Заменить автомобильные аккумуляторы конденсаторами?

Я инженер, так что...

Короткий ответ: это зависит от...

Более длинный ответ?

Что ж, в приведённых выше ответах не хватает нескольких действительно важных моментов.

Как конденсатор может заменить автомобильный аккумулятор?

Первое, что я здесь замечаю, — это то, что все считают, будто конденсаторы используются только для запуска автомобиля. Автомобильный аккумулятор выполняет три основные функции. Запуск автомобиля (большой ток, кратковременная работа), работа оборудования в автомобиле во время движения (как правило, малый ток, но и очень низкая эффективность, поскольку большую часть работы выполняет генератор, а аккумулятор используется в основном как дополнительный регулятор), и, наконец, поддержание работы «пассивных» (то есть не необходимых для работы автомобиля) систем, таких как часы и освещение, при выключенном двигателе (малый ток, длительная работа).

Конденсатор подходит для первых двух задач, но совершенно не годится для третьей (и зачастую самой важной). Вы когда-нибудь выключали двигатель, а вам нужно было включить свет в салоне или снаружи? А как насчёт того, что вы включили машину, а все сохранённые каналы на радио замигали, часы сбились или другие настройки, которые вы установили, внезапно перестали работать из-за замены батареек? Это серьёзная проблема.

Как вообще работает конденсатор?

Принцип работы конденсатора заключается в том, что диэлектрик (вещество, которое изолирует/препятствует прохождению электронов) располагается между двумя электродами (какими-либо проводами). По мере накопления электрического потенциала (количества электронов, «притягивающихся» к протонам на другой стороне) ёмкость увеличивается до предела возможностей устройства (его «ёмкости»), после чего оно либо перестаёт работать, либо, что более вероятно, взрывается, как литий-полимерный аккумулятор. Представьте себе кувшин с водой на вершине фонтана... Вы можете положить в него только определённое количество продуктов, иначе он переполнится, но его очень легко и быстро наполнить, когда он опустеет, и его можно очень быстро опустошить.

И все забыли упомянуть об утечке. Все устройства для хранения энергии (аккумулятор, конденсатор, злая жена, что угодно) теряют изначально накопленную энергию. У одних утечка происходит быстрее (злая жена), у других — медленнее (аккумулятор). В лучшем случае свинцово-кислотный аккумулятор может сохранять заряд БЕЗ ПОТРЕБЛЕНИЯ энергии в течение нескольких недель или месяцев. Конденсатор не проработает и близко так долго, в лучшем случае несколько дней или недель. Жена просто уходит, так что это почти ноль, но тогда она становится проблемой для кого-то другого, так что не стоит беспокоиться.

Утечка в конденсаторе происходит из-за «миграции» электронов через диэлектрик. Каким бы хорошим ни был диэлектрик, он всё равно не является ИДЕАЛЬНЫМ изолятором, поэтому утечка БУДЕТ.

Последние 40–50 лет работы над суперконденсаторами были направлены на то, чтобы сделать этот диэлектрик практически идеальным и понять, что над площадью поверхности можно поработать позже. Но точно так же, как прямой кусок провода всё равно имеет НЕКОТОРОЕ сопротивление (и поэтому нагревается), то же самое верно и в обратном случае для конденсатора. Вам нужно, чтобы диэлектрик был практически нулевым по толщине, имел максимальную площадь поверхности и бесконечное сопротивление. Но как только расстояние сокращается до нанометров (не говоря уже о фемтометрах — 1/1000 от 1/1000 нанометра, что, вероятно, и требуется для настоящего суперконденсатора), физика начинает сходить с ума. В дело вступает квантовое туннелирование, и всё становится ещё сложнее. Для сравнения: один протон водорода составляет около 1,7 фемтометра... а электрон намного меньше.

Итак, этот вопрос и подробный ответ на него гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд.

Типичный «буст-пакет» конденсаторов, как показано в этом видео, имеет ёмкость 350 Ф (фарад)

Ёмкость автомобильных аккумуляторов измеряется в ампер-часах (А·ч). Перевод единиц измерения:

1 фарад = 1 ампер-секунда на вольт

В часе 3600 секунд, поэтому при напряжении 12 вольт:

1 Ач = 3600 / 12 = 300 Ф

Даже дешёвый автомобильный аккумулятор имеет ёмкость около 60 Ач ... ёмкость вашего конденсаторного бустера примерно в 50 раз меньше, чем у аккумулятора!

Удачи вам с запуском двигателя, если на это уходит больше одной-двух секунд...

