Суперконденсатор для автомобиля: Суперконденсаторный джамп стартер — гарантированно запускаем двигатель в случае разрядки АКБ

Содержание

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:

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:

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:


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!


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:

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:


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:


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:


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.


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:

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.


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).


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:


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.


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

Схема джамп стартера:

Но перед использованием 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


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:


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!

Обзор системы гарантированного запуска автомобиля на базе этого джамп стартера — mysku.ru/blog/diy/78611.html

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!

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:


Разряд до половинного напряжения, с 16 до 8 вольт.


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

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!

DIY Делаем USB зарядку в авто с суперконденсаторами.

Возникла идея сделать самому USB зарядное устройство в авто. Но не простое, а такое, чтобы отдавало электроэнергию через некоторое время после отключения-переключения питания.
Если заглох, завел или заглушил машину — подключенное устройство не отключалось и не загружалось заново,

Вариант с литиевым аккумулятором не очень подходил — работать будет долго, мне достаточно небольшое время 30-60 сек. Отрицательные температуры в авто зимой и постоянные зарядки-разрядки не очень способствуют использованию литиевых батареек. Подумал собрать батарею на конденсаторах большой емкости. Но расчеты показали, что для достаточного времени работы придется собрать приличную батарею, много места будет занимать и стоить она будет дорого.

И тут попалась статья по суперконденсаторы, Ёмобиль и прочее. Для экспериментов была заказана парочка указанных суперконденсаторов на 2 фарады и на 5.5 В. Заказывал у другого продавца — у моего закончились. Другого указал в шапке. Много кто на eбее и али их продает.

Про чудо-устройства — суперконденсаторы или ионисторы, их плюсы и минусы можно почитать на википедии — ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80

Пришли боченки. Проверил блоком питания лабораторным. Работают. Спаял их параллельно и начал эксперименты. У ионисторов ESR отличный. Internal resistance < 0.1 ohm

Решил для простоты подключить к платке зарядки для литиего аккумулятора. В принципе, работает. Но одно НО. Пока напряжение на конденсаторах не станет 2.5 В плата заряжает конденсаторы очень долго маленьким током. Потом зарядка идет быстро до 4.3 В. Не годиться. Слишком долгий заряд и не полностью емкость используется.

Тогда поступил по-другому.

Взял две платки.

Первая преобразователь с 3V до 5V 1A (по факту работает от 2.5 В) — вот такая

ebay.com/itm/371018112347

Подключил к ней два ионистора параллельно (на вход платы вместо аккумулятора).

Вторая платка — маленький «народный» преобразователь напряжения:

ebay.com/itm/191674570601

К входу этой платки подключил лабораторный блок питания и выставил на блоке питания 14 В (напряжение бортовой сети в автомобиле), а на выходе платки — для начала напряжение 5.5 В.

Потом к выходу этой платки через диод шоттки 1N5817 (чтобы ионистор не отдавал энергию на маленькую платку) подключил первую плату с запаянными ионисторами.

Включил все. Выставил на маленьком зеленом преобразователе напряжение, такое чтобы суперконденсаторы заряжались до 5 В. Получил такие замеры напряжения:

Входное с БП: 14 В

После маленькой зеленой платы: 6.15 В

На ионисторах: 5.2 В

На USB выходе устройства: 5 В

Подключил нагрузку 5В 0.5 А (нагрузка скачет от 0.3 до 0.6 А)

Токи:

на заряженном ионисторе 0.64А

на входе зеленой (выход БП — 14 В) платки 0.5 А

После отключения питания на лабораторном блоке питания устройство-нагрузка нормально работает 26 секунд. потребляет ток около 0.5 A. Потом отключается. На суперконденсаторах осталось 2.2 В.

Включаем питание — устройство-нагрузка успешно работает потребляя ток около 0.5 А (0.3-0.6 А), ионисторы заряжаются 31 секунду и все работает дальше. При этом в момент включения блока питания, сила тока на выходе БП, где выставлено 14 В достигает 2.8 А и очень быстро падает до 1 А. Потом, когда ионисторы зарядятся, падает до 0.5 А.

Если напряжение питания понизить до 12 В, все работает почти так же. Небольшие изменения по току на выходе БП. Остальная схема работает в таком же режиме.

Пробовал убрать зеленую плату, выставил на БП 5.1 В и подал электричество через диод на ионисторы и преобразователь — сила тока на БП в начало зарядки подскакивает до 5А, а устройство работает всего 10 сек. Не вариант. Поэтому остановился на напряжении в 14 В и использовании зеленой платки.

Припаял гнездо «папу» с предохранителем на 3А в прикуриватель, вмонтировал все это в коробочку. Закрепил термоклеем. Обязательно закрепить термоклеем подстроечник на зеленой платке. Хитрая зарядка в авто готова. Испытал в авто — работает.

Спасибо за внимание.

