Запуск ДВС зимой от суперконденсаторов
В холодных и очень холодных климатических районах большую часть календарного года актуальна проблема запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) при температуре ниже 0°. Уже при температуре, всего лишь, –5° градусов полностью заряженный аккумулятор теряет около 20% своего заряда. Кроме этого, возрастает его внутреннее сопротивление. В момент запуска двигателя через аккумулятор идёт большой разрядный ток, что при низких температурах приводит к короблению пластин, выпадению активной массы и сокращению срока службы аккумуляторных батарей.
Широкое применение ионисторы для автомобиля нашли в изготовлении гибридных авто. У них работа генератора зависит от двигателя внутреннего сгорания, и машина приводится в движение с помощью электромоторов. Ионистор для автомобиля в такой схеме является источником быстро получаемой энергии при начале движения и ускорении. В процессе торможения происходит подзарядка накопителя.
Традиционные методы решения данной проблемы сводятся, в основном, к подогреву аккумулятора или использованию дополнительного источника энергии. К сожалению, эти методы применимы только в том случае, если автомобиль находится рядом с относительно тёплым помещением, имеющем электрический ввод. Например, типовому пусковому устройству на 12 или 24 В, использующему аккумуляторную батарею (АКБ), требуется 6-7 часов для зарядки. Подобные устройства собраны, как правило, на свинцово-кислотных аккумуляторах и работают при температуре до –20°.
Суперконденсатор предназначен для электроснабжения стартера при пуске ДВС и других потребителей при неработающем генераторе или недостатке развиваемой им мощности. Запуск обеспечивается в любых погодных условиях, в отличие от существующих пусковых устройств, при температурах до –60° без использования дополнительных источников энергии даже при разряженной аккумуляторной батарее (АКБ).
Постановление Правительства РФ от 31 августа 2017 года №1064 предусматривает создание условий для ускоренного социально-экономического развития Арктической зоны, достижения стратегических интересов и обеспечения национальной безопасности России в Арктике, решение этой задачи немыслимо без использования надёжного, приспособленного к экстремальным условиям транспорта.
В предлагаемом проекте используется конструкция на базе суперконденсатора МСК. Его ёмкость изменяется незначительно, по сравнению с АКБ, во всем диапазоне рабочих температур (рис. 1):
Зависимость внутреннего сопротивления от температуры показана на рис. 2. При -50° оно возрастает в 3 раза, но абсолютная величина, всё равно остаётся небольшой. Например, типовой МСК при 25° имеет сопротивление 2•10-3 Ом. Соответственно, при -50° оно составит 6•10-3 Ом.
Суперконденсатор МСК заряжается через встроенный преобразователь постоянного напряжения (ППН). Далее происходит полный заряд суперконденсатора МСК до номинального напряжения, необходимого для запуска ДВС токами 10…20 А, что одновременно обеспечивает плавный прогрев АКБ. Энергии, запасённой в суперконденсаторе, достаточно для трех попыток пуска ДВС, подготовленного согласно регламенту завода-производителя. Время заряда суперконденсатора зависит от состояния АКБ и температуры окружающей среды.
Суперконденсаторный накопитель энергии, рассчитанный на рабочее напряжение 14 В, обеспечивает максимальный пусковой ток до 1000 А, имеет ёмкость 390 Ф, заряжается за 7 минут. Внешний вид накопителя приведён на рис. 3:
Испытания суперконденсатора МСКП-390-14 показали, что он обеспечивает уверенное проворачивание коленчатого вала ДВС автомобиля УАЗ-3151 с двигателем УМЗ-417 при температуре воздуха -18° и температуре охлаждающей жидкости 0° в течение 18 секунд. При температуре воздуха -24°, температуре охлаждающей жидкости -23°, после ночного хранения в течение 15 часов и замерзшем масле - до 12 секунд. Этого достаточно для запуска исправного ДВС и подтверждает эффективность суперконденсатора.
