Суперконденсатор, распространившийся в последнее время, не совсем корректное название такого устройства как ионистор. Ионистор в свою очередь является разновидностью конденсатора. Ионистор изобретен довольно давно — в 50-х годах, но в таком виде как сейчас он существует с 1982 года. Первые ионисторы с малым внутренним сопротивлением для применения в мощных схемах были разработаны фирмой PRI в 1982 году.
С появлением ионисторов стало возможным использовать конденсаторы в электрических цепях не только как преобразующий элемент, но и как источник напряжения. Ионистор широко применяются в качестве замены батареек для хранения информации о параметрах изделия при отсутствии внешнего питания. Такие элементы имеют несколько преимуществ над обычными химическими источниками тока — гальваническими элементами и аккумуляторами:
Высокие скорости заряда и разряда.
Простота зарядного устройства
Малая деградация даже после сотен тысяч циклов заряда/разряда
Малый вес по сравнению с электролитическими конденсаторами подобной ёмкости
Низкая токсичность материалов
Неполярность (хотя на ионисторах и указаны «+» и «-«, это делается для обозначения полярности остаточного напряжения после его зарядки на заводе-изготовителе).
Плотность энергии ионисторов пока еще в несколько раз меньше возможностей аккумуляторов. Например, плотность энергии ионистора BCAP3000 3000Ф x 2.7В массой 0.51 кг составляет 21.4 кДж/кг. Это в 7.6 раз меньше плотности энергии свинцовых электролитических аккумуляторов, в 25 раз меньше литий-полимерных аккумуляторов, но в десятки раз больше плотности энергии электролитического конденсатора. Плотность мощности ионистора зависит от внутреннего сопротивления. В последних моделях ионисторов внутреннее сопротивление достаточно мало, что позволяет получать мощность, сравнимую с аккумуляторной.
В 1997 году исследователи из CSIRO разработали супер-конденсатор, который мог хранить большой заряд за счёт использования плёночных полимеров в качестве диэлектрика. Электроды были изготовлены из углеродных нанотрубок. У обычных конденсаторов удельная энергия составляет 0,5 Вт·ч/кг, а у конденсаторов PET она была в 4 раза больше.
В 2008 году исследователи разработали опытный образец ионистора на основе графеновых электродов, обладающий удельной энергоёмкостью до 32 Вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30—40 Вт·ч/кг).
Срок службы ионисторов велик. Проводились исследования по определению максимального числа циклов заряд-разряд. После 100 000 циклов не наблюдалось ухудшения характеристик. Согласно недавним заявлениям сотрудников MIT, ионисторы могут в скором времени заменить обычные аккумуляторы. Кроме того, в 2009 году были проведены испытания аккумулятора на основе ионистора, в котором в пористый материал были введены наночастицы железа. Полученный двойной электрический слой пропускал электроны в два раза быстрее за счет создания туннельного эффекта.
Новая конструкция суперконденсатора, предложенная специалистами из Nanotek Instruments Inc. (США), имеет электроды, состоящие из графена с примесями повышающего проводимость ацетилена и связующего вещества PTFE. В качестве электролита использовалось вещество, известное в электрохимии как EMIMBF4. К слову, именно эта научная группа в 2006 году впервые предположила, что графен в принципе может использоваться для создания подобных устройств. В результате применения указанных веществ ученые создали в защитной камере конденсаторы размерами не больше монеты.
Энергетическая плотность полученного устройства по порядку сравнима с никель-металлогидридными батареями. Если говорить о цифрах, то плотность энергии в созданном устройстве – порядка 85,6 Вт*час/кг при комнатной температуре и порядка 136 Вт*час/кг при 80 градусах по шкале Цельсия. Однако, как было отмечено выше, устройство имеет громадное преимущество по сравнению с привычными батареями, заключающееся в том, что оно может быть заряжено и разряжено чрезвычайно быстро. Сами разработчики считают свое творение настоящим технологическим прорывом. Возможность быстрого заряда означает, что в будущем подобная конструкция может использоваться для питания мобильных телефонов и другой пользовательской портативной техники.