Суперконденсатор, описание, принцип работы, преимущества

Суперконденсатор, описание, принцип работы, преимущества.

 

 

Суперконденсатор – это устройство для накопления энергии, которое одновременно имеет высокую мощность и высокую энергоемкость. Он обеспечивает импульсное выделение энергии за короткий временной промежуток – от 0,1 с до 10 с.

 

Описание суперконденсатора

Принцип работы суперконденсатора

Преимущества суперконденсаторов

Использование суперконденсаторов для запуска автомобилей

Суперконденсаторы Феникс

 

Описание суперконденсатора:

Суперконденсатор – это устройство для накопления энергии, которое одновременно имеет высокую мощность и высокую энергоемкость. В состав суперконденсатора входят два погруженных в электролит противоположных по заряду электрода, обкладки электродов и сепаратор. Задача сепаратора состоит в предотвращении перемещения заряда между двумя электродами, имеющими противоположную полярность. Обкладками электродов вместо обычных диэлектриков служат пористые материалы, создающие двойной электрический слой на границе раздела фаз, в частности, активированный уголь. Этим оно отличается от традиционных аккумуляторных батарей и конденсаторов. Электроды также выполнятся из активированного угля либо вспененного металла.

Расстояние между обкладками суперконденсатора – расстояние между разделенными зарядами (т.е. толщина двойного электрического слоя) крайне мала за счет использования электролита, а площадь пористых материалов обкладок колоссальна. Благодаря чему суперконденсаторы в сравнении с обычными электролитическими конденсаторами обладают высокой энергоемкостью, т.к. площадь электродов за счет использования пористых материалов, создающих двойной электрический слой, многократно увеличена.

Суперконденсатор имеет и другие названия: например, ионистр, ультраконденсатор, импульсный конденсатор и пр.

Суперконденсатор заряжается за несколько секунд-минут. Он обеспечивает импульсное выделение энергии за короткий временной промежуток – от 0,1 с до 10 с. Суперконденсатор не заменяет собой обычный аккумулятор, а призван работать с ним параллельно.

Рабочие характеристики суперконденсаторов и аккумуляторов определяются в разных величинах измерения – Фарадах и Ампер-часах. Для вычисления количества энергии в конденсаторе используется следующая формула:
Энергия (Дж) = 1/2*Емкость (Ф) * Напряжение в квадрате (В2)

В России производятся суперконденсаторы Феникс, а также суперконденсаторные модули и сборки на их основе.

 

Принцип работы суперконденсатора:

В основе работы суперконденсатора лежит физический процесс, а не химическая реакция, как это свойственно для аккумуляторов.

 

Суперконденсатор запасает энергию за счет электростатических зарядов, которые образуются на электродах и обкладках, создающих двойной электрический слой между электролитом и электродами. Данный процесс полностью легко обратим. Поэтому суперконденсаторы быстро и легко отдают энергию. Они также выдерживают сотни тысяч циклов заряда-разряда, что не приводит к каким-либо изменениям в показателях работы.

 

Преимущества суперконденсаторов:

– большие максимальные токи зарядки и разрядки,

длительный срок службы без изменения показателей работы и снижения емкости,

– выдерживают сотни тысяч циклов заряда-разряда без изменения показателей работы,

высокое внутреннее сопротивление суперконденсатора, которое препятствует быстрому саморазряду,

– малый вес,

высокая механическая прочность,

– не зависят от температуры. Работают как при очень низких, так и при очень высоких температурах,

хранимый электрический заряд постоянен, не снижается в случае неиспользования по назначению,

– быстро заряжаются и разряжаются как конденсаторы,

 простые способы зарядки без необходимости контроля,

– взрыво- и пожаробезопасны, отсутствуют токсичные вещества,

 отсутствует полярность. Подключать и использовать суперконденсатор можно в любом направлении. Плюс и минус указаны для остаточного напряжения после заряда суперконденсатора.

 

Использование суперконденсаторов для запуска автомобилей:

Суперконденсаторы можно устанавливать на автомобили и использовать для беспроблемного запуска двигателя при низких температурах (-45 оС и ниже). Также суперконденсаторы позволяют осуществить запуск двигателя и при разряженных аккумуляторных батареях.

Они подключаются параллельно аккумулятору либо непосредственно к стартеру автомобиля, что полностью исключает аккумуляторную батарею из процесса запуска двигателя.

 

 

Суперконденсаторы Феникс:

В России производятся суперконденсаторы Феникс, а также суперконденсаторные модули и сборки на их основе как с преобразователями, так и без преобразователя напряжения.

Они имеют емкость до 3000 Фарад, максимальный пиковый ток до 2600 А, максимальное напряжение до 480 В, пиковое напряжение до 500 В. Диапазон рабочей температуры составляет от -45 до ~ 65 oC.

 

Примечание: описание технологии на примере суперконденсаторов Феникс.

