Пусковое устройство на ионисторах: такого вы еще не видели! / Автомобили и другие средства передвижения и аксессуары / iXBT Live

Пуско-зарядное устройство Autowit Super Cap 2 / Автомобили и другие средства передвижения и аксессуары / iXBT Live

Сегодня я познакомлю Вас с очередной новинкой и на этот раз это пусковое устройство
от Autowit. Данный «бустер» примечателен тем, что выполнен на основе суперконденсаторов (ионисторах), а не с использованием классических аккумуляторных батарей. Такое устройство удорожает конечный продукт, но имеет ряд преимуществ: не боится морозов, быстро заряжается от сети/аккумулятора, имеет увеличенный срок эксплуатации, не вздувается, не горят и не теряет свою емкость.

Бренд AUTOWIT довольно молодой игрок на рынке, поэтому информации на просторах сети минимальное количество. Попробуем это исправить!
Заводская упаковка с изображением Jump Starter’а.

На обороте технические характеристики на множестве языков:

• Max Voltage: 15.5V
• Peak Current: 800A
• Working/Storage Temperature: -40C to 70C
• Chargign Time:  Input Voltage 12V — <3 mins, Input Voltage 6V — <20 mins, Input Voltage 5V(USB) — <30 mins
• Weight 1. 06kg
• Size 265*115*45mm.

Большинство перечисленных мною особенностей во вступлении:

Внутри картонной упаковки находится массивный футляр с ручкой для удобной транспортировки.

Внутри футляра 3 отсека:

• под комплектные силовые провода и кабель для зарядки
• под техническую документацию
• под сам бустер

Отдельные отсеки гораздо удобнее, чем общий футляр под крокодилы и бустер.

Инструкция и подарочный талон:

Пуско-зарядное устройство Autowit Super Cap 2 представляет собой пластиковый брусок с размерами 26*11*4см. Оранжевая вставка выполнена из резины, остальной корпус глянцевый пластик.

В верхней части расположено окошко дисплея, на которое выводится наименование производителя (Autowit), текущие параметры напряжения и указания по использованию.

С обратной стороны характеристики, основные звуковые и световые сигналы.

На правой грани имеется блок разъемов, прикрытых резиновой заглушкой. Под ней силовой разъем для подключения «крокодилов», световой индикатор, разъем DC и маленькая кнопка включения.

Аксессуары. В комплекте предусмотрен питающий провод USB-microUSB для зарядки бустера от любого 5V БП, а так же зарядное 12V для питания от автомобильного прикуривателя. Полная зарядка от 5V будет существенно дольше, нежели напрямую от АКБ автомобиля.

«Крокодилы» имеют приличный запас по сечению (используется калибр 8AWG или 10mm2), но общая длина всего — 50см. Подключение через штекер EC5-M. Напряжение на ХХ отсутствует (даже при полностью заряженных конденсаторах), поэтому использование данного бустера максимально безопасное.

Штатная фиксация через металлический зажим типа «Крокодил». Перемычка между губками выполнена из того же сечения, что и основной силовой кабель.

Проверяем индикацию сразу после распаковки. Для этого подключаем зарядный кабель 5V, смотрим на экран и сменяющееся напряжение: 5.1, 8, 9.7, 10.3, 14V. Как было сказано в начале обзора, общее время старта для запуска авто (напряжение 14V) составляет около 3 минут. Т.е при разряженном аккумуляторе автомобиля выполняем подключение бустера к клеммам и наблюдает отображение напряжения конденсаторов и сменяющиеся проценты наполнения заряда. Тем самым бустер берет заряд даже с разряженного аккумулятора для пуска автомобиля. При достижении 100% заряда, аккумулятор снизил напряжение на воловину вольта!
В этом и кроется основное отличие бустера на суперконденсаторах от бустера на Ion аккумуляторах, которые необходимо держать заряженными для экстренной ситуации. Бустер на ионисторах достаточно подключить к разряженной батареи, что бы начался процесс заряда.

В качестве теста попробуем завести бензиновый УАЗ 452 объемом 2.7 литра с помощью «мертвого» аккумулятора, который под нагрузкой имеет просадку до 6 вольт. Для правильной работы пуско-зарядного устройства Autowit Super Cap 2 необходимо выполнить следующий порядок действий:

• Подключение клемм-крокодилов.
• Подключение штекера EC5-M к разъему бустера.
• Издается первый звуковой сигнал, после которого происходит процесс заряда конденсаторов.
• По истечению некоторого времени (3-4 минуты) издается второй звуковой сигнал и загорается зеленый световой сигнал и надпись Power On.
• Нажимаем на красную кнопку включения, происходит отсчет времени (10 секунд, появляется надпись Getting Ready) и пробуем провернуть стартер.
• После запуска автомобиля отключаем бустер и отключаем клеммы-крокодилы. На экране появляется надпись Finished и оставшийся процент заряда конденсаторов (в случае с УАЗ 452 осталось 84%).