Суперконденсаторы Российского производства
В Национальном исследовательском технологическом университете России МИСиС в сотрудничестве с компанией ТЭЭМП, на основе уникального материала, схожего с графеном и нанотрубками, разработали супер конденсаторы, которые применили в системах для запуска двигателей тяжелой техники при экстремально низких температурах.
Внутри суперконденсатора — наноуглеродный материал из органического волокна с высокой проводимостью тока и повышенной удельной энергоемкостью – до 20 Ф/куб.см активной массы (одно из распространенных в научной среде его названий — «вискерсы») и низкой себестоимостью производства. Новая идеология сборки модулей суперконденсаторов, снижающая трудоёмкость изготовления накопителей, и оригинальная технология получения электродных материалов из органических волокон в перспективе позволяют снизить себестоимость изготовления накопителя энергии почти в 3 раза, — говорят представители компании «ТЭЭМП». Производство новейших российских суперконденсаторов по описанной выше технологии планируется запустить в первом квартале 2017 года в Московская области.
Первая линейка устройств с использованием суперконденсаторов нового типа уже создана. Разработчики акцентируют в ней внимание на системе запуска двигателей, «содержащей внутри гибридный накопитель электроэнергии на основе модуля суперконденсаторов и бензиновый генератор». Она способна работать в автономном режиме, не требует наличия электросети и в заряженном состоянии может 10 раз подряд завести, к примеру, тяжелый самосвал при температурах от -40 °C до -60° C. Система может использоваться для запуска самолетов малой авиации, которые требуют большой мощности в короткий промежуток времени, что быстро выводит обычные аккумуляторы из строя. Такое устройство уже тестировалось осенью 2016 года для запуска военной техники и получило положительные отзывы.
Источник постоянного тока (CC) из понижающего регулятора напряжения (CV). Доработка готового модуля.
Класс A — схема самодельного УМЗЧ высокого качества на полевых MOSFET транзисторах.
Усилитель мощности звука с двойной термостабилизацией — теория работы схемы и практическое тестирование.
Источник
Ионисторы вместо стартерного свинцово-кислотного аккумулятора
Идея запуска ДВС от ионисторов (на западе их называют суперконденсаторы) не нова, в сети есть несколько публикаций и видео роликов. В тех, которые я смотрел, либо ничего не вышло, либо получилось слишком дорого. Получилось заводить двигатель только на ионисторах емкостью 3 тысячи фарад. На 500 и 700 фарадах двигатель ни у кого не завелся.
Теория
Набравшись опыта коллег по цеху, решил сначала провести эксперименты на виртуальной модели гибридного аккумулятора. Для этого взял замечательную программу Yenka. Нашел в сети, то что у вазовского стартера рабочий ток примерно 150-200 ампер. Ионисторов в Yenka не нашел. Использовал обычные конденсаторы только с большой емкостью. В результате виртуальных экспериментов ионисторы в 500 фарад крутили стартер аж 3.5 секунды, пока напряжение не упало ниже 8 В.
Падение напряжения при виртуальном «прокручивании» стартера от сборки из 6 ионисторов по 500Ф
Эксперимент в программе показывает, что можно завестись от сборки из шести 500 фарадников. Но на практике у коллег не получилось. Возможные причины:
я напутал в схеме в программе;
на самом деле ток стартера выше;
на практике были поддельные ионисторы.
1 и 2 я проверил расчетами «на коленке» — получился схожий с программой результат. 3 и 4 проверить не удалось.
Изначально, мне сильно не понравились клеммы на 500 фарадных ионисторах, они меньше чем на UPS-ных аккумуляторах. А если посмотреть на клеммы авто аккумуляторов и толщину провода к стартеру, то можно предположить, что из-за малого сечения клемм ионисторов было сильное падение напряжения на них и тока не достаточно чтобы провернуть стартер.