© Фото //www.pexels.com, //pixabay.com, //ru.wikipedia.org/wiki/Ионистор, //www.ultracapacitor.ru

 

Найти что-нибудь еще?

Похожие записи:

карта сайта

суперконденсатор для автомобиля купить ионистор цена своими руками графеновый 2.7 v схема тээмп энергия модули большой емкости принцип работы
российские военные углеродные суперконденсаторы феникс вместо аккумуляторов maxwell титан россия заряд основа элтон для электромобилей характеристики отзывы
видеорегистраторы с суперконденсатором
применение производство электролит использование батарея суперконденсаторов в россии в военной технике
емкость устройство зарядка суперконденсатора
аккумулятор на суперконденсаторах

 

Коэффициент востребованности
1 347

Суперконденсаторы вместо аккумулятора в автомобиле : Labuda.blog


Суперконденсатор или ионистор — это что-то нечто среднее между аккумулятором и обычным конденсатором. У него много плюсов, которыми не обладает аккумуляторная батарея. Поэтому, я познакомлю вас с полностью рабочим прототипом батареи для машины на ионисторах. С помощью него можно не просто завести двигатель пару раз, а вполне полноценно эксплуатировать автомобиль неограниченное время.

Понадобится

Этого хватит для первого опытного образца.

Первое испытание с запуском двигателя

Я купил 6 суперконденсаторов и плату балансовой защиты, бывают они продаются индивидуально под каждый ионистор, а бывает и цельная линейка под шесть штук.

Собрал все воедино.

Плата защиты исключает перезаряд суперконденсаторов напряжением выше 2,7В, поэтому использовать ее практически обязательно нужно, если включение элементов производится последовательно.

Далее я припаял клеммы и установил эту батарею на авто. Но предварительно ее необходимо зарядить небольшим током 5-7 А до рабочего напряжения. На это ушло 10-15 минут времени.

После подключения автомобиль завелся без лишних сложностей, двигатель работал стабильно, напряжение в бортовой сети держалось на должном уровне.

В ходе этого эксперимента выяснились следующие плюсы и минут: батарея из ионисторов быстро разряжалась при выключенном зажигании, а именно где-то через 5-6 часов напряжение падало до 10 В. Это был минус, а плюс был в том, что даже при этом напряжении автомобиль все ещё заводился, так как для ионистора любое напряжение рабочее, в отличии от аккумулятора.

В итоге запустить двигатель по прошествии одних суток уже не представлялось возможным. И я решил исправить данный недостаток в следующей конструкции.

Схема

Вот схема второго прототипа батареи.

Оговорюсь сразу: солнечной панели и второго аккумулятора в ней нет. Тут также используется линейка из суперконденсаторов с балансной платой. Также добавлен контроллер заряда аккумулятора, пара переключателей, вольтметр и сам небольшой аккумулятор емкостью 7,5АЧ.

Работа устройства такова: перед запуском авто открываем капот и счелкаем верхний по схеме переключатель. Через мощный 50 Ваттный резистор сопротивлением 1 Ом, ионистор начинает заряжаться от аккумулятора. Заряжать напрямую без этого резистора нельзя, так как для аккумулятора это будет равносильно короткому замыканию.

На все про все уходит 15 минут времени. Для меня это не критично. После этого можно заводить авто и ехать. Также парально резистору воткнут диод Шоттки. Он служит для зарядки аккумулятора после того как двигатель запущен.

А заряжается аккумуляторная батарея через контроллер зарядки.

Он нужен для того, чтобы каждый раз не щелкать переключатель включения, а один раз включить и ехать: встать у магазина и уйти на пару часов. И если ионистор начнет тянуть из аккумулятора ток, и разряжать его ниже 11,4 В, то контроллер зарядки тут же его отключит. Тем самым защитит батарею от полного разряда, что может ее погубить раньше срока.

Нижний по схеме переключатель служит для подключения вольтметра либо к ионисторам, либо к батарее.

Полностью рабочий экземпляр батареи на суперконденсаторах

Собрал всю схему в пластиковой коробке. Временно естественно, чисто покататься и испробовать новшество.

Вид устройства с верху.

Защитный контроллер.

Мощный токоограничивающий резистор.

Цифровой вольтметр виден через пластик.

Устанавливаем на автомобиль вместо штатной батареи.

Включаем зажигание и пробуем произвести пуск двигателя.

Мотор запустился быстро, без каких либо проблем.

Производится зарядка ионисторов и аккумуляторной батареи, о чем свидетельствуют показания вольтметра.

Заключение

Теперь поподробнее о достоинствах и недостатка:

Плюсы:

  • В отличии от аккумулятора суперконденсаторы надежнее справляются с пиковым пусковым током. Пуск получается надежнее.
  • Низкое напряжение вполне является рабочим.
  • Имеет низкий вес, от чего всю коробку можно запросто таскать домой на всякий случай.
  • Для пуска можно произвести зарядку даже от батареек и спокойно ехать в путь.

