Napjainkra az akkumulátortechnológia jelentősen fejlődött, és fejlettebb lett, mint az elmúlt évtizedben. De egyelőre még maradnak az akkumulátorok elfogyasztható, mert kicsi az erőforrásuk.
A kondenzátor energiatárolásra való felhasználásának ötlete nem új, és az első kísérleteket elektrolit kondenzátorokkal végezték. Az elektrolit kondenzátorok kapacitása jelentős lehet - több százezer mikrofarad, de még mindig nem elegendő még egy kis terhelés hosszú ideig történő ellátásához, ráadásul a tervezési jellemzők miatt jelentős szivárgási áram lép fel.
A modern technológiák nem állnak meg, és egy ionisztort találtak fel, ez egy kondenzátor, rendkívül nagy kapacitással rendelkezik - a farad egységektől a több tízezer faradig. Egy farad kapacitású ionisztorokat használnak hordozható elektronika, szolgáltatni szünetmentes tápegység gyengeáramú áramkörök, például mikrokontroller. A több tízezer farad kapacitású ionisztorokat pedig akkumulátorokkal együtt használják különféle villanymotorok meghajtására. Ebben a kombinációban az ionisztor lehetővé teszi az akkumulátorok terhelésének csökkentését, ami jelentősen megnöveli az akkumulátor élettartamát, és egyúttal növeli az indítóáramot, amelyet a hibrid motor teljesítményrendszere képes leadni.
Szükség volt a hőmérséklet-érzékelő tápellátására, hogy ne cserélje ki benne az akkumulátort. Az érzékelő AA elemmel működik, és 40 másodpercenként bekapcsol, hogy adatokat küldjön az időjárási állomásnak. A küldés időpontjában az érzékelő átlagosan 6 mA-t fogyaszt 2 másodpercig.
Volt egy ötlet, hogy napelemet és ionisztort használjunk. Az érzékelő azonosított fogyasztási jellemzői alapján a következő elemeket vettük:
1. Napelem 5 Volt és áram kb. 50 mA (Szovjet gyártmányú napelem kb. 15 éves)
2. Szuperkondenzátor: Panasonic 5,5 Volt és 1 Farad kapacitás.
3. Ionisztorok 2 db: DMF 5,5 Volt és teljes kapacitása 1 farad.
4. Schottky dióda előremenő feszültségeséssel 0,3 V alacsony áramerősségnél.
A Schottky-dióda azért szükséges, hogy megakadályozzuk a kapacitás kisülését a napelemen keresztül.
Az ionisztorok párhuzamosan vannak kötve, a teljes kapacitás 2 farad.
1. fénykép.
1. kísérlet– Csatlakoztam egy monokróm LCD kijelzős, 500 μA összáramfelvételű mikrokontrollert. Bár a kijelzős mikrokontroller működött, észrevettem, hogy a régi napelemek rendkívül rossz hatásfokkal működtek, az árnyékban lévő töltőáram nem volt elegendő a szuperkondenzátorok legalább egy kis feltöltéséhez, az árnyékban lévő 5 voltos napelem feszültsége kisebb volt, mint 2 volt. (Valamiért a képen nem látszik a kijelzős mikrokontroller).
2. kísérlet
A siker esélyének növelése érdekében a rádiópiacon új, 2 V-os, 40 mA-es és 100 mA-es, kínai gyártmányú, optikai gyantával töltött napelemeket vásároltam a rádiók piacán. Összehasonlításképpen, ezek az árnyékban lévő akkumulátorok már 1,8 voltot adtak, miközben nem nagy töltőáramot, de még mindig érezhetően jobb töltőionisztort.
Miután már felforrasztottam a szerkezetet egy új akkumulátorral, Schottky diódával és kondenzátorokkal, az ablakpárkányra tettem úgy, hogy a kondenzátor fel legyen töltve.
Annak ellenére, hogy a napfény nem esett közvetlenül az akkumulátorra, 10 perc elteltével a kondenzátor 1,95 V-ra feltöltődött. Elővettem a hőmérséklet-érzékelőt, eltávolítottam belőle az akkumulátort, és az ionisztort a napelemes elemmel az elemtartó érintkezőire csatlakoztattam. .
2. fénykép.
