Суперконденсаторный джамп стартер v2.0

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов Джамп стартер (Jump starter) – это портативное пусковое устройство для кара. При помощи устройства из обзора можно гарантированно завести кар с разряженным аккумом либо совсем без оного. Суперконденсаторы (ионисторы), из которых собрана батарея этого джамп стартера (16.2 вольт/108 фарад/14 килоджоулей/14 киловатт-секунд) — неопасны, долговечны, морозостойки, могут годами храниться в машине стопроцентно разряженными, а в случае необходимости заряжаются от нуля до рабочего напряжения 16 вольт за пару минут, даже от стопроцентно разряженной (прямо до 7 вольт) АКБ. При разряде до напряжения 8 вольт данное пусковое устройство может в одиночку крутить движок авто с киловаттным стартером в течение 10.5 секунд. По сопоставлению с первым джамп стартером, новенькая версия проще в изготовлении, безопаснее и сильнее. Под катом вас ожидает подробный рассказ о сборке и испытаниях этого аксессуара.

Как это работает

Ионисторы — это разновидность конденсаторов весьма высочайшей емкости с большенными токами разряда. Маленькие размеры таковых ионисторов разрешают собрать из их малогабаритное пусковое устройство для пуска мотора на вариант, если штатная АКБ кара окажется так разряжена что будет неспособна крутить стартер.

Для пуска кара заряженные до 16 вольт конденсаторы пускового устройства подключаются к бортовой сети кара (к клеммам АКБ). Для большинства современных авто такое напряжение неопасно, плюс-минус 16 вольт — это верхняя допустимая граница напряжения в бортсети. При всем этом напряжение в бортсети резко поднимается на несколько вольт, а потом плавненько начинает уменьшаться. Пуск мотора производится сходу же опосля подключения джамп стартера.

Перед внедрением пусковое устройство необходимо зарядить до рабочего напряжения 16 вольт, при котором его энергия близка к максимуму. Для такового заряда от АКБ кара служит интегрированный в пусковое устройство повышающий преобразователь.

Таковым образом, конденсаторы увеличивают напряжение на разряженном аккуме и берут на себя пиковый ток при запуске стартера. Это дозволяет удачно завести машинку с севшей по той либо другой причине АКБ (не выключенные габариты, открытые двери, низкая температура, разряд АКБ предпусковым подогревателем, и т.д. и т.п.).

Как это устроено

Основой суперконденсаторного джамп стартера являются 6 схожих конденсаторов на 2.85 вольт 700 фарад любой, соединенных поочередно. При поочередном соединении напряжения всех конденсаторов суммируются. Это разрешают получить макс. допустимое напряжение конденсаторной батареи 17.1 вольт (2.85 вольт х 6). Но общая емкость при таком поочередном соединении миниатюризируется — емкость 1-го ионистора делится на их количество в батарее. В нашем случае суммарная емкость составит 117 фарад (700 фарад / 6). В итоге выходит конденсаторная батарея с макс. напряжением 17.1 вольт и емкостью 117 фарад. Сходу скажу, что заряжать до 17.1 вольт совсем необязательно. Довольно до 16-16.5 вольт. А вот имеющийся у конденсаторов припас по напряжению — это доп плюс в части сохранности.

Для уверенного пуска мотора, как наряду с АКБ, так и без АКБ, нужна емкость 50-300 фарад. Больше естественно лучше, но за все необходимо платить. Вырастет стоимость конденсаторов, существенно возрастет время их заряда до рабочего напряжения, увеличатся общие габариты такового устройства. Джамп стартер на 300 фарад имеет смысл быстрее для массивных дизелей и джипов, для обыкновенной бензиновой легковушки и маленьких дизелей нормально и довольно емкости в районе 100 фарад.

Конструктивно суперконденсаторный джамп стартер является весьма обычным устройством:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Он состоит из батареи ионисторов (1), платы балансировки ионисторов (2), платы заряда ионисторов от наружного источника (3), выключателя/автоматического предохранителя (4) в выходной цепи и вольтметра (5) для контроля выходного напряжения ионисторов при включенном тумблере или напряжения на клеммах АКБ при выключенном тумблере.

