В них одной из обкладок являлась металлическая фольга, другой - электролит, а изоляцией между обкладками - окись металла, которой покрыта фольга. У электролитических конденсаторов емкость может достигать сотых долей фарады, что недостаточно для того, чтобы полноценно заменить аккумулятор.

Сравнение конструкций разных типов конденстаторов (Источник: Википедия)

Большую емкость, измеряемую тысячами фарад, позволяют получить конденсаторы, основанные на так называемом двойном электрическом слое. Принцип их работы следующий. Двойной электрический слой возникает при определенных условиях на границе веществ в твердой и жидкой фазах. Образуются два слоя ионов с зарядами противоположного знака, но одинаковой величины. Если очень упростить ситуацию, то образуется конденсатор, «обкладками» которого являются указанные слои ионов, расстояние между которыми равно нескольким атомам.

Суперконденсаторы различной емкости производства Maxwell

Конденсаторы, основанные на данном эффекте, иногда называют ионисторами. На самом деле, этот термин не только к конденсаторам, в которых накапливается электрический заряд, но и к другим устройствам для накопления электроэнергии - с частичным преобразованием электрической энергии в химическую наряду с сохранением электрического заряда (гибридный ионистор), а также для аккумуляторов, основанных на двойном электрическом слое (так называемые псевдоконденсаторы). Поэтому более подходящим является термин «суперконденсаторы». Иногда вместо него используется тождественный ему термин «ультраконденсатор».

Техническая реализация

Суперконденсатор представляет собой две обкладки из активированного угля, залитые электролитом. Между ними расположена мембрана, которая пропускает электролит, но препятствует физическому перемещению частиц активированного угля между обкладками.

Следует отметить, что суперконденсаторы сами по себе не имеют полярности. Этим они принципиально отличаются от электролитических конденсаторов, для которых, как правило, свойственна полярность, несоблюдение которой приводит к выходу конденсатора из строя. Тем не менее, на суперконденсаторах также наносится полярности. Связано это с тем, что суперконденсаторы сходят с заводского конвейера уже заряженными, маркировка и означает полярность этого заряда.

Параметры суперконденсаторов

Максимальная емкость отдельного суперконденсатора, достигнутая на момент написания статьи, составляет 12000 Ф. У массово выпускаемых супероконденсаторов она не превышает 3000 Ф. Максимально допустимое напряжение между обкладками не превышает 10 В. Для серийно выпускаемых суперконденсаторов этот показатель, как правило, лежит в пределах 2,3 – 2,7 В. Низкое рабочее напряжение требует использование преобразователя напряжения с функцией стабилизатора. Дело в том, что при разряде напряжение на обкладках конденсатора изменяется в широких пределах. Построение преобразователя напряжения для подключения нагрузки и зарядного устройства являются нетривиальной задачей. Предположим, что вам нужно питать нагрузку с мощностью 60 Вт.

Для упрощения рассмотрения вопроса пренебрежем потерями в преобразователе напряжения и стабилизаторе. В том случае, если вы работаете с обычным аккумулятором с напряжением 12 В, то управляющая электроника должна выдерживать ток в 5 А. Такие электронные приборы широко распространены и стоят недорого. Но совсем другая ситуация складывается при использовании суперконденсатора, напряжение на котором составляет 2,5 В. Тогда ток, протекающий через электронные компоненты преобразователя, может достигать 24 А, что требует новых подходов к схмотехнике и современной элементной базы. Именно сложностью с построением преобразователя и стабилизатора можно объяснить тот факт, что суперконденсаторы, серийный выпуск которых был начат еще в 70-х годах XX века, только сейчас стали широко использоваться в самых разных областях.

Принципиальная схема источника бесперебойного питания
напряжением на суперконденсаторах, основные узлы реализованы
на одной микосхеме производства LinearTechnology

Суперконденсаторы могут соединяться в батареи с использованием последовательного или параллельного соединения. В первом случае повышается максимально допустимое напряжение. Во втором случае - емкость. Повышение максимально допустимого напряжения таким способом является одним из способов решения проблемы, но заплатить за нее придется снижением емкости.

Размеры суперконденсаторов, естественно, зависят от их емкости. Типичный суперконденсатор емкостью 3000 Ф представляет собой цилиндр диаметром около 5 см и длиной 14 см. При емкости 10 Ф суперконденсатор имеет размеры, сопоставимые с человеческим ногтем.

Хорошие суперконденсаторы способны выдержать сотни тысяч циклов заряда-разряда, превосходя по этому параметру аккумуляторы примерно в 100 раз. Но, как и у электролитических конденсаторов, для суперконденсаторов стоит проблема старения из-за постепенной утечки электролита. Пока сколь-нибудь полной статистики выхода из строя суперконденсаторов по данной причине не накоплено, но по косвенным данным, срок службы суперконденсаторов можно приблизительно оценить величиной 15 лет.

Накапливаемая энергия

Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в джоулях:

E = CU 2 /2,
где C - емкость, выраженная в фарадах, U - напряжение на обкладках, выраженное в вольтах.

Количество энергии, запасенной в конденсаторе, выраженное в кВтч, равно:

W = CU 2 /7200000

Отсюда, конденсатор емкостью 3000 Ф с напряжением между обкладками 2,5 В способен запасти в себе только 0,0026 кВтч. Как это можно соотнести, например, с литий-ионным аккумулятором? Если принять его выходное напряжение не зависящим от степени разряда и равным 3,6 В, то количество энергии 0,0026 кВтч будет запасено в литий-ионном аккумуляторе емкостью 0,72 Ач. Увы, весьма скромный результат.

Применение суперконденсаторов

Системы аварийного освещения являются тем местом, где использование суперконденсаторов вместо аккумуляторов дает ощутимый выигрыш. В самом деле, именно для этого применения характерна неравномерность разрядки. Кроме этого, желательно, чтобы зарядка аварийного светильника происходила быстро, и чтобы используемый в нем резервный источник питания имел большую надежность. Источник резервного питания на основе суперконденсатора можно встроить непосредственно в светодиодную лампу T8. Такие лампы уже выпускаются рядом китайских фирм.

Грунтовый светодиодный светильник с питанием
от солнечных батарей, накопление энергии
в котором осуществляется в суперконденсаторе

Как уже отмечалось, развитие суперконденсаторов во многом связано с интересом к альтернативным источникам энергии. Но практическое применение пока ограничено светодиодными светильниками, получающими энергию от солнца.

Активно развивается такое направление как использование суперконденсаторов для запуска электрооборудования.

Суперконденсаторы способны дать большое количество энергии в короткий интервал времени. Запитывая электрооборудование в момент пуска от суперконденсатора, можно уменьшить пиковые нагрузки на электросеть и в конечном счете уменьшить запас на пусковые токи, добившись огромной экономии средств.

Соединив несколько суперконденсаторов в батарею, мы можем достичь емкости, сопоставимой с аккумуляторами, используемыми в электромобилях. Но весить эта батарея будет в несколько раз больше аккумулятора, что для транспортных средств неприемлемо. Решить проблему можно, используя суперконденсаторы на основе графена, но они пока существуют только в качестве опытных образцов. Тем не менее, перспективный вариант знаменитого «Ё-мобиля», работающий только от электричества, в качестве источника питания будет использовать суперконденсаторы нового поколения, разработка которых ведется российскими учеными.

Суперконденсаторы также дадут выигрыш при замене аккумуляторов в обычных машинах, работающих на бензине или дизельном топливе - их использование в таких транспортных средствах уже является реальностью.

Пока же самым удачным из реализованных проектов внедрения суперконденсаторов можно считать новые троллейбусы российского производства, вышедшие недавно на улицы Москвы. При прекращении подачи напряжения в контактную сеть или же при «слетании» токосъемников троллейбус может проехать на небольшой (порядка 15 км/ч) скорости несколько сотен метров в место, где он не будет мешать движению на дороге. Источником энергии при таких маневрах для него является батарея суперконденсаторов.

В общем, пока суперконденсаторы могут вытеснить аккумуляторы только в отдельных «нишах». Но технологии бурно развиваются, что позволяет ожидать, что уже в ближайшем будущем область применения суперконденсаторов значительно расширится.

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.

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.

Среди последних новинок науки и техники необходимо отметить появление конденсатора нового типа – ионистор, который также называют суперконденсатор. Что же это за зверь, и можно ли его использовать в автомобильном видеорегистраторе и других электронных приборах в качестве резервного источника питания?

Из школьного курса физики известно, что конденсатор может запасать энергию, накапливая заряд электричества. Вот только величина этого заряда очень мала, поэтому его хватает только на хорошую искру при коротком замыкании. Также школьники используют металлобумажные конденсаторы переменного тока на 400…1000 Вольт для того, чтобы лупить друг друга электротоком, предварительно зарядив его в розетке 220 В. А в основном конденсаторы используют как радиокомпонент в электронных приборах.

Но в конце прошлого века в секретных лабораториях был придуман новый тип конденсатора, в котором вместо металлической ленты используется электролит и другие хитрые химические вещества. Благодаря такой конструкции новый тип конденсатора при малых размерах имеет громадную емкость, которую уже можно использовать для накопления заряда, достаточного для кратковременной работы электронных устройств с малым потреблением тока. Он получил название ионистор из-за того, что функционирует благодаря ионному переносу в химической среде между электродами.

В наше время ионисторы используются как резервный источник питания. Например, на Алиэкспресс за 5…10 баксов можно купить 5-вольтовый ионистор, который получает полную зарядку всего за 10…100 секунд. Однако он может питать средний светодиодный фонарик в течение 20…30 минут.

Обзор китайского ионистора

Теперь разберемся, сможет ли суперконденсатор заменить аккумулятор в автомобильном видеорегистраторе? В регике нет компонентов, которые бы потребляют большой ток – сервоприводы, электродвигатели, мощные лампы освещения. Поэтому расход тока достаточно мал – 50…100 мА. Средней паршивости ионистор сможет обеспечить работу видеорегистратора в течение 3…10 минут. Это более чем достаточно, чтобы дописать до конца видеоролик и корректно завершить работу.

Так что, если вы колеблетесь — покупать ли видеорегистратор с суперконденсатором вместо встроенного аккумулятора, то все сомнения напрасны. Этот прибор выполнит все необходимые функции в вашем автомобиле, даже если в случае ДТП будет отключена бортовая сеть. Однако регистратор такого типа нельзя будет использовать как обычную переносную видеокамеру вне салона автомобиля – для уличной видеосъемки потребуется внешний источник питания.

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!