А теперь наглядно. Напряжение исправного аккумулятора без нагрузки.

Подключаем бустер и ждем пока конденсаторы полностью зарядятся. При заряде в 65% напряжение аккумулятора «просаживается» до 12.63 вольта.

После 100% заряда появляется надпись Power On, издается писк и остается только нажать на кнопку включения. Далее происходит отсчет от 10 до 1 под надпись Getting Ready. 

После раздается еще один писк и конденсаторы отдают заряд в аккумулятор. Конечное напряжение равно 14.91 вольт, чего достаточно для запуска авто. 

На экране бустера появляется надпись Discharging и остаточный заряд в нем равняется 90%. Повторный пуск можно совершить через 30 секунд (так написано в мануале).

Более наглядно продемонстрировано в снятом мною видеоролике.

Разборка:

Что могу сказать по итогу, пуско-зарядное устройство Autowit Super Cap 2 является следующей веткой развития автомобильных бустеров, ведь по сравнению с аккумуляторными имеет ряд преимуществ: не подвержен деградации аккумуляторных батарей, не нужно постоянно держать заряженным, не боится морозов. Но за такие преимущества нужно платить, поэтому конечная стоимость выше стоимости бустеров на АКБ. Что эксплуатировать выбирать конечному покупателю, но после теста, мой выбор пал на суперконденсаторы.

Новости

Публикации

Электронные игры «Веселый повар» и «Автослалом». Те самые, из моего детства. Те самые, которые мы с сестрой отнимали друг у друга, на которых устанавливали рекорды, пытаясь набрать 999 очков….

Пройдя долгую историю до наших дней, кофе получило несколько неправильное представление о себе.  Итак, сегодня мы собираемся разрушить семь популярных мифов о кофе. Желание расти и учиться…

Всех приветствую! Продолжаю ознакамливаться с продуктами компании Anker и сегодня у меня на тесте вариант на 45 ватт. Оправдает ли зарядное устройство «Выбор пользователя», разберемся далее в…

Размер плафона 30х8см, есть возможность смены яркости, температуры света, RGB режимы и воспроизведение музыки через встроенный динамик. Управление осуществляется с помощью стандартного настенного…

Далеко не всем нужны топовые накопители, иногда нужно просто хранилище, для системы и небольшого количества личных данных. И тогда все задумываются о базовых накопителях, которые имеют не…

Olight Odience — исключение из правила, что рабочий фонарь недорог и прост функционально. Он исключительно дорогой, аккумуляторный, яркий. У него есть плавная настройка яркости и цветовой…

Суперконденсаторный джамп стартер — гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

Jump starter – это автономное пусковое устройство, позволяющее завести автомобиль с разряженной АКБ. Практически все массовые джамп стартеры на рынке построены на базе литиевых аккумуляторов. Джамп стартеры на суперконденсаторах (ионисторах) распространены не так широко, да и стоят в разы дороже. Но они обладают несколькими безусловными достоинствами, которые для меня оказались решающими. В отличие от типовых джамп стартеров с литий-полимерными аккумуляторами, джамп стартер на суперконденсаторах не боится морозов, может храниться в машине полностью разряженным, заряжается от нуля до рабочего напряжения за несколько минут — даже от полностью разряженной АКБ. Суперконденсаторы по сравнению с литиевыми аккумуляторами имеют повышенный срок эксплуатации — более 10 лет, они безопасны — не вздуваются, не взрываются и не горят, как литиевые аккумуляторы. Суперконденсаторный джамп стартер, это по сути «палочка-выручалочка» в багажнике машины – безопасная, не требующая никакого обслуживания и всегда готовая к работе. В обзоре я расскажу о своем опыте изготовления и эксплуатации такого джамп стартера.

Я решил начать обзор с главного – из чего и как я сделал суперконденсаторный джамп стартер. А дополнительную информацию (подбор комплектующих, расчеты параметров суперконденсаторов, измерение емкости, графики и прочие технические детали) — я поместил под спойлером в конце обзора.

Для сборки джамп стартера изначально были заказаны следующие компоненты:
Пластиковый корпус 250*80*70 мм https://aliexpress.com/item/item/32958756775.html
Модуль 16.2V 83F из 6-ти конденсаторов 2.7v 500F в сборе с платой балансировки ebay.com/itm/264037856968
Повышающе-понижающий преобразователь https://aliexpress.com/item/item/32843350018.html
Понижающий преобразователь https://aliexpress.com/item/item/32988783084.html
Комплект разъемов EC5 в сборе (5 мам и 5 пап) https://aliexpress.com/item/item/990207098.html
Готовые стартовые провода с разъемом EC5, с диодами https://aliexpress.com/item/item/32825065311.html

Вначале я собрал такой «полуфабрикат», чтобы провести полевые испытания на своем автомобиле с двигателем 1.