A hőmérséklet-érzékelő azonnal működni kezdett, és továbbította a szobahőmérsékletet a meteorológiai állomásnak. Miután meggyőződtem a szenzor működéséről, rögzítettem egy kondenzátort napelemes elemmel és felakasztottam a helyére.
Aztán mi történt?
Az érzékelő a nappali órákban megfelelően működött, de a nap sötét időszakának beálltával egy óra múlva az érzékelő leállította az adatátvitelt. Nyilvánvaló, hogy a tárolt töltés még az érzékelő egy órás működéséhez sem volt elegendő, majd kiderült, hogy miért ...
3. kísérlet
Úgy döntöttem, hogy kissé módosítom a kialakítást, hogy az ionisztor (visszaadta a 2 farad ionisztor összeállítását) teljesen fel legyen töltve. Összeállítottam egy három elemből álló akkumulátort, kiderült, hogy 6 volt és 40 mA áram (teljes napfényben). Ez az árnyékban lévő akkumulátor már 3,7 V-ot adott a korábbi 1,8 V helyett (1. kép) és 2 mA töltőáramot. Ennek megfelelően az ionisztor 3,7 V-ig töltött, és már sokkal több tárolt energiával rendelkezett, mint a 2. kísérletben.
3. fénykép.
Minden rendben lenne, de most akár 5,5 V van a kimeneten, és az érzékelőt 1,5 V táplálja. Egy DC / DC konverter kell, ami további veszteségeket okoz. A készleten lévő konverter kb 30 μA-t fogyasztott és 4,2 V-ot adott a kimeneten.Eddig nem sikerült megtalálnom a megfelelő átalakítót ahhoz, hogy a hőérzékelőt már a továbbfejlesztett kivitelből táplálhassam. (Ki kell vennie egy konvertert, és meg kell ismételnie a kísérletet).
Az energiaveszteségről:
Fentebb már említettük, hogy az ionisztorok önkisülési árammal rendelkeznek, in ez az eset egy 2 farados szerelvénynél ez 50 μA volt, és a DC \ DC konverter 4%-os veszteségeit (96%-os deklarált hatásfoka), valamint 30 μA alapjárati fordulatszámát is hozzáadják. Ha nem vesszük figyelembe az átalakítási veszteségeket, akkor már 80 μA nagyságrendű fogyasztásunk van.
Különös figyelmet kell fordítani az energiatakarékosságra, mert kísérletileg bebizonyosodott, hogy egy 5,5 V-ra feltöltött és 2,5 V-ra kisütt 2 farad kapacitású ionisztor úgymond 1 mA „akkumulátor” kapacitással rendelkezik. Vagyis ha egy órán keresztül 1 mA-t fogyasztunk az ionisztorból, 5,5 V-ról 2,5 V-ra kisütjük.
A töltési sebesség közvetlen napfény hatására:
A napelemtől kapott áram nagyobb, mint jobb akkumulátor közvetlen napfény által megvilágított. Ennek megfelelően az ionisztor töltési sebessége jelentősen megnő.
4. fénykép.
A multiméter leolvasásaiból látszik (0,192 V, kezdeti leolvasások), 2 perc múlva a kondenzátor 1,161 V-ra, 5 perc múlva 3,132 V-ra, további 10 perc múlva 5,029 V-ra került. 17 percen belül az ionisztor feltöltődött. 90%-kal. Megjegyzendő, hogy a napelemsor megvilágítása az egész idő alatt egyenetlen volt, és a dupla ablaküvegen és az akkumulátor védőfóliáján keresztül történt.
3. kísérlet technikai jelentés
Elrendezési specifikációk:
- Napelem 12 elem, 6 V, áram 40 mA (teljes napsugárzás mellett), (felhős időjárás árnyékában 3,7 V és áram 1 mA szuperkondenzátor terhelése mellett).
- Az ionisztorok párhuzamosan kapcsolódnak, a teljes kapacitás 2 Farad, a megengedett feszültség 5,5 V, az önkisülési áram 50 μA;
- Schottky dióda csepp egyenfeszültség 0,3 V, a napelem és az ionisztor tápellátásának leválasztására szolgál.
- Elrendezési méretek 55 x 85 mm (VISA műanyag kártya).