Минусы:

  • Большой саморазряд. Передвигаться конечно можно, но если необходимо на короткий срок включить габариты или аварийную сигнализацию — мало на что хватит энергии, при заглушенном двигателе естественно.

Ну это то что пришло в голову. Теперь о стоимости. На Али Экспресс супер конденсаторы стоят не так уж и дорого. И если посчитать их 6 и балансную защиту, то выйдет дешевле чем кислотный аккумулятор.

На этом у меня все. Надеюсь мой эксперимент был для вас познавательным и интересным. Удачи всем!

Смотрите видео

Источник: sdelaysam-svoimirukami.ru



Чем обусловлены различия между аккумуляторами и суперконденсаторами / Хабр

Электрохимические источники питания используются сегодня повсеместно и имеют отличительные характеристики: ёмкость, или количество хранимой энергии, а также мощность, или возможность быстро отдавать или накапливать эту энергию (разрядка/зарядка на высоких токах). К тому же, для элементов питания очень важны безопасность и долговечность. В этом посте я расскажу, чем отличаются аккумуляторы и суперконденсаторы на химическом уровне, и как это влияет на их технические характеристики.

Начну я с аккумуляторов. На сегодняшний день чаще всего используются литий-ионные и никель-метал-гидридные (NiMH) аккумуляторы, но литий-ионные постепенно вытесняют NiMH по нескольким причинам. Во-первых, литий-ионные аккумуляторы более энергоёмкие. Это объясняется тем, что по сравнению с щёлочными электролитами NiMH, которые ограничивают напряжение ячейки в 1.2 V, электролиты литий-ионных аккумуляторов на основе карбонатов обеспечивают напряжение в 3V. А это означает меньшее количество ячеек, необходимых, чтобы достичь определённого напряжения, а также более компактные размеры, что для современных портативных электронных устройств просто необходимо. И, самое главное, по сравнению с NiMH, где используются сплавы с редкоземельными металлами, литий-ионные аккумуляторы содержат более дешёвые материалы.
Работа литий-ионных аккумуляторов выглядит следующим образом: ионы лития встраиваются в слоистый материал анода (чаще всего графит) или катода (оксиды переходных металлов) при зарядке и разрядке. Ёмкость определяется тем, сколько лития встроилось в электроды, и если ёмкость, как говорилось выше, у литий-ионных аккумуляторов хорошая, то с мощностью (это возможность аккумулятора быстро заряжаться и разряжаться на высоких токах, например, при разгоне и рекуперативном торможении в электромобилях) всё не так просто. Например, при слишком быстрой зарядке ионы лития не успевают встраиваться в кристаллы и образуют цепочки металлического лития (дендриты) на аноде, которы могут привести к короткому замыканию, особенно при низкой температуре. А слишком быстрая разрядке может разрушить кристалл катода и привести к преждевременному старению аккумулятора.

От чего же зависит мощность аккумулятора? Мощность аккумулятора зависит от нескольких параметров: проводимости электрода, состоящего из активного материала и добавок, скорости электрохимических процессов, проходящих в активных материалах, а также ионной проводимости электролита. Чтобы как-то улучшить мощность литий-ионных аккумуляторов, если подразумевается их использование на высоких токах, производители создают специальные, более тонкие электроды: они содержат меньше активного материала, но больше углеродных добавок. В результате повышается проводимость электрода, но, увы, уменьшая количество активного материала уменьшается и ёмкость. К тому же, даже если такая технология улучшает проводимость электродов, не стоит забывать и о других параметрах, влияющих на мощность, особенно медленное встраивание лития в кристаллы (диффузионныe затруднения), на которую данная технология никак не влияет.

Но тут нам на помощь приходят наноматериалы: для того, чтобы встроиться в нанокристалл, литию не надо продвигаться на большие расстояния, поэтому интеркаляция проходит гораздо быстрее.

Но увы, у наноматериалов также есть и недостатки, в частности, их повышенная химическая реактивность, которая уменьшает срок эксплуатации аккумулятора. В общем, пытаясь улучшить один из параметров аккумулятора, зачастую ухудшаются все остальные.

Но если аккумулятор всё-таки должен работать на очень высоких токах, при которых ни метод производства электродов, ни структуриривание активых материалов не помогают, на помощь приходит суперконденсатор. Суперконденсатор на первый взгляд напоминает аккумулятор: у него тоже есть два электрода, помещённых в электролит. Но это только на первый взгляд. На самом деле, энергию суперконденсатор хранит в виде слоя ионов, которые присоединяются к поверхности электродов (двойной электрический слой). Ёмкость таких устройств напрямую зависит от поверхности электрода, и в качестве активного материала зачастую используется активированный уголь. Так как, в отичии от литий-ионных аккумуляторов, в суперконденсаторах нет окислительно- восстановительных реакций и ионы не должны никуда встраиваться, зарядка и разрядка проходят намного быстрее, а сами устройства более долговечны.

Но почему же, имея такую замечательную мощность, суперконденсаторы не могут использоваться как самостоятельные источники питания вместо аккумуляторов? А дело тут в том, что процесс образования двойного электрического слоя гораздо менее энергоёмкий чем окислительно-восстановительные реакции, поэтому, несмотря на то, что энергию суперконденсаторы накапливают и отдают быстро, количество её очень мало по сравнению с аккумуляторами. К тому же, суперконденсаторы подвержены сильному саморазряду: если заряженный аккумулятор за месяц теряет несколько процентов от ёмкости, то суперконденсатор за это время может разрядиться полностью. Поэтому суперконденсаторы обычно используют совместно с энергоёмкими аккумуляторами и берут на себя роль источника питания исключительно при пиковых нагрузках.

Саморазряд- это постепенное падение напряжения в электрохимическим источнике питания если он отключен от сети. В литий-ионных аккумуляторах он связан с постепенным окислением электролита на катоде, в результате чего выделяются электроны, которые используются материалами катода чтобы встроить в свою структуру литий (процесс, происходящий во время разрядки). Так как окисляется электролит медленно, саморазряд тоже медленный. А вот точный механизм саморазряда суперконденсаторов пока неизвестен, но его связывают с ионами электролита, которые вступают в окислительно-восстановительные реакции на поверхности электродов.

В конце стоит сказать, что существуют также «псевдоёмкие» суперконденсаторы, которые также называют электрохимическими суперконденсаторами, в которых на поверхности активных материалов проходят более энергоёмкие окислительно- восстановаительные процессы, но ёмкость таких устройств всё равно ниже, чем у аккумуляторов, и они также страдают от сильного саморазряда.

Источники:

Linden’s Handbook of Batteries, Fourth Edition

IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, Vol. 24, N° 2, 2009

J. Electrochem.Soc., Vol. 145, N° 10, 1998

B. E. Conway, Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications, 1999

Супер суперконденсатор по лучшей цене — Отличные предложения на суперконденсатор от мировых продавцов суперконденсаторов

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место, если хотите приобрести суперконденсатор. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот суперконденсатор высшего качества вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели суперконденсатор на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в суперконденсаторе и думаете о выборе аналогичного продукта, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести supercapacitor по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Суперконденсатор суперконденсатор по лучшей цене — Выгодные предложения на суперконденсатор суперконденсатор от глобальных продавцов суперконденсатора суперконденсатор

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте, если хотите купить суперконденсатор суперконденсатор.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот суперконденсатор высшего качества вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели суперконденсатор суперконденсатор на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в суперконденсаторном суперконденсаторе и думаете о выборе аналогичного продукта, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести supercapacitor supercapacitor по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Скорость света: исследуйте солнечную энергию с помощью автомобильного двигателя с суперконденсатором!

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript. Если вы оставите отключенным JavaScript, вы получите доступ только к части предоставляемого нами контента.Вот как.

Области науки Электричество и электроника
Сложность
Требуемое время Long (2-4 недели)
Предварительные требования Нет
Наличие материала Вам нужно будет заказать суперконденсаторную машину онлайн.См. Подробности в списке материалов и оборудования.
Стоимость Среднее значение (50 — 100 долларов США)
Безопасность Нет проблем

Абстрактные

Солнечные элементы — это устройства, которые можно использовать в качестве источника энергии, когда на них светит свет, но они перестают вырабатывать энергию, когда они не находятся на свету. Один из способов сохранить солнечную энергию для последующего использования — использовать солнечный элемент для зарядки так называемого конденсатора . Конденсатор хранит энергию в виде электрического поля, к которому можно подключиться в любое время, как при свете, так и вне его. В этом научном проекте по электронике вы будете использовать части автомобиля на солнечных батареях, чтобы поэкспериментировать с емкостью накопителя энергии суперконденсатора .

Объектив

Зарядите суперконденсатор от солнечной панели, затем измерьте, как время зарядки влияет на то, как долго суперконденсатор может приводить в действие электродвигатель автомобиля.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да,
Я сделал этот проект!

Пожалуйста, войдите в систему (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Планируете ли вы сделать проект от Science Buddies?

Вернитесь и расскажите нам о своем проекте, используя ссылку «Я сделал этот проект» для выбранного вами проекта.

Вы найдете ссылку «Я сделал этот проект» на каждом проекте на веб-сайте Science Buddies, так что не забудьте поделиться своей историей!

Кредиты

Дэвид Б.Уайт, доктор философии, приятели науки

Цитируйте эту страницу

Здесь представлена ​​общая информация о цитировании. Обязательно проверьте форматирование, включая использование заглавных букв, для метода, который вы используете, и обновите цитату по мере необходимости.

MLA Стиль

Сотрудники Science Buddies.

«Скорость света: исследуйте солнечную энергию с помощью автомобильного двигателя с суперконденсатором!» Друзья науки ,
23 июня 2020,
https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p063/electricity-electronics/supercapacitor-car-motor-solar-energy.Доступ 22 ноября 2020 г.

APA Style

Сотрудники Science Buddies.

(2020, 23 июня).
Скорость света: исследуйте солнечную энергию с помощью суперконденсаторного автомобильного двигателя!
Извлекаются из
https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Elec_p063/electricity-electronics/supercapacitor-car-motor-solar-energy

Дата последнего редактирования: 2020-06-23

Введение

Количество энергии, производимой солнцем, действительно поражает.Знаете ли вы, что солнечная энергия, падающая на Землю, превышает общее количество энергии, потребляемой человечеством, более чем в 20 000 раз? Использование этого чистого и возобновляемого источника энергии — один из способов удовлетворить растущие потребности общества в энергии. Солнечные элементы преобразуют энергию Солнца в электрическую энергию. Энергию солнечного элемента можно использовать для питания почти всего, что требует энергии для работы, включая автомобили, лодки, самолеты и бытовые приборы.Обратной стороной солнечных панелей является то, что они перестают вырабатывать энергию, когда солнце садится, но, конечно, наша потребность в энергии сохраняется и после заката.

Один из способов использовать энергию Солнца и сохранить ее на будущее — прикрепить конденсатор к солнечному элементу. Когда солнечный элемент подвергается воздействию Солнца, электрическая энергия может быть использована для закачки электронов в конденсатор. Если затем отсоединить конденсатор от солнечного элемента, энергия останется в конденсаторе в виде электрического поля . Когда конденсатор подключен к двигателю или лампочке, электроны могут вытекать обратно, заставляя двигатель вращаться или лампочку светить. Вы можете узнать больше об электричестве и электронах в Руководстве по электричеству, магнетизму и электромагнетизму Science Buddies.

Конденсатор хранения энергии в электрическом поле можно сравнить с водонапорной башни, которая хранит воду на некотором расстоянии над землей. Для накопления воды ее перекачивают «в гору» в водонапорные башни, где она готова к использованию по мере необходимости.Когда выпускная труба открыта, вода течет «вниз по холму» из башни под действием силы тяжести. Аналогичным образом конденсатор накапливает избыточные электроны, которые были накачаны в него солнечным элементом. Затем, когда конденсатор присоединен к двигателю или другому электронному устройству, электроны выходят наружу под действием электрического поля в конденсаторе.

В этом научном проекте по электронике вы соберете двигатель из специального автомобильного комплекта, солнечной батареи и суперконденсатора . Он называется суперконденсатором super , потому что он большой и может хранить много электронов. Единица измерения накопительной мощности конденсатора — фарад. Суперконденсатор, который вы будете использовать, рассчитан на 6 фарад, что очень много по сравнению с обычными конденсаторами (емкость обычно измеряется в микрофарадах или пикофарадах). Поскольку конденсатор такой большой, он может хранить достаточно энергии, чтобы заставить двигатель вращаться, даже когда на солнечный элемент не попадает свет. Когда автомобиль подвергается воздействию солнечного света, солнечная панель вырабатывает энергию, часть которой заставляет двигатель работать, а часть накапливается в конденсаторе.Вы измеряете, как долго мотор продолжает вращаться после помещения устройства в тень. Чем больше энергии было накоплено, тем дольше будет работать мотор!

Термины и понятия

  • Энергия
  • Возобновляемый
  • Солнечный элемент
  • Электроэнергия
  • Конденсатор
  • Электрон
  • Электрическое поле
  • Суперконденсатор
  • Напряжение

Вопросы

  • На основании вашего исследования, как конденсатор накапливает энергию?
  • Что такое единица измерения емкости?
  • На основании вашего исследования, какие реальные примеры использования конденсаторов в качестве устройств хранения энергии?

Лента новостей по этой теме

Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает указанные выше статьи.Это не так умно, как вы, и иногда может давать юмористические, нелепые или даже раздражающие результаты! Узнать больше о ленте новостей

Материалы и оборудование

  • Energy Kit от Science Wiz; доступно на www.amazon.com

    • В комплект двигателя входят: суперконденсатор, рама автомобиля, солнечная батарея
  • Двусторонний скотч
  • Секундомер
  • Кусок картона, 12 x 12 дюймов (дюйм.)
  • Помощник (1)
  • Блокнот лабораторный
  • Миллиметровка

Заявление об отказе от ответственности:
Science Buddies участвует в партнерских программах с
Инструменты для дома,
Amazon.com,
Каролина Биологический и
Jameco Electronics.
Доходы от партнерских программ помогают поддерживать

Science Buddies, общественной благотворительной организации 501 (c) (3), и делаем наши ресурсы бесплатными для всех. Наш главный приоритет — обучение студентов. Если у вас есть какие-либо комментарии (положительные или отрицательные), связанные с покупками, которые вы сделали для научных проектов из рекомендаций на нашем сайте, сообщите нам об этом.Напишите нам на
[email protected]

Методика эксперимента

Подготовка экспериментальной установки

  1. Откройте окно «Энергия» и посмотрите, какие материалы включены.