6 л и стартером 1.4 КВт:

Зарядив модуль до 16 В и подключив параллельно разряженной АКБ, со второй попытки я смог завести машину. До скольки вольт была разряжена АКБ, я уже не помню, но самостоятельно машина не заводилась. Также пробовал с помощью этой конструкции завести двигатель и без АКБ, сделав провода без диодов из предыдущего обзора , но ничего не получилось. Такие результаты меня разочаровали, ведь, по данным проф. Валеева (более подробно, см. под спойлером в конце обзора), емкость в 50 – 300 фарад позволяет завести двигатель автомобиля даже без аккумулятора.

Тогда я решил потестировать этот модуль. И выяснились две неприятные вещи:
— Емкость одного китайского конденсатора оказалась чуть ли не вдвое меньше, в районе 270 фарад вместо заявленных 500. Так что 83 фарад в модуле и близко не было.
— Установленная китайцами плата балансировки явно не справлялась со своими обязанностями. Часть конденсаторов были недозаряжены, а часть перезаряжены, как видно на фото ниже:

Причина видимо в том, что ток балансировки в этой плате всего 50 мА, чего очевидно недостаточно для зарядки большим током конденсаторов, имеющих большой разброс по току утечки и емкости.
Тогда я решил заказать нормальную плату балансировки 2.7v 500F, с током балансировки до 1 А и индикацией начала балансировки https://aliexpress.ru/item/item/33010516886.html и дополнительные 6 конденсаторов 2.7v 500F https://aliexpress.ru/item/item/32956562880.html, чтобы запараллелить с уже имеющимися с целью увеличения емкости.
Вот они:

Припаяв новые конденсаторы к этой плате, я провел тестирование полученного модуля.
Сама плата балансировки оказалась на редкость качественной, напряжение на каждой из 6-ти ячеек она держала одинаковым с точностью до сотых вольта! А вот емкость черных конденсаторов опять оказалась меньше, примерно такой же, как и у синих, на уровне 300 фарад вместо номинальных пятисот. Но я был уже морально подготовлен к этому и даже не очень расстроился)

Теперь надо прикинуть, как впихнуть 12 конденсаторов в коробочку, которую я подобрал ориентируясь только на один модуль из 6 конденсаторов. Оказалось, сделать это можно!

Но пришлось пожертвовать одной из плат балансировки, думаю вы догадались какой). А также высота корпуса для единственно возможного вертикального размещения 12 конденсаторов оказалась недостаточной – крышка не закрывалась. Как была решена эта проблема, наверно сразу понятно из заглавного фото к обзору.

Приступаем к сборке

Из-за очень плотной компоновки место для монтажа разъемов EC5 было только с торцов корпуса, в нишах между наплывами для крепления крышки. С EC5, пожалуй, и начнем.

Убираем лишнее с наплыва резьбовой втулки при помощи осциллятора. Никаким другим инструментом туда попросту не подлезть. Делаем отверстия под фишку разъема и примеряем:

После припайки проводов в гильзы разъема монтируем его, используя штатную резьбовую втулку корпуса. Головка винта не дает перемещаться разъему внутрь корпуса, а гайка фиксирует разъем от выпадения из корпуса:

Для надежности я еще зафиксировал эти места клеем-гелем, а также приклеил сам разъем к боковой стенке корпуса.
C помощью «третьей руки» припаяем провода в гильзы EC5. В прошлом обзоре я делал это мини-горелкой. Но паять два провода в одну фишку горелкой неудобно, поэтому использовал мощный советский 100-ваттный паяльник). Силовые провода те же, ПуГВ (ПВ3) сечением 10 мм², зарядные провода сечением 4 мм². Монтируем разъемы EC5 в посадочные места, формуем и протягиваем провода. Конденсаторы будут соединяться по схеме 6S2P, поэтому силовой провод на конце распускаем на 2 одинаковые по толщине части для подключения каждого из 2-х модулей. Из электрокартона вырезаем полосу и делаем отверстия под выводы конденсаторов. Да, есть материалы и получше электрокартона, тут я спорить не буду. Присоединение дополнительных 6-ти конденсаторов делается при помощи скобок из 4 мм² провода, вверху они сложены образуя удвоенное сечение 8 мм². Разрядив предварительно ионисторы, начинаем их паять:

После завершения покрываем места пайки электроизоляционным лаком, наклеиваем термоскотч и нижняя часть джамп стартера готова. Зарядим сборку до 16.2 вольт и проверим как работает балансировка. Хотя в описании платы стоит 2.7v 500F, составные ионисторы большей емкости она тоже неплохо балансирует. Напряжение на каждом элементе примерно одинаковое 2,65±0,1V, что меня вполне устроило. Также надо отметить, что при высоком токе балансировки силовые элементы платы (нижний ряд на фото) достаточно сильно греются:

Перед изготовлением верхней половины джамп стартера (крышки) еще раз проводим полевые испытания нижней половины на автомобиле и убеждаемся, что все работает нормально. Двигатель теперь запускается как с разряженной до 7.1 вольт АКБ, так и без нее. Зарядка конденсаторов от такой разряженной АКБ идет нормально, хотя и несколько медленнее.

На фото выше виден повышающе-понижающий преобразователь (DC/DC step up / step down сonverter) c заявленной макс. мощностью 80 Вт, который используется для зарядки джамп стартера до 16 вольт от разряженной АКБ. На него есть обзор уважаемого kirich. Выходной ток (ток заряда ионисторов, в нашем случае) можно регулировать от 0 до 10 А, я остановился на 4 А. При таком токе в конце заряда ионисторов преобразователь будет развивать мощность порядка 65 Вт (16 В х 4 А) и радиаторы на силовых ключах преобразователя будут существенно греться. Потребляемый ток от разряженной АКБ будет еще выше (65 Вт делим на напряжение АКБ) и ее напряжение просядет на 1-2 вольта. Чтобы сократить время заряда ионисторов еще на одну или две минуты, ток заряда можно сделать и больше, но надо учитывать, что не всякий источник питания помимо АКБ, потянет столько ватт. Также ток заряда не следует слишком задирать еще по одной причине. В своем обзоре kirich упоминал, что преобразователь после прогрева поднимал напряжение на выходе из-за того, что резисторы цепи обратной связи и подстроечный резистор не прецизионные и «уходят» от нагрева. А это может привести к перезаряду ионисторов.

Для эффективного отвода тепла от преобразователя и платы балансировки в корпусе с такой плотной компоновкой компонентов, я решил сделать активное охлаждение. Оно будет размещено в крышке джамп стартера.

Изготовление крышки

Для надежности из преобразователя выпаиваем клеммники и на их место припаиваем провода. В боковую стенку крышки устанавливаем вольтметр с выключателем:

Активное охлаждение будет обеспечивать 5-ти вольтовая турбинка с какого-то ноутбука. Как видим ниже, она по размеру не входит в крышку, пришлось убрать лишнее. На Али можно найти подобные кулеры разных размеров, в том числе и под такую крышку. Вот, например https://aliexpress.com/item/item/32510837317.html Но поскольку этот кулер уже был у меня в наличии, я его и поставил. В крышку заплавляем паяльником резьбовые втулки для крепления платы преобразователя. Торцевую стенку крышки частично убираем для отвода воздушного потока от кулера.

Временно прикрутив плату, делаем крышку для отвода воздушного потока из корпуса. Для удобства наблюдения за платой я решил сделать ее из прозрачного пластика. Размечаем, сверлим отверстия под винты крепления крышки и крутилки резисторов настройки, выпиливаем вырезы под крепления двух частей корпуса. Проклеиваем стыки тканевой лентой с ворсом Tesa, прикручиваем плату к крышке корпуса по диагонали и также прикручиваем крышку самой платы на фиксатор резьбы (красный).

Для удобства работы я сделал обе половины корпуса разделяемыми, соединив провода автоклеммами. Со входа зарядки в крышку приходит плюс и минус. С этих проводов сделал отвод на понижайку, которая подает 5 вольт в кулер. Понижайку я смонтировал на автоскотч 3М. С выхода преобразователя идет плюс и минус на ионисторы. С этих проводов сделал отвод на вольтметр через выключатель. Объединять минусовой провод нельзя, т.к. в преобразователе датчик тока стоит в цепи минуса. Ниже готовая крышка:

Как я уже говорил ранее, из-за дополнительных 6-ти конденсаторов крышка не закрывается. Придется делать проставку между верхней и нижней частями корпуса. Не мудрствуя лукаво, вырежем ее из боковой стенки старого системника с помощью ножниц по металлу. Вентиляционные отверстия располагаются со стороны греющихся элементов платы балансировки. Вторая проставка без отверстий, с тем чтобы воздух проходил только в нужной области.
Схема работы активного охлаждения: воздух всасывается в корпус через отверстия в передней проставке, проходит над силовыми ключами платы балансировки в турбину кулера, далее продувает плату преобразователя и выходит через торец крышки.

На этом джамп стартер готов. Можно соединять две половины и пользоваться.

Схема джамп стартера:

Но перед использованием его нужно настроить.