Да, автомобиль можно завести с помощью ультраконденсаторов. Срок службы этих конденсаторов меньше, чем у традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов. Они хорошо справляются с обеспечением пускового тока. Есть несколько нюансов:

• В настоящее время аккумуляторы стоят дороже, чем лучшие свинцово-кислотные батареи.


• Конденсаторы соединены последовательно, чтобы получить номинальное напряжение 12 В, что вполне допустимо, если использовать 6 конденсаторов напряжением 2,7 В каждый.


• Не используйте их на старых автомобилях с генератором и электромеханическим регулятором, потому что их напряжение просто не соответствует современным стандартам.


• Было бы разумно добавить балансировочную электронику, чтобы напряжение на любом конденсаторе не превышало 2,7 В.

Пока всё не так уж плохо, но именно поэтому я до сих пор этого не сделал. У ультраконденсаторов отличная удельная мощность, но плохая удельная энергоёмкость по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. Это всё равно что сравнивать силу и выносливость. Современные автомобили с достойными системами зарядки, скорее всего, имеют более высокие токи утечки, возникающие при выключенном зажигании. Другими словами, вы с большей вероятностью обнаружите, что ваш автомобиль не заводится после нескольких недель простоя. Однако быстро зарядить их несложно.

Как конденсатор может заменить автомобильный аккумулятор?

Еле - еле : )

Как вообще работает конденсатор?

Конденсатор работает за счёт удержания электрического поля между электродами, в отличие от свинцово-кислотного аккумулятора, который накапливает энергию в результате химических реакций между электролитом и пластинами.

Нужно ли что-то менять, чтобы использовать конденсатор вместо батарейки?

Аккумулятор отлично стабилизирует напряжение, а конденсатор просто удерживает любое напряжение, к которому он подключен. По сути, это очень маленький аккумулятор (с точки зрения емкости), но очень мощный (с точки зрения пикового тока). Если ваш автомобиль может работать при сильно меняющемся напряжении (или если вы установили аккумулятор достаточной емкости, чтобы он никогда не разряжался ниже 80 %), то никаких модификаций не требуется.

Есть ли преимущества у конденсатора перед аккумулятором?

Нет. Вот почему мы этого не делаем.

На видео видно, что конденсаторы снова заряжаются до 14,1 В постоянного тока. Как долго конденсатор будет сохранять заряд (в общих чертах — я знаю, что это зависит от паразитного разряда, который он получает от автомобиля)? Думаю, лучше задать вопрос так: будет ли конденсатор сохранять достаточно заряда, чтобы запустить автомобиль?

Нужно просто установить достаточную ёмкость. Если резервный режим центрального замка или саморазряд разряжают её слишком сильно, вам просто нужно установить больше элементов, чтобы они служили дольше.

Теперь позвольте мне объяснить, почему свинцово-кислотный аккумулятор так хорош. Вы просто подключаете его к цепи — и всё. Всякий раз, когда напряжение в цепи превышает заданное напряжение, обусловленное химическим составом аккумулятора, свинцово-кислотный аккумулятор разряжается и накапливает энергию (когда он полностью заряжен, он просто рассеивает её в виде тепла). Всякий раз, когда напряжение падает ниже заданного значения, аккумулятор отдаёт энергию. Он поддерживает напряжение на том уровне, который ему подходит, и обеспечивает довольно стабильное напряжение почти на всей своей ёмкости. Поэтому мы объединяем их в батареи (в смысле «ряд»), общее напряжение которых составляет около 12 В. Можно сказать, что свинцово-кислотные аккумуляторы саморегулируются.

С конденсатором всё гораздо проще. Он просто удерживает любое напряжение, которое вы на него подаёте, и когда напряжение достигает нужного уровня, он перестаёт его удерживать. Затем, когда вы начинаете его разряжать, напряжение падает. Потому что напряжение на конденсаторе примерно пропорционально заряду внутри него. Грубо говоря, половина заряда = половина напряжения. Это настоящий кошмар, если вы хотите использовать конденсатор в качестве основного источника питания, потому что вам придётся либо работать с напряжением от максимального до почти нулевого, либо использовать преобразователь питания, который будет повышать напряжение, чтобы поддерживать его на стабильном уровне.

Если вы хотите снизить вес гоночного автомобиля, просто установите самый маленький аккумулятор, который будет поддерживать работу двигателя. Вы можете заряжать его перед каждой гонкой, так что он может быть в несколько раз меньше, чем в обычном автомобиле.
//правка: если в вашем гоночном автомобиле классическая система зажигания, её можно заменить на магнето, что в конечном счёте избавит вас от необходимости использовать аккумулятор после запуска двигателя. Посмотрите на поршневые двигатели самолётов, в них используются магнето из-за их надёжности. И они тоже довольно лёгкие : )