Ebből az elrendezésből a következő tápellátást lehetett elérni:
Mikrokontroller LCD kijelzővel (áramfelvétel 500 μA 5,5 V-on, üzemidő napelem nélkül, kb. 1,8 óra);
Hőmérséklet-érzékelő, nappali órák napelemes elemmel, 6 mA fogyasztás 2 másodpercig 40 másodpercenként;
A LED 60 másodpercig világított átlagosan 60 mA áramerősséggel napelem nélkül;
Kipróbáltam egy DC / DC feszültség átalakítót is (stabil tápellátás érdekében), amivel 60 mA-t és 4 V-ot sikerült elérni 60 másodpercre (5,5 V-ig töltve az ionisztort, napelem nélkül).
A kapott adatok azt mutatják, hogy ebben a kialakításban az ionisztorok kapacitása hozzávetőlegesen 1 mA (legfeljebb 2,5 V-os kisütésű napelemes akkumulátorról történő újratöltés nélkül).
Következtetések:
Ez a kialakítás lehetővé teszi az energia tárolását kondenzátorokban a mikrofogyasztó eszközök megszakítás nélküli tápellátásához. A kapacitás 2 faradjára jutó 1 mA felhalmozott kapacitásnak elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy biztosítsa a kis teljesítményű mikroprocesszor működését sötétben 10 órán keresztül. Ebben az esetben a veszteségek és a terhelés teljes fogyasztása nem haladhatja meg a 100 μA-t. Napközben az ionisztor napelemről töltődik még árnyékban is, és képes a terhelést impulzus üzemmódban táplálni akár 100 mA áramerősséggel.
A cikk címében feltett kérdésre válaszolva - Az ionisztorral ki lehet cserélni az akkumulátort?
- helyettesítheti, de eddig jelentős korlátozásokkal az áramfelvétel és a terhelés üzemmódban.
Hibák:
5. fénykép.
A tábla egyik oldalán egy napelem, a másik oldalon egy ionisztor és egy DC / DC konverter található.
Műszaki adatok:
Ui.: Ha elírást, hibát vagy pontatlanságot észlel a számításokban - írjon nekünk személyes üzenetet, és mi mindent azonnal kijavítunk.
Folytatjuk…
A szuperkondenzátor, más néven ultrakondenzátor vagy kétrétegű kondenzátor, abban különbözik a hagyományos kondenzátoroktól, hogy nagyon nagy a kapacitása. A kondenzátor az energiát statikus töltéssel tárolja, szemben az akkumulátor elektrokémiai reakcióival. Ha differenciálfeszültséget adunk a pozitív és negatív lemezekre, a kondenzátor feltöltődik. Ez hasonló a statikus töltés felhalmozódásához a súrlódás során. A kondenzátorlap megérintése energiát szabadít fel.
Háromféle kondenzátor létezik, ezek közül a fő az elektrosztatikus kondenzátor száraz szeparátorral. Ennek a klasszikus kondenzátormodellnek nagyon kicsi a kapacitása, és főként rádióelektronikában használják. A kondenzátor kapacitását faradokban mérik, elektrosztatikus esetén pedig a pikofarad (pF) tartományba esik.
A következő típusú kondenzátor elektrolitikus, amely nagyobb kapacitást biztosít, mint az elektrosztatikus, és névleges mikrofaradban (uF) van megadva, ami milliószor nagyobb, mint egy pikofarad. Az ilyen kondenzátorok szeparátora nedves típusú. Az elektromos akkumulátorokhoz hasonlóan a kondenzátoroknak is különböző pólusai vannak, amelyeket használatkor figyelembe kell venni.
A harmadik típus a szuperkondenzátor, kapacitását faradokban becsülik, és több ezerszer nagyobb, mint egy elektrolitikusé. A szuperkondenzátor olyan energia tárolására szolgál, amely gyakori töltési/kisütési ciklusokon megy keresztül nagy áramerősség mellett és rövid ideig.
A kapacitás mértékegysége a farad, amelyet Michael Faraday (1791-1867) angol fizikusról neveztek el. Egy farad egy medált tárol elektromos töltés egy voltos feszültségen. Egy mikrofarad milliószor kisebb, mint egy farad, és egy picofarad milliószor kisebb, mint egy mikrofarad.
A General Electric mérnökei kísérletezni kezdtek korai változat szuperkondenzátort még 1957-ben, de ezek a fejlesztések nem keltettek kereskedelmi érdeklődést. 1966-ban a Standard Oil véletlenül újra felfedezte a kétrétegű kondenzátor hatást, miközben kísérleti üzemanyagcella-terveken dolgozott. A kétrétegű szerkezet nagymértékben javította az energiatárolási képességet. A technológia ismét nem került kereskedelmi forgalomba, és csak az 1990-es években találta meg alkalmazását.
A szuperkondenzátorok fejlesztése szorosan összefonódik az elektrokémiai áramforrások technológiáival, onnan kölcsönöztek speciális elektródákat és elektrolitot. Míg az alapvető elektrokémiai kétrétegű kondenzátor (EDLC) elektrosztatikus hatásra támaszkodik, az aszimmetrikus kétrétegű elektrokémiai kondenzátor (AEDLC) akkumulátorszerű elektródákat használ a nagyobb energiasűrűség eléréséhez, de ez korlátozza élettartamát, és az elektrokémiai kondenzátorokéhoz hasonló korlátozásokat támaszt. aktuális forrás. Használata ígéretesnek tűnik grafén elektródaanyagként, de ez irányú kutatások még folynak.
Sokféle elektródát kipróbáltak már, és manapság a legelterjedtebb elektrokémiai kétrétegű szuperkondenzátorrendszer a szénalapú, szerves elektrolitos változat. Az ilyen szuperkondenzátor vitathatatlan előnye a könnyű gyártás.
Minden kondenzátornak van feszültségkorlátja. Míg az elektrosztatikus kondenzátor nagyfeszültségű, a szuperkondenzátor 2,5-2,7 V-ra korlátozódik. Lehetséges a feszültség e szint fölé emelése, de ez negatívan befolyásolja az élettartamot. Ezért nagyobb feszültség eléréséhez használja soros csatlakozás több szuperkondenzátor. A soros csatlakozás viszont csökkenti a teljes kapacitást és növeli a belső ellenállást. A háromnál több kondenzátor ilyen csatlakoztatása további kiegyensúlyozást igényel, hogy elkerüljük egyetlen cella túlfeszültségét. A lítium-ion akkumulátor védelmi rendszert hasonló módon valósítják meg.
Vegyünk egy 6 V névleges feszültségű és 4,5 V kapcsolási feszültségű áramforrást. Ha ez az áramforrás szuperkondenzátor, akkor a kisülés lineáris jellege miatt a ciklus első negyedében éri el a lekapcsolási pontot. , az energiatartalék fennmaradó háromnegyede nem használható fel . Természetesen emellett feszültségátalakítót is használhat - ez lehetővé teszi alacsony feszültségű áramforrás használatát, de ez további költségekkel jár, és energiaveszteséghez vezet. Az elektromos akkumulátor kisülési görbéje viszont egy viszonylag egyenes vonalú, ami lehetővé teszi a benne tárolt energia 90-95%-ának felhasználását.
Az 1. és 2. ábra a szuperkondenzátor feltöltésének és kisütésének áram- és feszültségjellemzőit mutatja. Töltéskor a feszültség lineárisan növekszik, és a kondenzátor teljes feltöltésekor az áram leereszkedik, így még a teljes töltésérzékelő rendszer sem szükséges. Kisütéskor a feszültség is lineárisan csökken. Annak érdekében, hogy a feszültség csökkenésekor az energiafogyasztás állandó szinten maradjon, a feszültségátalakító egyre több áramot fogyaszt. A kisülés akkor érhető el, ha a terhelési követelmények már nem teljesíthetők.
1. ábra: Szuperkondenzátor töltési jellemzői. A feszültség állandó töltőáram mellett lineárisan növekszik. Amikor a kondenzátor teljesen megtelik, a töltőáram csökken.
2. ábra: Szuperkondenzátor kisülési jellemzői. A kisülés során a feszültség lineárisan csökken. Az opcionális feszültségátalakító egy bizonyos névleges feszültséget támogat, de ez növeli a névleges kisülési áramot.
A szuperkondenzátor töltési ideje 1-10 másodperc. A töltési jellemzők hasonlóak az elektrokémiai akkumulátorokéhoz, és nagymértékben korlátozza a töltő megengedett árama. Egy szuperkondenzátort nem lehet a kapacitásán túl feltölteni, így nincs szüksége teljes töltésérzékelő rendszerre - az áram egyszerűen leáll.
A 3. táblázat egy szuperkondenzátort és egy szabványos lítium-ion akkumulátort hasonlít össze.
| Jellemzők | szuperkondenzátor | Normál lítium-ion akkumulátor |
| Töltési idő | 1-10 másodperc | 10-60 perc |
| A ciklusok száma | 1 millió vagy 30 ezer óra | 500 és felette |
| Cellafeszültség | 2,3-2,75 V | 3,6 V névleges feszültség |
| Fajlagos energiaintenzitás (W*h/kg) | 5 (standard) | 120-240 |
| Fajlagos teljesítmény (W/kg) | 10 ezerig | 1000-3000 |
| kilogrammonkénti watt költség | 10 000 USD (normál) | 250-1000 dollár (nagy rendszerek) |
| Élettartam | 10-15 éves | 5-10 év |
| Megengedett töltési hőmérséklet tartomány | -40°С és 65°С között | 0°С és 45°С között |
| Megengedett ürítési hőmérséklet tartomány | -40°С és 65°С között | -20°С és 60°С között |
3. táblázat: A szuperkondenzátor és a lítium-ion akkumulátor teljesítményének összehasonlítása.
Egy szuperkondenzátor szinte korlátlan számú alkalommal tölthető és kisüthető. Ellentétben az elektrokémiai akkumulátorral, amelynek élettartama egy bizonyos méretű, a szuperkondenzátor gyakorlatilag érzéketlen a kerékpározás hatásaira. Valamint gyengébb hatással vannak rá az anyagok lebomlásával összefüggő, életkorral összefüggő változások. Normál körülmények között a szuperkondenzátor kapacitása 10 éves működés után a névleges érték 80%-án marad. De a nagyfeszültségű munka csökkentheti az élettartamát. Érdemes megjegyezni a szuperkondenzátor előnyét is a hőmérséklet szempontjából - ez az összes elektrokémiai áramforrás gyenge pontja.
A szuperkondenzátor önkisülése sokkal nagyobb, mint a hagyományos kondenzátoroké, és valamivel magasabb, mint az elektrokémiai akkumulátoroké. Az ilyen nagy önkisülés oka elsősorban a szerves elektrolit tulajdonságai. Összehasonlításképpen: egy szuperkondenzátor 30-40 nap alatt elveszíti tárolt energiájának felét, míg az ólom- és lítium akkumulátorok önkisülése mindössze 5% havonta.
A szuperkondenzátorok ideális választás olyan alkalmazásokhoz, ahol rövid távú teljesítményigény és lehetőség van gyors töltés. Ezzel szemben az elektrokémiai akkumulátorokat úgy optimalizálták, hogy viszonylag hosszú távú áramellátást biztosítsanak. Ennek a két rendszernek a hibrid tápegységben való egyesítése lehetővé teszi, hogy kihasználja mindegyik erősségeit. Ilyen hibridek már léteznek, például egy szuperkondenzátor unió formájában és ólom-sav elektrokémiai rendszer .
A szuperkondenzátorok olyan rendszerekbe kerülnek, ahol másodpercekig vagy percekig van szükség áramra, és gyorsan feltölthetők. A lendkerék (inerciális akkumulátor) hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, így a szuperkondenzátor alternatívaként szolgálhat bizonyos folyamatokban, például a közlekedési szektorban.
Ma folytatódik egy 2 mW-os szuperkondenzátorrendszer és egy 2,5 mW-os lendkerékrendszer tesztelése a New York-i meghajtáshoz vasúti(Long Island Rail Road – LIRR). Ezeknek a teszteknek az a célja, hogy megoldást találjanak a túlhajtás során fellépő feszültségcsökkenés problémájára. Mindkét rendszernek 30 másodpercig megszakítás nélküli áramellátást kell biztosítania meghatározott kapacitással, és ugyanannyi idő alatt kell feltölteni. A fő követelmények a legfeljebb 10%-os feszültségingadozás, az alacsony üzemeltetési költségek és a legalább 20 éves élettartam. (Eddig a lendkerekek iránt nagyobb az érdeklődés, mivel tartósabbnak és gazdaságosabbnak tartják őket, de a tesztelés még folyamatban van).
Japán is aktívan kutatja és fejleszti a szuperkondenzátorok használatát. Az épületekben már 4 MW-os rendszerek vannak telepítve, amelyek célja az elektromos hálózat terhelésének csökkentése csúcsidőben. Vannak olyan rendszerek is, amelyek az áramkimaradás és a készenléti generátorok indulása közötti pillanatokban biztosítják a rövid távú áramellátást.
A szuperkondenzátoros technológia az elektromos járművek területén is betört. A fékezőerővel történő feltöltési képesség és a gyorsításhoz nagy áramerősség biztosítása miatt a szuperkondenzátorok nagy érdeklődésre tartanak számot a hibrid és elektromos járművekben. A széles üzemi hőmérséklet-tartomány és a tartósság előnyt jelent ezen a területen az elektrokémiai akkumulátorokkal szemben.
A szuperkondenzátorok hátrányai, például az alacsony energiasűrűség és a magas költségek azonban arra késztetik a tervezőket, hogy többet választanak. nagy kapacitású akkumulátor ugyanazért a költségért. A 4. táblázat felsorolja a szuperkondenzátorok előnyeit és hátrányait.
| Előnyök | Gyakorlatilag korlátlan életciklus; milliószor újratölthető A nagy teljesítménysűrűség és az alacsony belső ellenállás nagy terhelési áramot biztosít A töltési folyamat másodpercekig tart; leállítja a töltési folyamatot Egyszerű folyamat és töltési feltételek Biztonságos, ellenáll a helytelen használatnak Kiváló teljesítmény alacsony hőmérsékleten |
| Hibák | Alacsony fajlagos energiafogyasztás A feszültségcsökkentés lineáris jellege nem teszi lehetővé az összes felhalmozott energia felhasználását Magas önkisülés, magasabb, mint az elektromos akkumulátoroknál Alacsony cellafeszültség, többcellás rendszerek soros csatlakozásának és kiegyensúlyozásának igénye Magas wattonkénti költség |
Az ionisztorok egyre inkább az autóipar egyik fő elemévé válnak elektronikus rendszerek. Az autók szuperkondenzátora megoldja a motor indításának problémáját, ezáltal csökkenti az akkumulátor terhelését. Ezenkívül a kapcsolási rajzok optimalizálásával a jármű tömege is csökken.
Az autók ionisztorait széles körben használják a hibrid autók gyártásában. Generátoros működésük a belső égésű motortól függ, a gépet villanymotorok hajtják. Az ilyen áramkörben lévő autó ionisztorja gyorsan nyert energiaforrás a mozgás és a gyorsulás kezdetén. Fékezés közben a tárolóeszköz újratöltődik.
Most az akkumulátor helyett a szuperkondenzátort csak részben használják. A közeljövőben azonban a teljes csere valószínűleg valóságossá válik, mert a tudósok aktívan fejlesztik az ilyen technológiákat.
Mikor van szükség ionisztorra a motor indításához?
Egy autó szuperkondenzátora szükséges olyan esetekben, amikor fennáll annak a veszélye, hogy a szabvány akkumulátor akkumulátor nem fog megbirkózni a belső égésű motor indításának feladatával. Például egy autó ionisztorja a következő helyzetekben segít:
- az akkumulátor krónikusan nem kap díjat rövid távolságokon történő gyakori utazások esetén;
- az akkumulátor töltöttsége nem elegendő a motor indításához. Leggyakrabban ez a probléma télen merül fel;
- Az akkumulátor élettartamának meghosszabbítása érdekében csökkenteni kell az akkumulátor csúcsterhelését. 
Még akkor is, ha az akkumulátor teljesen üzemen kívül van, egyesek ionisztort használnak akkumulátor helyett. Megoldja a motor indítási problémáját, és a jövőben a fedélzeti hálózatot főként a generátor látja el. Szuperkondenzátor használata azonban akkumulátor helyett csak vészüzemben javasolt, amíg az új akkumulátor behelyezése nem lehetséges.
Normál helyzetben egy ionisztort használnak a motor indításához a következő formátumban. Az akkumulátorral párhuzamosan csatlakozik, és az indításkor átveszi a fő terhelést. Az elakadt indító nagyon nagy áramot tud felvenni (több száz ampert). Ennek a kezdeti indítóáramnak a kialakításáról a rögzített indító és a főtengely esetében az autó gondoskodik. Ha a fő terhelés biztosított, az ionisztor az akkumulátorral együtt csendesebb üzemmódban indítja el a motort.
Az autók ionisztorai nemcsak meghosszabbítják az akkumulátor élettartamát, hanem pozitív hatással vannak a fedélzeti elektronika működésére is. Ha autókhoz szuperkondenzátorokat használunk, az indításkori feszültségesés csökken, tehát minden Elektromos alkatrészek stabilabban működik. Ugyanezen okból a gyújtásrendszer működése is javul.
Vezetés közben egy akkumulátorcsomag és egy autó szuperkondenzátora kisimítja a fedélzeti hálózatban előforduló feszültségeséseket. Ezek abból adódnak, hogy a különböző elektromos berendezések hogyan viselkednek különböző terhelések és motorfordulatszámok mellett. Az ionisztor jelenléte az áramkörben minimálisra csökkenti az ilyen ugrások negatív hatását. Az akkumulátor helyett, illetve azzal párhuzamosan ionisztor alkalmazásának lehetőségéről tanácsadóinktól tájékozódhat.
A tudományos és technológiai legújabb innovációk között meg kell jegyezni egy új típusú kondenzátor megjelenését - egy ionisztort, amelyet szuperkondenzátornak is neveznek. Milyen állat ez, és használható-e autós DVR-ben és egyéb elektronikus eszközökben tartalék áramforrásként?
Egy iskolai fizika tantárgyból ismeretes, hogy a kondenzátor elektromos töltés felhalmozásával képes energiát tárolni. De ennek a töltésnek az értéke nagyon kicsi, így csak egy jó szikrához elegendő rövidzárlat. Emellett az iskolások 400 ... 1000 V AC fém-papír kondenzátorokat használnak, hogy elektromos árammal verjék egymást, miután előzőleg egy 220 V-os aljzatba töltötték. És alapvetően a kondenzátorokat rádióalkatrészként használják elektronikai eszközökben.
De a múlt század végén titkos laboratóriumokban feltaláltak egy új típusú kondenzátort, amelyben fémszalag helyett elektrolitot és más trükkös vegyszereket használnak. Ennek a kialakításnak köszönhetően egy új típusú, kis méretű kondenzátor hatalmas kapacitással rendelkezik, amellyel már rövid távú működéshez elegendő töltést lehet felhalmozni. elektronikus eszközök alacsony áramfelvétel mellett. Ionisztornak nevezik, mert az elektródák közötti kémiai környezetben való iontranszport miatt működik.
Korunkban az ionisztorokat tartalék áramforrásként használják. Például az Aliexpressen 5 ... 10 dollárért vásárolhat egy 5 voltos ionisztort, amely mindössze 10 ... 100 másodperc alatt teljesen feltöltődik. Egy átlagos LED-es zseblámpát azonban 20-30 percig képes működtetni.
A kínai ionisztor áttekintése
Most nézzük meg, hogy egy szuperkondenzátor helyettesítheti-e az akkumulátort az autós DVR-ben? A szabályozóban nincsenek olyan alkatrészek, amelyek nagy áramot fogyasztanának - szervók, villanymotorok, erős világító lámpák. Ezért az áramfelvétel meglehetősen kicsi - 50 ... 100 mA. Az átlagos scall ionisztor 3 ... 10 percig képes lesz biztosítani a DVR működését. Ez több mint elég a videó befejezéséhez és a munka megfelelő befejezéséhez.
Tehát, ha habozik, hogy beépített akkumulátor helyett szuperkondenzátoros DVR-t vásároljon-e, akkor minden kétség hiábavaló. Ez az eszköz minden szükséges funkciót ellát az autójában, még akkor is, ha baleset esetén a fedélzeti hálózat ki van kapcsolva. Ez a típusú felvevő azonban nem használható közönséges hordozható videokameraként az autón kívül – a kültéri videofelvételhez külső áramforrásra lesz szükség.
A legtöbb modern kondenzátor kapacitása mikrofaradokban vagy pikofaradokban van. Az ionisztorok kapacitását Faradban számítják ki.
Annak megértéséhez, hogy ez mennyi, emlékezhet a képletre, amellyel a terheléstől függően kiszámíthatja a szükséges kapacitást.
Ahol
C - kapacitás, F;
ÉN- D.C. kisülés, A;
U - ionisztor névleges feszültsége, V;
t - kisülési idő Unomtól nulláig, s;
A piacon már vannak olyan ionisztorok, amelyek kapacitása több tíz farad.
Például van egy 5,5 voltos ionisztor, amelynek kapacitása 22 Farad. Teljesen feltöltjük, és csatlakoztatunk egy 1 wattos izzót (5,5 volt 0,18 amper).
Teljes:
22 farad = 0,18 amper t / 5,5 volt
t = 672 másodperc
A fenti képlet alapján az izzónk 672 másodpercig vagy 12 percig ég. Úgy tűnik, ez nem olyan nagy érték, de valójában több szuperkondenzátort is használhatunk egyszerre.
Például vannak sokkal nagyobb kapacitású szuperkondenzátorok.
Például az új orosz Yo-mobile autóban a http://www.elton-cap.com/ cég kondenzátorait használják.
Ennek a cégnek az ionisztorai elérik a 10 000 Farad kapacitását 1,5 voltos feszültség mellett. Több ionisztorral rendelkező cellákat (modulokat) is gyártanak, amelyek kapacitása 1000 Farad és 15 Volt üzemi feszültség.
Sajnos a szuperkondenzátoroknak vannak előnyei és hátrányai is.
A szuperkondenzátorok meglehetősen drágák, ezért nem versenyeznek az akkumulátorokkal (akkumulátorokkal), mivel az egy akkumulátor kapacitásával megegyező kapacitású kondenzátorok több ezer dollárba kerülnek.
A szuperkondenzátorok alkalmazása az elektronikában azonban több mint indokolt.
- Sajnos a szuperkondenzátor érintkezőin a teljes kisütési ciklus alatt feszültségesés történik, így ez nem vonatkozik az állandó feszültséget igénylő készülékekre. Lehetséges stabilizátort használni, de a készülék több energiát fogyaszt.
- Sajnos a szuperkondenzátort nem lehet teljesen kihasználni az akkumulátorral együtt. Ha a belső ellenállás miatt párhuzamosan vannak kötve, az akkumulátor mindig nagyobb áramot ad le, mint a kondenzátor.
Ha azonban a fogyasztó használja impulzusforrás teljesítmény, azokban a pillanatokban, amikor az akkumulátor és a kondenzátor le van választva - az akkumulátor feltölti a kondenzátort, míg nagy áramerősséggel és kíméletes üzemmóddal egyszerűen nem fog működni.
Az egyetlen kiút, ha a szuperkondenzátorokat kiegészítő áramforrásként használjuk, vagyis ha a hálózat nincs leterhelve, akkor töltjük fel őket, és a megfelelő pillanatokban adjuk le teljesen az energiájukat, majd ha az energia már kimerült, csatlakoztatjuk az akkumulátort.
Ez nagymértékben bonyolítja a rendszert, és így az ilyen eszközök árát is.
Ezek a kondenzátorok azonban továbbra is hatékonyan használhatók energia-visszanyerő rendszerekben.
Nagyon sok töltési és kisütési ciklus
+ nagy visszacsapó áramok
+ A szuperkondenzátorok elég gyorsan töltődnek (majdnem azonnal attól függ, hogy milyen áramot tud biztosítani Töltő)
+ A szuperkondenzátorok sokkal kisebbek, mint a közönséges kondenzátorok, ugyanakkor sokkal nagyobb a kapacitásuk.
+ széles üzemi hőmérséklet tartomány (-50 és +50 Celsius fok között)
Talán a jövő a szuperkondenzátoroké, de sajnos Ebben a pillanatban nem valószínű, hogy teljesen ki tudják cserélni az elemeket.
Bár egyes autókban már az indítóakkumulátorokat is szuperkondenzátorokra cserélik, amelyek sokkal hatékonyabban látják el funkcióikat. Különösen azonnal nagyon nagy áramokat adnak, amelyek szükségesek a sikeres motorindításhoz, különösen hideg időben.