Как много это стоит

Главные составляющие для данной схемы были куплены на Алиэкспрессе:

— Набор из 6-ти ионисторов 2.85 вольт 700 фарад (1), в сборе с платой балансировки (2) https://aliexpress.ru/item/item/4001152239023.html

— Плата заряда ионисторов (3) https://aliexpress.ru/item/item/32843350018.html

— Выключатель/автоматический предохранитель (4) https://aliexpress.ru/item/item/32797342228.html

— Вольтметр (5) https://aliexpress.ru/item/item/4000329660734.html

— Набор разъемов EC3 в сборе (5 мам и 5 пап) https://aliexpress.ru/item/item/990207098.html

— 2 набора крокодилов с крепежом (для стартовых проводов и для кабеля зарядки от АКБ) https://aliexpress.ru/item/item/32820189311.html

Скрин покупки перечисленного выше с ценой в рублях и баксах Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Это приблизительно 75 баксов по курсу на денек покупки

В качестве корпуса для джамп стартера употребляется обыденный пластмассовый ящик для инструментов. Брал в местном магазине voronezh.poryadok.ru/catalog/yashchiki_dlya_instrumentov/2722/

Стартовые провода и внутренние силовые провода изготовлены из медного провода ПуГВ (ПВ3) 10 кв.мм, оставшегося у меня от прошлых проектов. Брал в местном магазине по стоимости приблизительно 1 бакс/метр.

Наконечник медный луженый ТМЛ 10мм.кв. х М6 пр-ва КВТ, 2 шт, также брал в оффлайне приблизительно за 35 центов avselectro.ru/catalog/kabeli-i-provoda/aksessuary-dlya-kabelya/kabelnye-nakonechniki-i-soediniteli-gilzy/234907

Итого стоимость всех компонент для сборки этого джамп стартера – приблизительно 80 баксов.

Входной контроль и проверка настоящих характеристик ионисторов

Ионисторы и плата балансировки пришли в таковой упаковке, какие-либо повреждения отсутствуют:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Размеры конденсаторов — 7.2×3.5 см.

Размеры платы балансировки — 23.1×3.6 см.

Плата балансировки – неплохого свойства, отмытая на заводе, с толстым слоем двухсторонней медной металлизации и обилием сквозных металлизированных отверстий. Эти отверстия увеличивают эффективность остывания отводя часть тепла с лицевой на оборотную сторону платы. При начале балансировки плата начнет нагреваться, рассеивая тепло с нагрузочных резисторов, потому перед припаиванием конденсаторов наклеиваем на их прокладки из электрокартона (чтоб не грелись конденсаторы от платы):

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Заряжаем собранную батарею и проверяем работу схемы балансировки. Светодиоды индикации балансировки начинают зажигаться кое-где при 16.5 вольт, а уже при 16.9 вольт пылают все 6 светодиодов.

Механизм работы схемы балансировки:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Параллельно любому ионистору подключен нагрузочный резистор и транзисторный ключ. Пока на ионисторе наименее 2.8 вольт, цепь разомкнута и соответственно ток через нагрузочный резистор не идет. Пример: резистор R1 выделенный голубым – он прохладный. В конце заряда, когда напряжение на ионисторе добивается 2.8 вольт, ключ замыкается и идет разрядка ионистора на нагрузочный резистор. В этом момент зажигается светодиодный индикатор работы балансировки. Напряжение на ионисторе перестает расти, а нагрузочный резистор начинает нагреваться, т.к. трансформирует излишние вольты в тепло. На схеме это резисторы R2-R6, выделенные красноватым – они жаркие. При подключении таковой батареи к бортсети при работающем генераторе ток через нагрузочные резисторы не идет – все ключи разомкнуты — так как напряжение на любом ионисторе не поднимается выше 2.4 вольт (14.5 вольт / 6). Таковым образом, плата балансировки никак не мешает ионисторам принимать и отдавать наибольший ток.

Для определения настоящей емкости приобретенных ионисторов воспользуемся электрической перегрузкой ZKE EBD-M05:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Согласно методике компании Maxwell, для корректного измерения емкости 117 фарад ток разряда должен быть в районе 11 ампер (из расчета 100 мА на фараду). Но таковой ток 30-ваттная EBD-M05 не может обеспечить, потому значение отданной электроэнергии, через которую рассчитывается емкость, получится заниженным. Незаниженную ёмкость можно найти на перегрузке мощностью от 200 ватт (17.1 В х 11.7 А), которой у меня к огорчению нет.

Разряд с 16.2 вольт до нуля:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Как лицезреем, отданная конденсаторами энергия составляет 3921 мВтч либо 14116 Дж (один джоуль это одна ватт-секунда). Соответственно настоящая емкость сборки – 108 фарад (по формуле E=C*U^2 / 2). Даже с учетом заниженной перегрузкой емкости она составляет ≥92% от заявленной! Непревзойденно, ионисторы оказались полностью пригодные. Я по предшествующему опыту ждал худшего.

Попробуем сейчас найти наивысшую энергию, которую могут дать наши ионисторы. Для этого сборку необходимо зарядить до очень допустимого напряжения 17.1 вольт (2.85 вольт х 6). Но создать это просто так не получится – нагрузочные резисторы платы балансировки будут выражать свое активное недовольство в форме мощного нагрева. Практический потолок по напряжению для данной батареи — 16.9 вольт, когда загораются все 6 светодиодов балансировки:

График разряда с 16.9 вольт до нуля Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Итог: 4209 мВтч либо 15120 Дж.

В отличие от обычных амперчасов, которые пишутся на каждой АКБ, джоули обыкновенному автолюбителю не много о чем молвят. Попробуем их выразить в иной, понятной для всех величине.

Более принципиальные свойства хоть какой батареи (свинцово-кислотной, литиевой, ионисторной и т.д) – это мощность и энергия.

Мощность определяется напряжением и током (Вт=В*А). Конкретно мощность обеспечивает пуск мотора. Требуемая для пуска ДВС мощность указана на стартере. К примеру, для моего авто она составляет 1.4 кВт:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Такую мощность потребляет стартер при прокрутке коленвала ДВС до момента его пуска.

Энергия же указывает возможность обеспечения мощности за просвет времени, потому она определяется, в нашем случае, как Е=кВт*с. Киловатт-секунды, поэтому что мощность стартера измеряется в кВт, а продолжительность его работы — в секундах.

Итак, отданная нашей ионисторной батареей энергия составляет 15 кДж либо 15 кВт*с (один килоджоуль это одна киловатт-секунда). Таковая батарея с энергией 15 кВт*с может выдавать мощность 1 кВт в течение 15 секунд. Либо 3 кВт в течение 5 секунд. И так дальше.

Но есть один аспект. Изюминка авто стартера как перегрузки для батареи в том, что он при снижении напряжения до определённого значения отключается. Потому стопроцентно употреблять всю энергию батареи стартер не сумеет. При повороте ключа зажигания в положение «старт» напряжение бортсети сначала подается на обмотку реле стартера. Малое напряжение, при котором можно запустить стартер, определяется, обычно, напряжением срабатывания, этого реле. А малое напряжение, при котором стартер отключается, определяется напряжением отпускания. Как пример, в моем авто стоит реле стартера 71.3747. По спецификации напряжение срабатывания в нем ≤ 8 вольт, а напряжение отпускания ≤ 4 вольт. На практике, стартер в моем авто перестает крутить при напряжении в районе 6 вольт.

Таковым образом, стартер не сумеет взять от батареи ее полную энергию. Это справедливо для хоть какой батареи, как свинцово-кислотной АБ, так и для ионисторной. В хоть какой разряженной АКБ энергии наиболее чем довольно для пуска, но из-за низкого напряжения употреблять ее не получится!

Потому для авто внедрения ионисторов (для прокрутки электромотора стартера) лучше ориентироваться не на их полную энергию, а на эффективную. Действенная энергия, в нашем случае – это энергия которая отдается при разряде до 6-8 вольт, т.е. до напряжения при котором еще может работать стартер. В 16.2 вольтовой сборке такое напряжение будет при ее половинном разряде, т.е. до уровня 50% от исходного.

Из формулы E=C*U^2 / 2 следует что отдаваемая конденсаторами энергия при 50% разряде (а в нашем случае это и есть действенная энергия) составляет ¾ либо 75% от полной энергии. Поверим либо проверим?

График разряда с 16.2 вольт до 8 вольт Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Итог: 10552 Дж (2931 мВтч), либо 75% от полной энергии (14116 Дж).

Итак, наша батарея с действенной энергией 10552 Дж либо 10.5 кВт*с, заряженная до напряжения 16.2 вольт, может в одиночку крутить движок авто с киловаттным стартером в течение 10.5 секунд. Либо с 1.4 кВт стартером как на моей машине — в течение 7.5 секунд (10.5 кВт*с / 1.4 кВт). И так дальше. При всем этом напряжение на конденсаторах в конце крайней секунды прокрутки стартера составит не наименее 8 вольт.

Подведем результат по настоящим характеристикам нашей батареи:

Емкость: 108 фарад

Энергия (макс.): ≥15 кДж (кВт*с), при разряде с 16.9 вольт до нуля

Энергия (ном.): ≥14 кДж (кВт*с), при разряде с 16.2 вольт до нуля

Энергия (действенная): ≥10.5 кДж (кВт*с), при разряде с 16.2 вольт до 8 вольт

Время прокрутки стартера: ≥10.5 секунд / киловатт, при разряде батареи с 16.2 вольт до 8 вольт

Можно ли без АКБ завести таковой батареей дизель?

В дизеле, в отличие от бензинового ДВС, сначала идет прогрев свеч накаливания (на морозе свечки врубаются на 4-5 секунд), а позже пуск мотора. Потому, по сопоставлению с бензиновыми ДВС такого же размера, дизелю энергии на пуск требуется больше.

Попробуем создать расчет на примере дизеля Тоета Ярис (2014-2017) 1.4 D-4D:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Он оборудован движком 1.4 литра и стартером 1.1 кВт. Одна свеча (FEBI 26243) имеет мощность 242 Вт. За 5 секунд она съест 1.22 кДж. А 4 свечки — 4.84 кДж соответственно. Вычитаем 4.84 из 10.5 кДж (действенная энергия батареи), выходит 5.66 кДж. Сейчас делим 5.66 кДж на 1.1 кВт (мощность стартера), получаем 5 секунд. Столько времени конденсаторы будут крутить стартер опосля прогрева свеч. При всем этом напряжение на конденсаторах в конце крайней секунды прокрутки составит не наименее 8 вольт.

Для исправного дизеля 5 секунд прокрутки будет полностью довольно для удачного пуска опосля прогрева свеч. При всем этом я посчитал самый худший вариант — прогрев свеч и пуск без АКБ, лишь при помощи конденсаторов. На практике, обычно АКБ хватает прогреть свечки, но не хватает на стартер. Потому заряженные конденсаторы лучше подключать к АКБ опосля прогрева свеч, для увеличения их эффективности.

Сборка пускового устройства

Монтировать конденсаторы, пусковые провода и все другие составляющие мы будем сходу в обыденный ящик для инструмента, без отдельного корпуса для конденсаторного модуля как в прошедший раз. Такое решение будет проще, надежнее и дешевле. Стартовые провода для увеличения надежности будут несъемными, а большенный вольный размер ящика дозволит применить пассивное остывание платы зарядки заместо активного, что упростит и удешевит систему пускового устройства без вреда его эксплуатационным чертам.

Ящик укомплектован съемной полкой-разделителем, на которую мы смонтируем выключатель и вольтметр:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

При помощи осциллятора и перьевого сверла убираем с полки все избыточное:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Сейчас смонтируем зарядный разъем ЕС3. Задачка это к слову очень нетривиальная, так как никаких крепежных частей этот разъем не имеет совершенно. И в любом определенном случае приходится выдумывать более пригодный метод его крепления с учетом места установки разъема.

К примеру, так я монтировал этот разъем в корпус в предшествующей версии суперконденсаторного джамп стартера:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Вот так в джамп стартере с LiFePO4 аккумами:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

А на данный момент мы смонтируем разъем ЕС3 прямо на выключатель.

Сверлим крепежное «ухо» выключателя:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Припаиваем провода к штырькам, вставляем до щелчка в разъем при помощи отвертки и продеваем провода через просверленные отверстия. В задней части разъема имеется технологическое отверстие, в которое мы и вкрутим шуруп пригодного размера:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Монтируем выключатель с установленным разъемом ЕС3 на полку при помощи обыденных авто клипс (на такие клипсы, к примеру, укрепляют динамики к пластику дверей либо пластмассовые арки колес к крыльям):

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Обжимаем провода в наконечники и надеваем термоусадку. На наиболее тонкие зарядные провода ставим наконечники НШВИ:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Заодно обжимаем и припаиваем провода к губкам крокодилов. Парные губы стартовых крокодилов соединяем доп проводами. Ну и чтоб 2-ой раз не расчехлять паяльничек, спаяем также кабели зарядки от прикуривателя и от клемм АКБ:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

… и провода к конденсаторному модулю:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Все, выключаем паяльничек, больше он нам не пригодится.