У конденсаторов, в отличии от аккумуляторов, под нагрузкой нет стабильного напряжения. То есть, если подключаем стартер к заряженной до 14 вольт батареи ионисторов, то через 2 секунды работы напряжение упадет до 11 вольт, еще через 2 секунды до 7 вольт. Чтобы напряжение снова поднялось, нужно заряжать конденсаторы. Поэтому время работы стартера сильно зависит от начального напряжения. Так как максимальное напряжение одного ионистора 2.7 вольт, а генератор в машине может выдавать до 14.5 вольт в сборе нужны минимум 6 ионисторов, тогда максимальное напряжение составит 16.2 вольт. Было бы разумно использовать весь потенциал ионисторов и заряжать их до 16 вольт. Не нашел достоверной информации о том не сгорит ли стартер от 16 вольт. Но в характеристиках других электроприборов в машине русским по белому сказано: «до 15 вольт». Решил рискнуть стартером и собрать гибридный аккумулятор, где будет 6 банок ионисторов на 16.2 В, подключенные только к стартеру, балансировочная плата, обычный аккумулятор на 12 вольт для питания всего остального и заряжаемый от генератора. И повышающий преобразователь чтобы повысить напряжение от 12 до 16 вольт.
Еще существенный недостаток ионисторов, особенно китайских — быстрый саморазряд. Поэтому, если оставлять преобразователь постоянно включенный, то он быстро высадит аккумулятор. Так как на зарядку ионисторов требуется время, решил сделать момент включения преобразователя как можно раньше — при снятии машины с сигнализации. От сигналки идет только минус, поэтому пустил через реле.
Закупка
Нашел в китайском магазине ионисторы на 350 фарад. Забил емкость в Yenk-у, оказалось, что их хватит на 2.5 секунды работы стартера. Заказал их, а также балансировочную плату.
Преобразователь сначала купил в китайском магазине повышающий, собрал схему, преобразователь сразу сгорел. Не учел то, что в нем не было ограничения по току, а у ионисторов практически нулевое сопротивление, вот и получилось короткое замыкание на выходе преобразователя. Ограничение по току бывает в повышающе-понижающих, купил — тоже сгорел, но не сразу. Купил третий другого исполнения — работает отлично!
Аккумулятор взял обычный от UPS на 7 Ач.
Сборка
В качестве корпуса будет коробка от старого свинцового аккумулятора. Крышку срезал так, чтобы клеммы остались на месте. Иначе клеммы будут на крышке и соединять их нужно будет соплями гибкими проводами. А я хочу все силовые соединения сделать жесткие, резьбовые. Полностью перегородки вырезать не стал, ширина одной “банки” как раз подошла под диаметр одного ионистора, оставил куски перегородок как изоляторы и для крепления преобразователя.
Резьба на ионисторах оказалась не стандартная — М8×1.0 (у стандартной шаг 1.25 мм, у этой 1 мм). Гайки чудом нашел в магазине грузовых запчастей.
Между собой соединил алюминиевой полосой сечением 30х1 мм, сделанной из обрезка тавра, купленного в магазине крепежа.
зажим плашечный ПА-2-2 ВК
Внутри аккумуляторные клеммы проводились к пластинам свинцовым стержнем 12 мм. Для соединения с ним взял “зажим плашечный ПА-2-2 ВК” и отпилил от него кусок, нужного размера. К болту зажима прикрутил алюминиевую полосу, идущую к ионистору. Балансировочную плату соединил с перемычками тонкими проводами с клеммами на винты. Точно так же как и преобразователь и аккумулятор.
Общий “плюс” на 12В вывел через стенку корпуса болтом 6 мм. Точно так же вывел минус включения преобразователя.
Эксперименты
Опыты будем ставить на «Калине» с двигателем 1.6, 16 клапанов. При заряде ионисторов до 16 вольт летом холодный двигатель с легкостью заводится. Прогретый заводится даже при 14 вольт. Зимой при температуре -11 так же успешно завелся но уже с трудом. Бывали случаи что с первой попытки не заводится, для второй попытки нужно ждать 1.5 минуты пока заряжаются ионисторы. Но со второй попытки всегда заводится. На новом стандартном аккумуляторе, в любые морозы машина заводилась с первой попытки.
Сейчас, зимой, сдох аккумулятор от UPS, либо он просто не предназначен для работы на морозе, либо мне его изначально дали еле живой. Его не хватает даже на втягивающее стартера, но ионисторы заряжает. Заказал 4 LiFePO4 аккумуляторы и балансир.
Источник
Первая в мире РАЗДЕЛЬНАЯ система пуска на ИОНИСТОРАХ
14 лет на сайте пользователь #100105
Стартерная АКБ испытывает большие нагрузки в момент запуска ДВС, особенно зимой, в связи с чем производители батарей стремятся увеличить отдаваемые токи батареей, всякими ноу-хау, тут и просечно-вытяжные пластины и прочие ухищрения, но! Служат такие батареи недолго, гарантию отходили и в утиль, не то, что старые, служившие по десять лет и более. Хотя в этом большой плюс для производителей, мощности загружены, батарей не хватает, надо выпускать больше батарей, надо строить новые заводы, получать больше прибыли. А что же нам, потребителям, делать? Бездумно тратить деньги, набивая их карманы, гробить экологию( вспомним те же протесты против строительства аккумуляторного завода в Бресте, где людей прессуют за их нежелание жить рядом с вредным производством). Как же это всё победить? Совсем недавно об ионисторах практически никто не слышал, даже о возможности их изготовления не заикались, разве что в фантастических романах, ведь как пишут в Вики:»Фарад — очень большая ёмкость для уединённого проводника: ёмкостью 1 Ф обладал бы уединённый металлический ш ар, радиус которого равен 13 радиусам Солнца (ёмкость же шара размером с Землю, используемого как уединённый проводник, составляла бы около 710 микрофарад)» А тут раз — и ионисторы вошли в нашу жизнь, По Минску ходят автобусы на ионисторах, купить их может любой желающий, да и цена… Пока ещё высока, на ионисторы большой емкости она высока, но вот на ионисторы 500 фарад цена вполне приемлемая, $4-5 за штуку. Я прикупил такие в Китае и после некоторых тестов пришел к выводу, что это очень классная вещь! Они реально помогают аккумуляторам, беря на себя часть нагрузки стартера, На Ютубе есть несколько человек из стран бывшего СССР также использующие ионисторы в помощь АКБ, достаточно зарубежных коллег-самодельщиков эксперименирующих с ними. Но пока все эти видео о том, как ионисторы работают совместно со свинцом, титанатом или другими типами аккумуляторов, при этом эти АКБ все равно испытывают большие стартовые токи, Я же решил избавить АКБ от тяжелых стартов вообще, то есть, чтобы она не испытывала больших разрядных и зарядных токов, а работала только в буферном режиме, а стартер бы запускался ТОЛЬКО от ионисторов, при этом шесть ионисторов заряжаются до 16,2 вольта, а всем нам известно, что чем выше напряжение, тем выше обороты стартера, выше давление в цилиндрах, быстрее заводится двигатель. И всё получилось! Получилась раздельная система пуска двигателя на ионисторах. И она первая в мире. Пока таких я не нашел. Есть раздельные системы, например, на тракторах, где так называемый «пускач» заводит основной двигатель, а его запускает малениким стартером маленькой АКБ, или вообще вручную. Здесь же в качестве такого пускача выступают ионисторы, и основная АКБ может быть вообще мизерной, размерами со спичечный коробок. В предыдущих видео я показывал, как можно завести двигатель с помощью батареи от шуруповерта, небольшой солнечной батареи … Но в этом видео практически законченная раздельная система пуска на ионисторах или как их еще называют — на суперконденсаторах. Доработка авто при этом минимальна: один силовой провод к стартеру и один от замка зажигания. Плюс одно реле, которое отключает АКБ во время старта, ну и DC-DC повышающий модуль — это если вы хотите повысить напряжение и улучшить старт. Ну и конечно же сами ионисторы( суперконденсаторы) с платой балансровки. Вот и всё. А ну да, ещё ваше желание что-то улучшить, а где-то и сэкономить. Ведь заплатив однажды за суперконденсаторы, возможно, вам не придется больше тратиться на аккумуляторы. Время покажет! Привет Академии Наук Беларуси! Пока вы там заседаете, мы изобретаем))) Первая в мире раздельная система пуска ДВС на ионисторах. The first in the world, a separate engine starting system on ionistors. Сделано в Беларуси. Made in Belarus!
12 лет на сайте пользователь #160236
Приветствую. Начнём обсуждение. Итак: Можно хотя бы общую схему подключения? Куда подключен тонкий провод? Смущает работа сего девайса с машиной с эл. мозгами и пуском зажигания от кнопки (без ключа). И у меня генератор с задержкой возбуждения ( для лёгкого старта), но эту проблему решает «буферный» аккумулятор, так? Какие DC-DC повышающие модули использованы (ссылку можно?)?
14 лет на сайте пользователь #96842
Надо в первую очередь патентовать, а не в интернете выкладывать)
12 лет на сайте пользователь #160236
Надо в первую очередь патентовать, а не в интернете выкладывать)
Так то оно да. Но на патентах у нас много не заработаешь. И опять таки нужно на ком-то проверять. На крайняк есть личка
14 лет на сайте пользователь #100105
Схема подключения простая. Набросал. Вверху стандартная схема подключения, такая на большинстве авто. Силовой провод идет с АКБ на стартер и далее на генератор, с которого после запуска идет зарядка обратно на акб. Мы поворачиваем ключ зажигания в положение СТАРТ, внутри втягивающего замыкаются контакты и ток с АКБ поступает в стартер. Внизу моя схема. Почти всё то же самое. Только в стартер поступает ток с ионисторов. Как видно ничего не режется. На стартере откручивается одна гайка с силовым проводом и эта клемма изолируется. На ее место прикручивается отрезок провода 1 идущий к плюсовому контакту ионисторов. С замка зажигания берется один провод с клеммы обозначенной АСС, обозначил цифрой 2. Как правило при старте на этой клемме пропадает напряжение при повороте ключа в положение старт. Мы это видим по отключению магнитолы и гнезда прикуривателя во время старта. Многие думают, что это магнитола тухнет из-за просадки напряжения при старте, но это заблуждение. На самом деле так и задумано инженерами. Так вот что получается: Реле с нормально разомкнутыми контактами. Ключ не в замке, реле разомкнуто, цепь плюса акб и плюса ионисторов разорвана. Поворачиваем ключ в первое положение, на клемме АСС появилось напряжение, включилась музыка))), включилось реле и цепь плюс АКБ-плюс ионисторы сомкнулась. Ионисторы заряжаются. Поворачиваем ключ дальше — включаем зажигание, ничего не меняется, музычка продолжает играть, ионисторы так же заряжаются.. Далее поворачиваем ключ на СТАРТ, на АСС пропадает напряжение, музыка стихает, реле размыкается, цепь плюс АКБ-плюс ионисторы размыкается. Ток на стартер идет ТОЛЬКО с ионисторов. Как видим АКБ не участвует в старте, а питает только генератор, ну и конечно же всю остальную сеть автомобиля. Я её не рисовал. У ионисторов только минус общий с автомобилем, а плюс только с силовым контактом стартера, то есть с ионисторов ток в общую сеть не заходит. DC-DC повышающий я не рисовал, чтоб не загромождать схему, но он ставится в разрыв цепи плюс АКБ-плюс ионисторов или до, или после реле. У меня стоит после. Минус преобразователя конечно же на массу. Далее двигатель работает идет зарядка с генератора на акб, ионисторы также стоят подзаряженные. Они практически ничего не потребляют. Если без дисишки, то на них то же напряжение, что и на АКБ.
karw, да тут то и патентовать особо нечего, пусть люди пользуются бесплатно.HEKTO11, по поводу кнопки и задержки ничего не могу сказать, это надо разбираться. Дсишка простая, онлайнер банит ссылки на али, повышайка на 150 ватт, две штуки параллельно поставил.
Можно и другие, главное с общим минусом. Я сразу поставил мощную на 1200 ватт
Источник постоянного тока (CC) из понижающего регулятора напряжения (CV). Доработка готового модуля.
Класс A — схема самодельного УМЗЧ высокого качества на полевых MOSFET транзисторах.
Усилитель мощности звука с двойной термостабилизацией — теория работы схемы и практическое тестирование.
Падение напряжения при виртуальном «прокручивании» стартера от сборки из 6 ионисторов по 500Ф