Настройка

Подключаем вход преобразователя к регулируемому БП и устанавливаем на БП нижний порог напряжения от которого должен заряжаться джамп стартер. Я поставил 6 вольт. На ненастроенной плате преобразователя при этом будет гореть красный светодиод «fault». Крутим подстроечник UV-SET против часовой стрелки до тех пор, пока на плате не загорится зеленый светодиод. Подключаем вольтметр к выходу платы и подстроечником V-SET ставим 16.1 вольт. Подключаем амперметр в режиме измерения больших токов к выходу платы и подстроечником СС-SET ставим 4 ампер. Осталось проверить как идет зарядка ионисторов во всем диапазоне напряжений от 7 до 35 вольт.

Результат проекта

DIY джамп стартер на суперконденсаторах (ионисторах)
Характеристики

— 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

Возможности

— Гарантированный запуск автомобилей с бензиновым двигателем ≤1.6 л и стартером ≤1.4 КВт, как с разряженным (≥7.1 В) аккумулятором, так и без аккумулятора вообще. Запуск более мощных автомобилей также возможен, но на практике не проверялся.
— Возможность поездок на автомобиле без АКБ при необходимости (например, если АКБ была украдена или вышла из строя). Это безопасно для электрооборудования автомобиля, т.к. подключенный к бортовой сети суперконденсатор является сглаживающим фильтром (буфером) для работающего генератора. Для таких поездок желательно использовать адаптер к проводам АКБ автомобиля вместо стартовых проводов с крокодилами.
— Не требует никакого обслуживания.
— Морозоустойчивый.
— Безопасен при хранении и эксплуатации.
— Может храниться в машине полностью разряженным.
— Заряжается от нуля до рабочего напряжения за несколько минут — даже от полностью разряженной АКБ.

Джамп стартер входит в такой портативный набор для гарантированного запуска двигателя в случае разрядки АКБ:

Также в этот набор входят:
— Стандартные стартовые провода сечением 5,26 мм2 (10AWG) с диодами;
— Усиленные стартовые провода сечением 10 мм2 — обзор;
— Кабель заряда джамп стартера от прикуривателя;
— Кейс.

Запуск автомобиля без АКБ с помощью этого джамп стартера.

Тестовый автомобиль с бензиновым двигателем 1.6 л и стартером 1.4 КВт.

Внимание: Литиевыми джамп стартерами запускать автомобиль без АКБ нельзя! Также нельзя отключать джамп стартер от бортовой сети при работающем без АКБ двигателе во избежание возможного повреждения электрооборудования автомобиля.

Спасибо за просмотр этого обзора и да обойдут вас все проблемы с аккумуляторами стороной!

Обзор системы гарантированного запуска автомобиля на базе этого джамп стартера — mysku.club/blog/diy/78611.html

Для тех, кто хочет большего

Толчком к изготовлению суперконденсаторного джамп стартера для меня послужили комментарии к обзору уважаемого darkbyte «Noname портативное пусковое устройство для автомобиля спустя три года». Матчасть и расчеты параметров суперконденсаторов были найдены в статье «Гибридный автомобильный аккумулятор с суперконденсатором» доктора технических наук И. М. Валеева, профессора кафедры электропривода и электротехники Казанского национального исследовательского технологического университета.

Какой емкости суперконденсаторы используются для изготовления джамп стартера, и сколько их нужно?

Типовое рабочее напряжение одного ионистора 2.7 вольт. Поэтому для повышения напряжения одинаковые ионисторы соединяют в сборке последовательно. Но суммарная емкость при этом уменьшается (емкость одного ионистора делим на их количество в сборке). А сколько вообще фарад нужно для запуска двигателя? Профессор Валеев приводит такие данные для конденсатора 12 вольт:

Так, емкость в 10 – 50 фарад можно использовать в качестве хорошего «помощника» для аккумулятора при запуске стартера, когда он потребляет максимальный, пиковый ток. Это позволит обеспечить более щадящий режим эксплуатации аккумулятора и продлевает срок его службы.
Емкость в 50 – 300 фарад позволяет завести двигатель автомобиля без аккумулятора, но нуждается в
таковом для последующей быстрой подзарядки, например, в случае неудачного запуска. В течение
нескольких минут эта емкость заряжается даже от очень слабого аккумулятора (который самостоятельно не смог бы запустить двигатель) и снова готова к очередному запуску.

Я также читал отзывы, что от суперконденсаторов до 50 фарад толку не особо много, поэтому остановился на емкости в районе 70-100 фарад. Нижнюю границу можно получить, соединив, например, 5 ионисторов по 360 фарад.

Сколько это все стоит?

Лучшие на рынке суперконденсаторы производит компания Maxwell Technologies (США). Недавно ее купила компания TESLA. “I’m a big fan of ultracapacitors”, признается Илон Маск в своем твиттере. Суперконденсаторы были темой докторской диссертации Маска в Стэнфордском университете. Во время выступления на Cleantech Forum, отвечая на вопрос, на чем будет ездить транспорт будущего, Маск заявил: “If I were to make a prediction, I’d think there’s a good chance that it is not batteries, but super-capacitors. ” Ну что же, поживем-увидим)
Текущие цены и доступность продукции Maxwell совсем не радуют. Модели 360-650 фарад сняты с производства, на Ebay можно найти вроде бы оригинальные BCAP0650 2.7V 650F за $25.00/шт. У официального дистрибьютора Maxwell в наличии есть только 2.7V 3000F за $50.77/шт.

Из таких 3000Ф ионисторов можно собрать уже полноценную замену АКБ, как пишет проф. Валеев:

Емкости более 400 фарад можно использовать вообще без аккумулятора, а для поддержки заряда и питания слабосильных потребителей во время стоянки, питать их от источников в 5 – 10 А ч.
Емкость в 1000 и более фарад, если таковые у кого-то появятся, могут хранить достаточный уровень заряда продолжительное время, сравнимое со стандартной аккумуляторной батареей и могут таковую заменить по всем параметрам. При том, что срок эксплуатации конденсаторов более 10 лет.

Что, кстати, многие успешно и делают. Достаточно посмотреть плейлист на ютубе по теме Replacing my Car Battery with Maxwell 2. 7v 3000F UltraCapacitors.

Итак, как мы видим, собрать из максвеллов даже скромный 70Ф джамп стартер получится достаточно накладно. Поэтому для первого опыта и решено было остановиться на бюджетных noname конденсаторах 2.7v 500F.

Какое рабочее напряжение суперконденсаторного модуля оптимально?

Из 5 конденсаторов 500 фарад каждый получится модуль 100 фарад 13.5 вольт. Из 6 таких конденсаторов соответственно 83 фарад 16.2 вольт. Первый вариант кажется более привлекательным – он дешевле и емкость больше. Но в нем есть 2 проблемы.
— 13.5 вольтовую сборку нельзя подключать напрямую к АКБ, т.к. напряжение бортсети после запуска двигателя будет в районе 14.5 вольт. А 16 вольт для более-менее современного автомобильного электрооборудования не является проблемой.
— Энергии в 13.5В конденсаторе будет меньше, чем в 16.2В. Несмотря на более высокую емкость!

Нужна ли балансировка?

Да, обязательно. Ионисторы имеют значительный разброс по емкости и току утечки. Без балансира это может привести к выходу из строя одного или нескольких конденсаторов в сборке из-за превышения номинального напряжения на элементе в последовательном соединении.

Как измерить реальную емкость суперконденсаторов?

Обычным мультиметром этого не получится сделать, т.к. его максимальная измеряемая емкость обычно ограничена десятком миллифарад. Ее можно посчитать, например, через ток и время разряда, как это сделал уважаемый Maksus в своём обзоре. Фирма Maxwell использует аналогичный принцип в своей методике измерения емкости, воспроизвести которую в домашних условиях вряд ли возможно. Не имея специализированного оборудования, емкость также можно определить с помощью электронной нагрузки, через напряжение и отданную энергию разряда, как это сделал я. Но из-за ограничения электронной нагрузки по мощности значение емкости получится заниженным — Maxwell рекомендует ток разряда 100mA/F, т.е. конденсатор 100 фарад 16 вольт нужно разряжать током 10 ампер, а моя нагрузка имеет потолок всего 30 ватт. Ниже результаты моих измерений на электронной нагрузке с четырехпроводным подключением ZKETECH EBD-M05:

Разряд до половинного напряжения, с 16 до 8 вольт.

Разряд до минимального напряжения, с 16 до 0,7 вольт.
До нуля разрядить на нагрузке конденсаторы не получится из-за эффекта, который называется диэлектрическая абсорбция.

Бонус

Элементную базу для описанного в обзоре джамп стартера я подбирал и покупал год назад, в январе 2019. В частности, собранная мною связка из дискретных ионисторов и платы балансировки была на тот момент пожалуй оптимальным доступным решением. Для моего автомобиля возможностей такого джамп стартера более чем достаточно. Но неутомимые китайцы не стоят на месте и недавно вывели на рынок вот такой модуль 17V 566F, с платой балансировки и выходными клеммами под болт https://aliexpress.com/item/item/33035923574.html


Если бы я делал джамп стартер сейчас, я бы предпочёл купить этот модуль, а не заморачиваться с монтажом двенадцати отдельных конденсаторов и платы балансировки.

Также в комментариях к обзору про стартовые провода, спрашивали, сможет ли суперконденсаторный джамп стартер завести дизельный авто с двигателем 2 литра с севшим аккумулятором в 20 градусный мороз с холодным двигателем и прогревом свечей накала? Думаю, что джамп стартер с этим модулем – точно сможет!

Первый кремниевый ионистор / Хабр Они способны очень быстро заряжаться/разряжаться и хранить гораздо больше энергии, чем обычные конденсаторы, благодаря уникальной особенности — двойному слою ионов и противоионов, которые выполняют роль пластин электролита.

Ранее никто не мог предположить, что кремниевые ионисторы можно создавать без использования химического электролита. Однако в научной статье в журнале Scientific Reports от 22.10.2013 указано, что это удалось сделать ученым из Университета Вандербильта. Они первыми в мире создали кремниевый ионистор путем травления кремниевой подложки и покрытия пластин графеном.

Трудно даже описать, какие это перспективы для мобильной электроники, ведь теперь можно хранить заряд прямо на чипе, без необходимости заряжать химический аккумулятор! Представьте себе солнечные панели, которые хранят заряд и круглосуточно выдают электричество. Мобильный телефон или ноутбук, который заряжается за несколько секунд и продержится неделю без подзарядки или, наоборот, может разрядиться за секунду, как электрошокер. И это только самые очевидные примеры.

«Если вы спросите у эксперта, можно ли создать кремниевый ионистор, он сразу скажет вам, что это безумная идея», — говорит Кэри Пинт (Cary Pint), доцент инженерного факультета Университета Вандербильта, при чье исследование лидерства было проведено (на фото). «Но нам удалось найти простой способ сделать это».

Уникальные свойства электрохимических ионисторов уже позволили найти им коммерческое применение. Правда, только в каких-то узких нишах. Например, они используются для накопления кинетической энергии от торможения в автомобилях Формулы-1 и некоторых коммерческих автомобилях, автобусах и электромобилях. Это системы типа KERS: они вскоре отдают накопленную энергию колесам, добавляя крутящий момент при разгоне. Ионисторы ставят большие ветряки на турбины, которые нуждаются в подпитке энергией в момент изменения силы и направления ветра.

Ионисторы пока уступают по плотности энергии химическим батареям типа литий-ионных, поэтому они слишком громоздки для большинства мобильных устройств, но быстро ликвидируют отставание.

На диаграмме показана плотность энергии (ватт-час на кг) и удельная мощность (ватт на кг) ионисторов на основе пористого кремния (P-Si), углеродных промышленных ионисторов и ионисторов на основе пористого кремния с графеновым покрытием

Следует Отметим, что в последнее время проводятся эксперименты с ионизаторами из графена или нанотрубок, так что новая работа инженеров из Университета Вандербильта несколько выбивается из общего потока.

Простота их подхода заключается в использовании пористого кремния — материала с контролируемыми свойствами, который можно легко получить путем травления «пластин». Инженеры обнаружили, что когда материал покрывается слоем графена, его свойства как ионистора резко улучшаются.

«Мы понятия не имели, что произойдет [когда мы начали эксперименты], — говорит Пинт. «Обычно исследователи выращивают графен из карбида кремния при температуре выше 1400°С, поэтому при более низких температурах 500-600°С мы не ожидали, что вырастет что-то подобное».

Когда инженеры вынули кремниевую пластину из печи, они увидели, что ее цвет уже не оранжевый, а фиолетовый, иногда черный. Электронно-микроскопическое исследование показало, что пористый кремний покрыт тонким слоем углерода толщиной в несколько нанометров.

Структура пористого кремния без покрытия графеном (слева) и с покрытием (справа)

Испытания показали, что графеновое покрытие действует как защитный слой, а при зарядке ионизатора максимальная плотность энергии увеличивается на 25 раз.

Авторы исследования говорят, что целью их работы является не создание ионисторов с рекордной плотностью энергии, а их интеграция в обычные микросхемы, которые изготавливаются по стандартному технологическому процессу. Наиболее логичным вариантом является установка ионисторов на тыльной стороне солнечных панелей и датчиков. Все больше и больше устройств вокруг нас требуют электроэнергии: «Чем лучше мы сможем интегрировать накопители энергии в существующие материалы и устройства, тем более компактными и эффективными они станут», — говорит Пинт.

Что такое суперконденсаторы | Ионисторы, ультраконденсаторы, двухслойные электрохимические конденсаторы, электрический двухслойный конденсатор

Ионисторы, суперконденсаторы, ультраконденсаторы — история создания и развития техники

7 июня 1962 года Роберт Рейтмайер, химик Американского Компания Standard Oil (SOHIO) в Кливленде, штат Огайо, подала заявку на патент, в которой подробно описывается механизм хранения электроэнергии в двухслойном конденсаторе.

Если в обычном конденсаторе Поскольку алюминиевые пластины традиционно изолировались диэлектрическим слоем, в варианте, предложенном изобретателем, упор был сделан непосредственно на материал пластин. Электроды должны были иметь разную проводимость: один электрод должен был иметь ионную проводимость, а другой — электронную.

Таким образом, в процессе заряда конденсатора будет происходить разделение электронов и положительных центров в электронном проводнике и разделение катионов и анионов в ионном проводнике.

Электронный проводник предлагалось изготавливать из пористого углерода, тогда ионный проводник мог представлять собой водный раствор серной кислоты. В этом случае заряд накапливался бы на границе раздела этих специальных проводников (того самого двойного слоя). Разность потенциалов этих первых ионисторов могла достигать значения в 1 вольт, а емкость — единиц фарад, ведь теперь расстояние между обкладками было меньше 5 нанометров.

В 1971 году лицензия была передана японской компании NEC, которая на тот момент занималась всеми направлениями электронной связи. Японцы добились успеха в продвижении на рынок электроники технологии под названием «Суперконденсатор» .

Семь лет спустя, в 1978 году, Panasonic, в свою очередь, выпустила Gold Capacitor, также завоевавший успех на этом рынке. Успех был обеспечен удобством использования ионисторов для питания энергозависимой памяти SRAM. Однако эти ионисторы имели большое внутреннее сопротивление, что ограничивало возможность быстрого извлечения энергии, а потому сильно сужало область применения.

В 1982 году специалисты Американского научно-исследовательского института Pinnacle (PRI), расположенного в Лос-Гатосе, штат Калифорния, работая над улучшением материалов электродов и электролитов, разработали ионизаторы с чрезвычайно высокой плотностью энергии, появившиеся на рынке под названием «PRI Ultracapacitor».

Спустя 10 лет, в 1992 году, компания Maxwell Laboratories (позднее сменившая название на Maxwell Technologies, Сан-Диего, Калифорния, США) начала разработку технологии PRI под названием «Boost Caps». Теперь целью было создание конденсаторов большой емкости с низким сопротивлением, чтобы иметь возможность питать мощное электрооборудование.

Рис. 1. Суперконденсатор SAMWHA ELECTRIC DH5U308W60138TH

В 1999 г. тайваньская компания UltraCap Technologies Corp. также начала сотрудничать с PRI, которая к тому времени разработала керамический электрод с чрезвычайно большой площадью поверхности, а к 2001 г. запущен. С этого момента началась активная разработка технологии во многих научно-исследовательских институтах мира.

На российском рынке тоже есть игроки, так компания «Ультраконденсаторы Феникс» (ООО «УКФ») — инжиниринговая компания, специализирующаяся на проектировании, разработке, производстве и практическом применении решений и систем на основе суперконденсаторов/ионизаторов. Компания работает в тесном сотрудничестве с лучшими мировыми производителями и активно перенимает их опыт.

Применение ионисторов

Единицы ионисторов на фарад получили заслуженное применение в качестве резервных источников питания во многих приборах. Начиная с питания таймеров телевизоров и микроволновых печей, и заканчивая сложными медицинскими приборами. Как правило, ионисторы устанавливаются на карты памяти.

При замене батарейки в видео или фотоаппарате ионистор поддерживает питание цепей памяти, отвечающих за настройки, то же самое касается музыкальных центров, компьютеров и другой подобной техники. Телефоны, электронные счетчики электроэнергии, системы охранной сигнализации, электронные измерительные приборы и медицинские приборы – суперконденсаторы нашли применение повсеместно.

Рис. 2. Суперконденсаторы (ионисторы)

Малые ионисторы с органическим электролитом имеют максимальное напряжение около 2,5 вольт. Для получения более высоких допустимых напряжений ионисторы соединяют в батареи, обязательно используя шунтирующие резисторы.

К достоинствам ионисторов можно отнести: высокую скорость заряда-разряда, устойчивость к сотням тысяч циклов перезарядки по сравнению с аккумуляторами, малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами, низкую токсичность, устойчивость к разряду до нуля.

Рис. 3. Источник бесперебойного питания на суперконденсаторах

Рис. 4. Суперконденсаторные автомобильные модули

Перспективы

это приведет к полной замене аккумуляторов суперконденсаторами во многих областях техники.

Недавние исследования группы ученых Калифорнийского университета в Риверсайде показали, что новый тип ионистора основан на пористой структуре, где частицы оксида рутения нанесены на графен, превосходящий его лучшие аналоги почти в два раза.

Исследователи обнаружили, что поры «пенопласта графена» имеют наноразмеры, подходящие для удержания частиц оксидов переходных металлов. Суперконденсаторы на основе оксида рутения в настоящее время являются наиболее перспективным вариантом. Безопасно работая на водном электролите, они обеспечивают увеличение запасаемой энергии и увеличивают допустимую силу тока в два раза по сравнению с лучшими ионисторами, доступными на рынке.

Они запасают больше энергии на каждый кубический сантиметр своего объема, поэтому было бы целесообразно заменить ими батарейки.