    1. Для этого проекта вы не будете изготавливать автомобиль целиком, а только ту часть, которая имеет раму автомобиля, солнечную батарею и двигатель.
  2. Прикрепите двигатель к раме с помощью двустороннего скотча.
  3. Прикрепите фотоэлемент к раме двусторонним скотчем.
  4. Пропустите оголенный конец красного провода от солнечного элемента через один из выступов на двигателе. Накрутите провод на язычок.
  5. Пропустите оголенный конец черного провода от солнечного элемента через другой язычок на двигателе. Накрутите провод на язычок.

Солнечный элемент, подключенный к суперконденсатору.

Рисунок 1. Рама (красная) удерживает солнечный элемент и двигатель.Красный провод от солнечного элемента — положительный, а черный провод — отрицательный. Конденсатор также имеет положительную и отрицательную стороны, обозначенные знаком «+» и «-».

  1. Вставьте суперконденсатор в отверстия на выступах двигателя.

    1. Суперконденсатор имеет положительную и отрицательную стороны, обозначенные знаками «+» и «-» на стороне конденсатора.
    2. Присоедините сторону конденсатора с положительным выводом (проводом) к выступу двигателя с помощью красного провода.
    3. Присоедините сторону конденсатора с отрицательным выводом (проводом) к язычку двигателя с черным проводом.

Воздействие солнечного света на устройство

  1. Поместите устройство под прямые солнечные лучи.
  2. Мотор должен начать вращаться через несколько секунд. Если мотор не вращается, проверьте соединения.

    1. Примечание: Сохраняйте постоянный угол между солнечным элементом и Солнцем.
  3. Накройте солнечную батарею куском картона, чтобы блокировать солнечный свет.
  4. Двигатель должен остановиться.
  5. Поместите солнечный элемент под прямые солнечные лучи.

    1. Вы можете покрутить вал пальцем, чтобы он начал вращаться, если вал кажется немного липким.
  6. Как только мотор начнет вращаться из-за солнца, попросите помощника запустить таймер.
  7. Через 5 секунд (сек.) на солнечном свете с вращающимся мотором остановите таймер и заблокируйте солнечный свет от солнечного элемента куском картона. Двигатель должен вращаться в течение нескольких секунд в тени, пока не истощит энергию суперконденсатора.

    1. Время, в течение которого двигатель останавливается после того, как он убирается от солнца.
    2. Вашему помощнику нужно будет остановить таймер через 5 секунд, а затем сразу же перезапустить его, чтобы определить, как долго мотор вращается в тени.Возможно, вы захотите попрактиковаться в этом шаге перед тем, как начать запись данных.
  8. Когда вы будете готовы провести эксперимент и начать сбор данных, запишите данные в таблицу, как показано ниже, в лабораторной записной книжке.

    1. Время на солнечном свете с вращающимся двигателем — это время, в течение которого конденсатор заряжается на солнце.
    2. Время до того, как двигатель перестанет вращаться после того, как его переместили в тень, — это время, необходимое для разрядки суперконденсатора.

Опытная 1
Время пребывания на солнце с вращающимся мотором (секунды) Время, пока мотор не перестанет вращаться после помещения в тень (секунды)
5
5
10
10
15
15
30
30

  1. Повторите шаги 7–8 для двух точек данных за раз, подвергая солнечную панель еще раз в течение 5 секунд., затем на более длительные периоды времени, как показано в таблице данных — дважды по 10 секунд, дважды по 15 секунд и дважды по 30 секунд.
  2. Повторите шаги 7–9 еще два раза, чтобы убедиться, что ваши результаты повторяемы. Создавайте новые таблицы данных для каждого нового испытания.

Анализ данных

  1. Рассчитайте и запишите средние значения в таблицу данных, подобную приведенной ниже.

Среднее время
Время нахождения на солнечном свете с вращающимся мотором (секунды) Среднее время, пока мотор не перестанет вращаться после помещения в тень (секунды)
5
10
15
30

  1. График Время зарядки (время на солнечном свете) по оси x и Время разряда (время до прекращения работы двигателя в тени) по оси y.Как время, в течение которого двигатель вращается, когда он находится вне солнечного света, зависит от времени, затрачиваемого на сбор солнечной энергии?

.

