Система гарантированного запуска на суперконденсаторах - в случае разрядки АКБ запускаем двигатель, не выходя из машины

С помощью такой системы запуск двигателя происходит еще быстрее и комфортнее. Теперь не нужно лезть с джамп стартером под капот и накидывать провода на клеммы, пачкая руки и теряя драгоценное время. Помимо более мощного запуска в бустерном режиме (с повышенным напряжением), система также поддерживает и буферный режим (постоянное параллельное соединение ионисторов и АКБ). Этот режим позволяет продлить срок службы АКБ в 2-4 раза, минимизировать колебания напряжения бортсети и уровень помех в ней, а также повысить качество звучания автомобильной аудиосистемы. В обзоре я расскажу об изготовлении и опыте эксплуатации такой системы гарантированного запуска, построенной на базе ранее описанного суперконденсаторного джамп стартера.

После того как я сделал суперконденсаторный джамп стартер и положил его в багажное отделение, он превратился, по сути, в редко используемый дополнительный аксессуар из «аварийного набора автомобилиста», наряду с тросом, запаской и саперной лопаткой. Но у связки АКБ+суперконденсатор есть и другие достоинства (например, те что дает буферный режим), которые при таком пассивном сценарии остаются неиспользованными.

Попробуем извлечь для своего автомобиля максимум пользы и удобства из того, что может дать стационарное подключение ионисторов к бортсети. Сам принцип работы системы гарантированного запуска очень простой – это подключение заряженных до 16 вольт ионисторов к АКБ непосредственно перед запуском двигателя. Такое подключение выполняется из салона, нажатием кнопки, нет необходимости выходить из машины и открывать капот. Напряжение на конденсаторах и АКБ контролируется с помощью блока управления, установленного в салоне. Этот же блок выполняет и зарядку конденсаторов.

Вначале я опишу изготовление такой системы. Дополнительную информацию (схемы подключения ионисторов, в чем разница между буферным и бустерным режимами, за счет чего улучшается срок службы АКБ, параметры бортсети и качество звучания автомобильной акустики) можно посмотреть под спойлером в конце обзора.

Изготовление блока управления

Это первый компонент системы, который я решил сделать. Требования к нему у меня были следующие. Он должен находиться в салоне, на виду у водителя, показывать состояние и напряжение суперконденсаторного модуля, а также обеспечивать включение и выключение режима зарядки модуля. С эстетической точки зрения, блок также должен гармонировать с интерьером салона, а не выглядеть как вырвиглазный пример лютого агротюнинга) Что у меня в итоге получилось, наверно сразу понятно из заглавного фото к обзору.

Наиболее органично было бы сделать управление в виде штатных кнопок на центральной консоли. У меня все места под кнопки на торпеде уже используются и ставить дополнительные кнопки просто некуда. Поэтому я решил использовать когда-то купленную накладку тоннеля КПП под две дополнительные кнопки. Поскольку кнопок две, было задумано поставить в каждую из них по вольтметру, которые бы показывали напряжение на АКБ и на ионисторах. Купил 2 вольтметра минимального размера 0.28” 0-30V aliexpress.com/item/32843520253.html и в оффлайне купил пару штатных кнопок для переделки. Но встроить вольтметры в кнопки не получилось, они (точнее, их платы) оказались слишком крупными((( Я упоминаю вариант со штатными кнопками потому, что он вполне рабочий и будет выглядеть в салоне пожалуй наиболее гармонично. Но для моей модели авто он, к сожалению, не подошел из-за недостаточных размеров штатных кнопок.

Тогда будем делать блок управления с использованием дискретных клавишных переключателей (10A/12V DC, 16(10)A/250V AC), купленных в оффлайне. Отрезаем от накладки все лишнее:


Отпаиваем от вольтметров провода и соединяем их торцами с помощью автоскотча 3М. Снимаем накладку с панельного вольтамперметра и убираем все лишнее. Вырезаем из пластика защитное стекло и готовим к наклейке в накладку. Стык между вольтметрами зачерняем маркером:


Вклеиваем стекло и вольтметры. Торцы вольтметров зачерняем маркером:


Блок управления почти готов. На общей схеме всей системы он справа и выделен пунктиром:

Для удобства понимания я также перерисовал и добавил сюда схему суперконденсаторного модуля из прошлого обзора.

Припаиваем провода и понижающий DC/DC преобразователь aliexpress.com/item/32988783084.html для питания вольтметров. Зачем он нужен? По двум причинам. Хотя в вольтметрах стоит линейный стабилизатор питания, при напряжении выше 15 вольт он перегревается, что снижает точность показаний и сокращает срок службы вольтметров. Производитель рекомендует напряжение питания 5-15V. При работе стартера напряжение в бортсети может просесть до 8-9 вольт. Для работы понижайки нужна минимальная разница в несколько вольт между входным и выходным напряжением. Поэтому на понижайке я выставил 5 вольт. Вторая причина в том, что напряжение на ионисторах может быть меньше 5 вольт или вообще нулевым при полном разряде. В этом случае вольтметр без понижайки (т.е. с питанием от измеряемой цепи) работать не сможет.

Наклеиваем понижающий DC/DC преобразователь на боковую сторону переключателя с помощью автоскотча 3М. Клавишные переключатели подключаем автоклеммами, а соединения проводов обжимаем наконечниками НШВИ:


В местном автомагазине покупаю 5-контактную колодку в сборе и реле. Подключаю колодку, соединения проводов изолирую термоусадкой:


Блок управления готов:


Проверим точность показаний вольтметров. Производителем заявлен диапазон измерений 0.00-9.99-10.0-30.0V и точность для данного диапазона 0.2%（±2).

Результаты проверки меня полностью удовлетворили.

Изготовление корпуса под суперконденсаторный модуль, подключение силового и защитного реле

При заряде модуля от АКБ его выход нужно отключать от АКБ, иначе встроенный в модуль преобразователь может выйти из строя. Для отключения служит силовое реле DC12V 120A aliexpress.com/item/32812824781.html Второе реле обеспечивает дополнительную защиту, исключающую заряд модуля при возможном залипании контактов силового реле.

Готовим провода и наконечники для подключения. Силовые провода ПуГВ (ПВ3) сечением 10 мм². Параллельно катушкам реле ставим диоды в обратном направлении, для защиты от бросков напряжения при размыкании контактов. Изготавливаем короткий силовой кабель для подключения к выходу модуля. Делаем остальные коммутации под крышкой реле:


Делаем корпус под суперконденсаторный модуль и реле из подходящей пластиковой коробки. Лишние перегородки удаляем, недостающий вырез добавляем. Мелкое реле наклеиваем на большое с помощью того же самого автоскотча 3М. Фиксируем реле в отсеке вставками из вспененного полиэтилена. При установке в салон задвигаем эту коробку под водительское сиденье. Под капотом размещать нежелательно, ионисторы деградируют от жары, да и места у меня там нет.


Установка в автомобиль

Протягиваем силовые провода из салона под капот к АКБ через доступное технологическое отверстие в моторном отсеке. На плюсовой провод, на всем его протяжении, надеваем разрезную гофру. Обжимаем провода наконечниками под болт, усаживаем и прикручиваем к клеммам АКБ. В салоне под панелью монтируем размыкатель/автоматический предохранитель aliexpress.com/item/32797342228.html.

До и после.

Снимаем чехол рычага переключения передач и в боковой стенке тоннеля КПП сверлим отверстие для разъема блока управления. Подключаем суперконденсаторный модуль и реле к силовой проводке и к блоку управления. Кабели блока управления также прячем в разрезную гофру. Закрепляем кабель в отсеке рычага переключения передач и надеваем чехол обратно.


На этом установка системы завершена!


Запуск автомобиля с разряженной АКБ, который самостоятельно не заводится

Попробуем проверить, как система гарантированного запуска справится с самой, пожалуй, типичной проблемой – зима, в машине забыли что-то выключить и ушли, а на следующий день АКБ разрядилась, и автомобиль не заводится.

Для этого теста я оставил машину на ночь с включенными габаритами. Перед этим АКБ была почти полностью заряжена. Также я зарядил ионисторы до 16 вольт и отключил от АКБ перед тем как включить габариты. Ночью температура опускалась до минус 10. На следующий день АКБ разрядилась до 11.2 вольт, а ионисторы до 13.9 вольт. Температура двигателя на момент запуска была минус 7 градусов.



Опыт эксплуатации

Система была изготовлена и установлена на автомобиль несколько месяцев назад, осенью 2019 г. Работала и работает сейчас в буферном режиме. По сравнению со штатным режимом (без ионисторов), прокрутка и запуск двигателя происходит легче и быстрее. На авто стоит старая АКБ, сильно уставшая от прошлых разрядок в ноль из-за утечек. Менять ее на новую не собираюсь, надо же как-то отбивать расходы на систему гарантированного запуска). Из-за необычно мягкой зимы в наших краях всегда завожусь без проблем и в буферном режиме. Бустерный режим был успешно протестирован на холодном запуске с разряженной до 11.2 вольт АКБ при температуре ДВС минус 7 градусов. Насчет улучшения качества звука. Аудиосистема в машине стоит самая обычная, JVC KW-V12 (50 Вт х 4) + колонки JBL CS760C, отдельного усилителя и сабвуфера нет. На малой и средней громкости какой-либо разницы в качестве звука я не заметил. А на максимальной громкости напряжение в бортсети изменяется не так сильно и звучание басов стало в целом лучше.

Результат проекта


Система гарантированного запуска на суперконденсаторах (ионисторах)

Система состоит из суперконденсаторного модуля, блока управления с индикацией напряжения на АКБ и суперконденсаторах, блока коммутации и защитного отключения.

Система поддерживает три режима работы:
Буферный режим: суперконденсаторный модуль постоянно подключен к АКБ. Напряжение на АКБ и суперконденсаторном модуле – одинаково.
Бустерный режим (режим джамп стартера): Выход модуля отключается от АКБ, происходит заряд суперконденсаторов до напряжения 16 вольт от АКБ через повышающий преобразователь, затем выход модуля обратно подключается к АКБ и осуществляется запуск двигателя напряжением примерно 15 вольт.
Штатный режим работы АКБ: суперконденсаторный модуль отключен от АКБ.

Характеристики

Суперконденсаторный модуль — обзор;
— 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.

Блок управления

Обеспечивает заряд суперконденсаторного модуля в режиме джамп стартера, а также контроль напряжения на АКБ и суперконденсаторном модуле в любых режимах работы системы.

Блок коммутации и защитного отключения

Автоматическое отключение выхода суперконденсаторного модуля от АКБ при начале заряда в режиме джамп стартера. Ручное подключение/отключение от АКБ и аварийное отключение через автоматический размыкатель.

Возможности

— Гарантированный запуск автомобиля с бензиновым двигателем 1.6 л и стартером 1.4 КВт с разряженным (≥7.1 В) аккумулятором. Запуск более мощных автомобилей также возможен, но на практике не проверялся.
— Использование буферного режима работы системы облегчает запуск двигателя, позволяет продлить срок службы АКБ в 2-4 раза, минимизирует колебания напряжения бортсети и уровень помех в ней, а также повышает качество звучания автомобильной аудиосистемы.
— Система не требует никакого обслуживания.
— Морозоустойчивость.
— Безопасность при хранении и эксплуатации.
— Суперконденсаторы, на базе которых построена система, могут храниться в машине полностью разряженными и заряжаются от нуля до рабочего напряжения за несколько минут — даже от полностью разряженной (с напряжением 10,5 В согласно методике ГОСТ Р 53165–2008) АКБ.
— Суперконденсаторный модуль, входящий в систему, выполнен в виде автономного легкосъемного блока и может быть использован в качестве отдельного полнофункционального джамп стартера (обзор)

Спасибо за просмотр этого обзора! Буду рад, если какая-то информация окажется вам полезной.