Перебегаем к плате заряда. Она обеспечивает зарядку ионисторов до 16.2 вольт от, к примеру, разряженной до 7-10 вольт АКБ за счет входящего в ее состав повышающего преобразователя. Совершенно на вход данной платы можно подавать напряжение 5-32 вольт, а выходное напряжение регулируется в спектре 1-30 вольт. Мощность платы 80 ватт, на входе установлен предохранитель на 10 ампер. Для 80 ватт наибольший выходной ток при выходном напряжении 16.2 вольт будет 4.9 ампер, но если входное напряжение будет при всем этом низким, к примеру 7 вольт, то входной ток будет уже 11.4 ампер, т.е. 16.2 вольт х 4.9 ампер = 80 ватт = 7 вольт х 11.4 ампер. А 11.4 ампер это очень много, с учетом номинала установленного на плате предохранителя. Ну и для цепи прикуривателя авто таковой ток также может оказаться чрезмерным, обычно в ней стоит предохранитель на 10 А. Потому уменьшим выходной ток до 3.5 ампер, и тогда входной ток опустится до применимого значения 8.1 А при входном напряжении 7 вольт, а мощность платы при всем этом составит 56.7 ватт, либо 70% от наибольшей.

Настройка платы заряда:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Подключаем вход платы к регулируемому БП и устанавливаем на БП нижний порог напряжения, от которого должен заряжаться джамп стартер. К примеру, 7 вольт. На ненастроенной плате при всем этом будет пылать красноватый светодиод «FAULT». Крутим потенциометр UV-set против часовой стрелки до того времени, пока на плате не зажгется зеленоватый светодиод «OK». Потом на регулируемом БП устанавливаем выходное напряжение 10-12 вольт и выставляем наивысшую силу тока. Подключаем вольтметр к выходу платы и подстроечником Vout-set ставим 16.2 вольт. Отключаем вольтметр. Подключаем амперметр в режиме измерения огромных токов к выходу платы и подстроечником СС-set ставим 3.5 ампер.

На этом настройка платы окончена.

Делаем доп пассивное остывание для платы заряда. В качестве теплоотвода я употреблял дюралевый корпус от старенького повербанка. Делаем его наиболее малогабаритным при помощи разводного ключа с параллельно сходящимися губами. Сверлим в этом радиаторе отверстия под шурупы, на которые перед вкручиванием надеваем термоусадочную трубку и усаживаем:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Ставим две теплопроводящие прокладки на оборотную сторону платы где находятся силовые ключи. И еще две рядом с крепежными отверстиями с иной стороны, для равномерного распределения усилия прижима. Прикручиваем плату к радиатору:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Подключаем провода к плате заряда и вольтметру. Крепим конденсаторы и радиатор с платой к внутренним стенам ящика при помощи двухстороннего скотча. Для радиатора употреблял уникальный авто скотч 3М, а для конденсаторов скотч для наклейки зеркал:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Ставим полку и …упс… она до конца не опускается — мешает радиатор. Когда я его примерял в самом начале, полка ставилась нормально, но я не учел что потом-то я его сплющил и высота радиатора возросла ))) Пришлось создать вырез в полке. К слову, таковой вырез дает и свои достоинства: улучшение вентиляции радиатора и возможность тактильно (то бишь пальцем) оценить его температуру без разборки устройства:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Крепим винтами полку к ящику в 3-х точках – слева, справа и впереди. По краям винты с широкой плоской шляпкой просто вкручены в пластик, а впереди применен винт с потайной головкой и колпачковая гайка:

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Сборка пускового устройства на этом завершена.

Укладываем в ящик все комплектные провода, закрываем-открываем, все нормально.

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Осталось лишь этикетки приклеить да взвесить. Этикетки я заказывал в США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке) по сезонной акции (за 1 бакс с бесплатной доставкой присылают пачку виниловых стикеров по твоему макету):

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Пусковое устройство со всеми потрохами весит 1.5 кг – в 10 раз легче обыкновенной АКБ.

Тестируем наш джамп стартер – запускаем им кар без АКБ

Тестовый кар с бензиновым движком 1.6 л и стартером 1.4 КВт.

Резюме

В обзоре тщательно описан механизм работы и система конденсаторного пускового устройства, показан метод измерения емкости ионисторов электрической перегрузкой, приведены примеры расчета главных характеристик пускового устройства – его мощности и энергии и определения фактического времени прокрутки стартера зависимо от его мощности, в том числе и с учетом особенностей пуска дизеля. В практической части обзора тщательно освещен процесс производства очень экономной, обычной и надежной конструкции пускового устройства, указан перечень девайсов и стоимость.

В заключение остаётся сказать: «Кто молодцы? Мы молодцы!» Суперконденсаторный джамп стартер v2.0 Обзор Автогаджетов

Как постоянно, буду рад если какая-то информация из обзора окажется для вас полезной.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

четыре × один =