Пусковое конденсаторное устройство для автомобиля: Система гарантированного запуска на суперконденсаторах

Содержание

Система гарантированного запуска на суперконденсаторах

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

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

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

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

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

Изготовление блока управления

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

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

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

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

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

Вклеиваем стекло и вольтметры. Торцы вольтметров зачерняем маркером:

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

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

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

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

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

Блок управления готов:

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

Результаты проверки меня полностью удовлетворили.

Изготовление корпуса под суперконденсаторный модуль, подключение силового и защитного реле

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

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

Делаем остальные коммутации под крышкой реле:

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

Установка в автомобиль

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

До и после.

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

На этом установка системы завершена!

Запуск автомобиля с разряженной АКБ, который самостоятельно не заводится

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

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

Опыт эксплуатации

Система была изготовлена и установлена на автомобиль несколько месяцев назад, осенью 2019 г. Работала и работает сейчас в буферном режиме. По сравнению со штатным режимом (без ионисторов), прокрутка и запуск двигателя происходит легче и быстрее. На авто стоит старая АКБ, сильно уставшая от прошлых разрядок в ноль из-за утечек. Менять ее на новую не собираюсь, надо же как-то отбивать расходы на систему гарантированного запуска). Из-за необычно мягкой зимы в наших краях всегда завожусь без проблем и в буферном режиме. Бустерный режим был успешно протестирован на холодном запуске с разряженной до 11.2 вольт АКБ при температуре ДВС минус 7 градусов. Насчет улучшения качества звука. Аудиосистема в машине стоит самая обычная, JVC KW-V12 (50 Вт х 4) + колонки JBL CS760C, отдельного усилителя и сабвуфера нет. На малой и средней громкости какой-либо разницы в качестве звука я не заметил.

А на максимальной громкости напряжение в бортсети изменяется не так сильно и звучание басов стало в целом лучше.

Результат проекта

Система гарантированного запуска на суперконденсаторах (ионисторах)

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

Система поддерживает три режима работы

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

Характеристики

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

Блок управления

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

Блок коммутации и защитного отключения

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

Возможности

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

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

Для тех, кто хочет большего

Какие бывают схемы подключения ионисторов к АКБ?

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

В чем разница между буферным и бустерным режимами?

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

Зачем нужен бустерный режим?

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

Почему использование суперконденсаторов позволяет продлить срок службы АКБ?

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

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

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

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

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

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

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

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

Каким образом суперконденсаторы способны повысить качество звучания автомобильной аудиосистемы?

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

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

Пусковое устройство BERKUT Specialist — преимущества — журнал За рулем

Проблемы с АКБ зимой превращаются в настоящую головную боль для многих водителей. При низкой температуре аккумулятор нередко оказывается неспособным дать достаточный ток для запуска двигателя. Причем очень часто с подобной проблемой приходится сталкиваться в самых неподходящих ситуациях. Действительно, если необходимо срочно куда-то ехать или вы находитесь вдалеке от города, то отказ аккумулятора может стать серьезной проблемой.