Если вам нравится этот проект, возможно, вам понравятся следующие родственные профессии:

Инженер по системам солнечной энергии

Интересует ли вас идея использовать огромную силу солнца? Если вам это интересно, то вам следует подумать об установке солнечных фотоэлектрических панелей в вашем доме, чтобы бесплатно получать электричество от солнца.Но насколько энергоэффективен ваш дом? Может стать лучше? Сколько панелей потребуется вашему дому? Как бы выглядела система? Вы можете получить ответы на эти и другие вопросы у местного инженера по солнечной энергии. Эти инженеры помогают своим бытовым и коммерческим клиентам сэкономить на счетах за электроэнергию и уменьшить углеродный след, проводя энергетический аудит, а также выбирая и проектируя для них подходящую солнечную энергетическую систему.
Прочитайте больше

Инженер по электротехнике и электронике

Подобно тому, как гончар лепит глину, а сталелитейщик лепит расплавленную сталь, инженеры-электрики и электронщики собирают и формируют электричество и используют его для изготовления изделий, передающих энергию или информацию.Инженеры-электрики и электронщики могут специализироваться на одном из миллионов продуктов, которые производят или используют электричество, например, на сотовых телефонах, электродвигателях, микроволновых печах, медицинских инструментах, навигационной системе для авиакомпаний или портативных играх.
Прочитайте больше

Автомобильный инженер

Автомобили — важная часть нашей повседневной жизни.Мы зависим от них в выполнении повседневных задач — добираться до школы и на работу, заниматься спортом, покупать продукты и выполнять различные поручения — а также обеспечивать нашу безопасность при этом. Наши машины согревают или согревают нас, пока мы едем на них, и они даже помогают нам сориентироваться. Автомобиль состоит из сложных тормозных систем, рулевого управления и электрических систем, а также двигателя и трансмиссии. Все эти системы требуют огромного количества инженерных работ, ответственность за которые лежит на автомобильных инженерах.Они разрабатывают компоненты и системы, которые делают наши автомобили эффективными и безопасными.
Прочитайте больше

Варианты

  • Соберите суперконденсаторную машину с солнечной панелью в соответствии с инструкциями, добавив колеса и шестерню, соединяющую двигатель с колесами. Повторите описанные выше эксперименты, заряжая двигатель несколько раз.Чтобы измерить, сколько энергии удерживает конденсатор, измерьте, насколько далеко автомобиль уходит по ровному полу от прямых солнечных лучей.
  • Попробуйте другие гонки на время в дополнение к перечисленным в таблице данных выше.
  • Снимите суперконденсатор с двигателя. Подержите солнечный элемент на солнце, пока двигатель не начнет вращаться. Теперь переместите его в тень. Сколько времени нужно двигателю, чтобы остановиться в тени без суперконденсатора?
  • Присоедините суперконденсатор к солнечной панели без двигателя.(Двигатель расходует энергию по мере зарядки конденсатора.) Для этого отсоедините провода солнечной панели от выступов двигателя. Снимите суперконденсатор с выступов двигателя. Оберните оголенный конец красного провода вокруг положительного вывода конденсатора, а черный провод — вокруг отрицательного вывода. Зарядите суперконденсатор в течение 5 секунд. при полном солнечном свете. Коснитесь выводами (проводами) конденсатора и выводами двигателя. Мотор вращается столько же времени, сколько и когда мотор был присоединен?
  • Зарядите конденсатор, как указано выше, затем подождите несколько раз (15 мин., 30 мин., 1 час), прежде чем прикасаться к двигателю. Достаточно ли энергии у суперконденсатора для запуска двигателя?
  • Используйте мультиметр для измерения фактического напряжения конденсатора. Повторите описанные выше процедуры, но соберите данные для напряжения конденсатора. Например, как со временем меняется напряжение конденсатора, когда он заряжается солнечным элементом? См. Ресурс Science Buddies
    Как пользоваться мультиметром.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Да,
Я сделал этот проект!

Пожалуйста, войдите в систему (или создайте бесплатную учетную запись), чтобы сообщить нам, как все прошло.

Спросите эксперта

Форум «Задайте вопрос эксперту» предназначен для того, чтобы студенты могли найти ответы на научные вопросы, которые они не смогли найти с помощью других ресурсов. Если у вас есть конкретные вопросы о вашем проекте или научной ярмарке, наша команда ученых-добровольцев может вам помочь. Наши специалисты не будут выполнять эту работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.

Спросите эксперта

Ссылки по теме

Лента новостей по этой теме

Примечание: Компьютеризированный алгоритм сопоставления предлагает указанные выше статьи.Это не так умно, как вы, и иногда может давать юмористические, нелепые или даже раздражающие результаты! Узнать больше о ленте новостей

Ищете больше научных развлечений?

Попробуйте одно из наших научных занятий для быстрых научных исследований в любое время. Идеально, чтобы оживить дождливый день, школьные каникулы или момент скуки.

Найдите занятие

Видео о нашей науке

Как сделать винт Архимеда — STEM-упражнение

Идея проекта для выставки Physics and Chemistry of an Explosion Science Fair

Как сделать анемометр (измеритель скорости ветра)

Спасибо за ваш отзыв!

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *