Суперконденсаторный джамп стартер — гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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 aliexpress.com/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 aliexpress.com/item/32843350018.html

Понижающий преобразователь aliexpress.com/item/32988783084.html

Комплект разъемов EC5 в сборе (5 мам и 5 пап) aliexpress.com/item/990207098.html

Готовые стартовые провода с разъемом EC5, с диодами aliexpress.com/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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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 aliexpress.com/item/32816405223.html и дополнительные 6 конденсаторов 2.7v 500F aliexpress.com/item/33029566471.html, чтобы запараллелить с уже имеющимися с целью увеличения емкости.

Вот они:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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!

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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.

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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 aliexpress.com/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.

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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).

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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.

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

Но перед этой заключительной операцией 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

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель 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!

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!

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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:

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

Разряд до половинного напряжения, с 16 до 8 вольт.

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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 aliexpress.com/item/33035923574.html

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

Суперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБСуперконденсаторный джамп стартер - гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

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!

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Agkz.ru - блог файлообменника
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: