Kondensator rozruchowy zamiast akumulatora w aucie z silnikiem Diesla
Do rozruchu silnika Diesla zamiast akumulatora używam kondensatora rozruchowego w którego skład wchodzi pakiet sześciu kondensatorów 3000F połączonych szeregowo i zrównoleglonych balanserami. Taki pakiet daje mi kondensator rozruchowy o pojemności 500F i maksymalnym napięciu pracy 16.2V, o ciągłym prądzie rozruchowym 2000A, a chwilowym 4000A. Połączenie szeregowe umożliwia uzyskanie prawidłowego zakresu napięcia pracy tego pakietu. Pojedynczy kondensator charakteryzuje się maksymalnym napięciem pracy 2.7V i pojemnością 3000F, pakiet sześciu kondensatorów połączonych szeregowo zwielokrotnił to napięcie do 16.2V, daje to bezpieczny zapas napięcia w stosunku do prądu o napięciu 14.4V jaki alternatory samochodowe podają na akumulator kwasowo-ołowiowy. Połączenie szeregowe ma tę wadę, że pojemność 3000 F maleje sześciokrotnie do 500 F, ale coś za coś.
Pakiet sześciu kondensatorów posiada pojemność 500 F a maksymalne napięcie pracy do 16.2 V, prąd zwarcia to 9600 A !!! Maksymalny – chwilowy prąd uderzeniowy to 4000 A, a bardziej realny i możliwy do wykorzystania, jednosekundowy prąd, to 2170 A. Pakiet ten jest nieco mniejszy od małego akumulatora 40Ah, którego maksymalny prąd rozruchowy to nie więcej niż 340A. Więc pod względem prądu rozruchowego, pakiet kondensatorów jest około 6 razy bardziej wydajny od małego akumulatora, lecz brak mu pojemności. Jest również trzy razy bardziej wydajny prądowo od nowego i bardzo dobrego akumulatora w obudowie L3. Pojemność 500F to około 1.66 Ah czyli 25 razy mniej od pojemności małego akumulatora 40 Ah. Nawet to obliczenie jest zawyżone, ponieważ faktycznie do wykorzystania jest tylko 0.6 Ah ponieważ w tym momencie napięcie spada już tylko do 8V. Kondensator rozruchowy może pracować od np. 14,4V do powiedzmy 8V poniżej których rozruch staje się niemożliwy. Czyli faktyczna dostępna pojemność 0.6 Ah jest aż 100 razy mniejsza od akumulatora o pojemności 60Ah. Z tego powodu maksymalny czas rozruchu silnika diesla z superkondensatora nie przekracza 10 sekund. Ze względu na potężny prąd rozruchowy, rozruch z superkondensatora trwa zwykle dużo krócej, więc mała pojemność nie stanowi większego problemu.
Ultrakondensator bardzo dobrze nadaje się do rozruchu, lecz nie nadaje się do przechowywania energii ze względu na zbyt małą pojemność. Głównymi zaletami kondensatora rozruchowego są: ogromna wydajność prądowa w trakcie rozruchu oraz nieprawdopodobna wręcz żywotność, zdecydowanie przewyższająca czas życia użytkownika. Czas eksploatacji ultrakondensatorów jest szacowany od około 1 mln cykli, do nawet 10 mln cykli, co przy uruchamianiu auta 10 x na dobę, daje 273 lata eksploatacji dla 1 mln cykli, czyli prędzej zeżre go korozja niż zużycie. Wykorzystując kondensator rozruchowy w aucie z systemem star-stop, liczba cykli może osiągnąć wartość, nawet do 100 na dobę. W przypadku dostawców, kurierów, pracujących na terenie dużego miasta ze skrzyżowaniami wyposażonymi w sygnalizację świetlną może przekroczyć 100 dobowych cykli. Nawet tak intensywna eksploatacja to nie mniej niż 30 lat ciągłego i bezawaryjnego użytkowania !!! A przecież przy rozruchu nie korzystamy z pełnego cyklu rozładowania i ładowania lecz jego małej części. Rozruch silnika jest możliwy w przedziale 14V do 8V przy bardzo długim rozruchu, to jest połowa pełnego cyklu. Czyli czas eksploatacji można by podwoić, lecz praktyka pokazuje że spadek napięcia przy jednym rozruchu to tylko 0.7V. To by sugerowało, że możemy czas eksploatacji kondensatora szacować x 15. Nawet kurier czy dostawca jedzenia nie doczeka wyeksploatowania superkondensatora, które przy największym możliwym wykorzystaniu będzie oscylowało w okolicy 50 lat !!! Czy to nie brzmi pięknie ?
Oczywiście taki superkondensator musi być buforowany akumulatorem, charakteryzujący się jak najdłuższą żywotnością kosztem słabej wydajności prądowej, którą zapewni nam superkondensator. Taki specjalny akumulator, pracujący wyłącznie w roli bufora ładunku, może mieć szacowaną żywotność w okolicach 20 lat pracując w tandemie.
Wymiary kondensatora rozruchowego to 130 mm głębokość, x 200 mm szerokość, x 170 mm wysokość. Wysokość ze słupkami to 190 mm, lecz można zamontować słupki w dół, ponieważ wystają po za obwód kondensatora. Przy takim niekonwencjonalnym montażu słupków wysokość pozostałaby na poziomie 170 mm. Odległość pomiędzy środkami słupków to 240 mm, a pomiędzy krawędziami słupków 280 mm. Czyli maksymalna szerokość nie przekracza 280 mm.
Superkondensatory o symbolu BCAP3000P o pojemności 3000 faradów przy napięciu 2,7V to potężny element, z którego można na stałe pobierać lub stale wpompowywać, prąd ciągły na poziomie 147 A, oraz chwilowo przez maksymalnie jedną sekundę 2170A !!!, prąd zwarcia to 9.600 A. Zgromadzona moc użytkowa to 3020W, a dostępna energia 3,04 Wh. Ta pojemność, przekładając to na nomenklaturę akumulatorową to TYLKO ok. 1.66 Ah!!! A do wykorzystania jeszcze mniej.
Prądy rozruchowe na poziomie kilkuset Amperów w ciągu kilku sekund kręcenia rozrusznikiem, nie robią na nim żadnego wrażenia. W moim przypadku to 350A na rozgrzanym silniku, myślę że w duży mróz przy zimnym silniku, wartość ta podwoi się.
Aby wykorzystać największą zaletę kondensatora rozruchowego, czyli wielką wydajność prądową pakietu kondensatorów, należy ten pakiet zamontować jak najbliżej rozrusznika. Przewody od kondensatora do rozrusznika, powinny być możliwie jak najkrótsze, o dużym przekroju poprzecznym, umożliwiającym przepływ bardzo dużego prądu rozruchowego. Krótkie i grube przewody umożliwiają przesył dużych prądów rozruchowych z jak najmniejszymi stratami napięciowymi.
Czyli kondensator rozruchowy, powinien być zamontowany w miejscu przeznaczonym na akumulator rozruchowy, ułatwiając szybki rozruch silnika diesla zimą. W celu zniwelowania problemu bardzo małej pojemności (1.5 Ah) kondensatora rozruchowego, kondensator należy zbuforować klasycznym akumulatorem kwasowo ołowiowym. Akumulator należy umieścić w innym dostępnym miejscu, np. bagażniku. Są auta, od segmentu „premium” wzwyż, które fabrycznie są wyposażone w dwa akumulatory, jeden z nich warto zastąpić kondensatorem rozruchowym.
Tak mała pojemność około 1.5 Ah, oprócz krótkiego, maksymalnie 10 sekundowego czasu kręcenia rozrusznikiem, ma również krótki czas gotowości do rozruchu, tylko 12 godzin. Po 12 godzinach napięcie na kondensatorze rozruchowym spada pod wpływem poboru „prądu postojowego” pojazdu do 9V, a 8V to jest graniczne napięcie przy którym mój rozrusznik jest w stanie zakręcić wałem korbowym silnika. Właśnie z tego powodu należy zbuforować go akumulatorem.
W przypadku akumulatora którego napięcie spadło by do tak niskiego poziomu czyli 9V rozruch nie byłby już możliwy, ponieważ akumulator przy takim napięciu nie jest wstanie wydać z siebie odpowiednio dużego prądu rozruchowego, potrzebnego do obrócenia wału korbowego silnika przez rozrusznik. Gdyby napięcie na akumulatorze spadło nam do poziomu 9V, to po przekręceniu kluczyka w stacyjce w pozycję rozruch nic by się nie wydarzyło, ponieważ napięcie 9V spadło by wtedy do poziomu np. 4V a przy takim napięciu nawet bendix rozrusznika nie zadziała, nie mówiąc już o możliwości zakręcenia wałem silnika.
Kondensator rozruchowy nie ma z tym problemów, i kręci silnikiem całkiem żwawo, lecz przy pewnym napięciu granicznym cewka elektromagnesu nie jest w stanie przesunąć bendixu, więc nie może dojść do rozruchu. W moim przypadku granica zadziałania elektromagnesu przesuwającego bendiks to 8V a przy 9V rozruch jest jeszcze prawidłowy. Używając samego akumulatora ołowiowego, takie wartości nie są możliwe do uzyskania.
Rozrusznik zasilany z kondensatora kręci bardzo szybko, a rozruch następuje niemal natychmiastowo, więc teoretycznie maksymalny możliwy 10 sekundowy czas kręcenia rozrusznikiem jest zupełnie wystarczający, i to z dużym zapasem, lecz w przypadku problemów z zapłonem przy niesprawnym silniku, może to być dużym kłopotem. Z drugiej strony, zaletą takiego rozwiązania jest to, że rozrusznik kręci silnikiem nawet w największe mrozy, i to sprawniej niż z akumulatora latem. Używając kondensatora rozruchowego, nawet nie do końca sprawny silnik zapala bardzo łatwo, pomimo uszkodzonych wszystkich świec żarowych!!! czy problemów z lejącym wtryskiwaczami jest w stanie zapalić zimowym porankiem.
Kiedyś używałem takiego pakietu a Fordzie Focusie 1.8 TDCI o przebiegu 500 000 km, żadna świeca żarowa nie była w nim sprawna. Pomimo to silnik odpalał w największe mrozy. Odpalał kulawo i pracował nierówno, dymił na biało, lecz odpalał. Już po kilku sekundach takiej pracy, silnik przestawał dymić na biało i praca stawała się równa. Po wymianie świec żarowych na sprawne odpalał z kondensatora rozruchowego z taką łatwością, jak w lato z akumulatora ołowiowo kwasowego.
Aby skompensować problem małej pojemności kondensatora rozruchowego należy równolegle do niego podłączyć akumulator. Dzięki takiemu rozwiązaniu problemu, mamy tandem który umożliwia pobranie ogromnego prądu rozruchowego oraz wystarczającą pojemność żeby auto mogło stać nie używane przez wiele dni, bez obawy o problemy z uruchomieniem.
Akumulator potrzebny do buforowania kondensatora rozruchowego nie musi być nowy, nie musi mieć wydajności prądowej w postaci dużego prądu rozruchowego, może być stary i zasiarczony, wystarczy że będzie miał realną pojemność nie mniej niż 15 Ah, oczywiście czym więcej tym lepiej.
Taki akumulator nie jest już w stanie uruchomić żadnego auta, lecz jego pojemność jest wystarczająca do buforowania kondensatora rozruchowego, niwelując rozładowujący przez wiele dni spoczynkowy prąd upływu. Czyli mając bardzo dobry kondensator rozruchowy, możemy korzystać z bardzo kiepskiego akumulatora i to przez wiele lat, a sam kondensator praktycznie się nie zużywa i może być buforowany zużytym akumulatorem, nie nadającym się już do rozruchu silnika w normalnej eksploatacji.
Uważam, że taki tandem jest idealnym rozwiązaniem dla samochodów z systemem start-stop, a powodów jest kilka. Kondensatory charakteryzują się bardzo długim czasem bezawaryjnej eksploatacji, ogromną ilością cykli ładowania-rozładowania. Kondensatory są też odporniejsze na wstrząsy oraz posiadają ogromną wydajność prądową, która przekłada się na natychmiastowy rozruch. Nawet silnik Diesla zaskakuje w czasie około 0.2 sek. niczym silnik benzynowy w systemie star-stop przy wykorzystaniu klasycznego akumulatora ołowiowego. Silnik benzynowy zaskoczył by jeszcze szybciej, wiadomo że w układach start-stop czas rozruchu jest bardzo istotny, czym krótszy tym lepiej.
W autach z systemem start-stop piętą Achillesową jest akumulator, z jednej strony ten system powoduje oszczędność paliwa, z drugiej strony, znacznie szybciej degraduje akumulator kwasowo ołowiowy z powodu bardzo częstych rozruchów. Standardowe akumulatory kwasowo ołowiowe dysponują stosunkowo nie dużą liczbą cykli rozruchu, choć powoli to się zmienia i jest widoczna poprawa tego parametru w nowszych konstrukcjach. Przykładem takiej konstrukcji jest seria akumulatorów YUASA AGM YBX9000, charakteryzująca się maksymalną ilością uruchomień szacowaną na 360 000.
Zastosowanie kondensatora rozruchowego diametralnie odmieniło by ten stan rzeczy, ponieważ akumulator w takim zastosowaniu, nie służy już do bardzo częstych rozruchów silnika, a jedynie do akumulacji energii, oraz podtrzymania napięcia na kondensatorze rozruchowym, którego pojemność jest zbyt mała do magazynowania dużej ilości energii w długim okresie czasu. Nie wiem czy producenci aut z systemem stert-stop wykorzystują kondensatory rozruchowe, a jeżeli nie, to z jakiego powodu ?
Kupiłem w dobrym stanie używany 5 letni akumulator Varta Silver 63 Ah 610A, za śmieszne pieniądze 70 zł nie zdając starego akumulatora, którego wartość to 30 zł a więc faktycznie kupiłem akumulator za 40 zł.
Akumulator pomimo że dobrze kręci rozrusznikiem przeznaczyłem wyłącznie do skompensowania prądu spoczynkowego, pobieranego przez zaparkowane auto, a więc do podtrzymania napięcia na kondensatorze rozruchowym. Pojemność kondensatora rozruchowego 500F jest wystarczająca do bardzo energicznego rozruchu, lecz zdecydowanie zbyt mała do utrzymania tego ładunku przez czas dłuższy niż 12 godzin postoju auta.
Prąd spoczynkowy pobierany przez Citroena C5 po jednej godzinie postoju od zamknięcia pojazdu i uśpieniu wszystkich niepotrzebnych systemów to 55 mA czyli 0.055A. To nie jest mało, lecz zważywszy na to, że Citroen C5 to segment premium, więc jest dość mocno nafaszerowany elektroniką i taki wynik jest akceptowalny. W autach z najwyższej półki, gdzie tej elektroniki sterującej różnymi systemami jest jeszcze dużo więcej, zazwyczaj są fabrycznie montowane dwa akumulatory.
Przy stałym poborze prądu 55 mA z akumulatora, po 15 dniach postoju akumulator rozładuje się o 20 Ah, czyli mając do dyspozycji nowy akumulator 63 Ah zostanie mu jeszcze 43 Ah pojemności. Biorąc pod uwagę że akumulator nie jest nowy a ma 5 lat to zostanie dużo mniej tej pojemności, lecz to w niczym nie przeszkadza, ponieważ on służy tylko do buforowania kondensatora rozruchowego i kompensacji spoczynkowego prądu upływu, a nie do rozruchu silnika, od tego jest kondensator rozruchowy.
Kondensatory mają jeszcze jedną zaletę, mogą pracować w bardzo szerokim zakresie temperatur od -40 do +60 stopni Celsjusza. Mało który akumulator jest w stanie pracować przy 40 stopniowym mrozie, a jeżeli będzie rozładowany z pewnością zamarznie w temperaturze -20 stopni Celsjusza, a nawet mniejszej. A jak już zamarznie to zazwyczaj lód rozsadzi obudowę akumulatora, a nawet jeżeli nie rozsadzi, to z pewnością zdegraduje delikatne płyty elektrod z wiadomym finałem.
Przy +60 stopniach akumulatory kwasowo-ołowiowe ulegają destrukcji, np. maksymalna temperatura pracy akumulatorów AGM nie może przekraczać +40 stopni, ponieważ wyższa doprowadza do szybkiej destrukcji. Właśnie z tego powodu akumulatory AGM montowane są w bagażniku lub kabinie pasażerskiej a nie w komorze silnika. Dodatkowym atutem kondensatorów jest wysoka odporność na wibrację w porównaniu do akumulatorów, które pod wpływem wibracji ulegają szybkiej destrukcji. Są udokumentowane przypadki degradacji nowych akumulatorów ołowiowo-kwasowych w pół roku od zakupu, które były zamontowane w sportowych autach o twardym zawieszeniu a zostały nieprawidłowo zamocowane np. z powodu innych rozmiarów akumulatora względem elementów mocujących.
Nie przykręcony i swobodnie sobie podskakujący na nierównościach drogi akumulator, jest narażony na drobne wstrząsy udarowe, które w krótkim czasie go zniszczą. Należy zadbać o dobre zamocowanie akumulatora. Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest umieszczenie go na podkładce z gąbki polietylenowej w celu amortyzacji wstrząsów. Nie zawsze jednak da się to zrobić, ponieważ często nie ma na to miejsca lub uniemożliwiają to elementy zamocowania. Gąbka polietylenowa jest też dobrym izolatorem ciepła ponieważ jest zbudowana, z mnóstwa bardzo drobnych zamkniętych pęcherzyków gazu. Dobra izolacja termiczna sprzyja przedłużeniu żywotności oraz kondycji rozruchowej akumulatora kwasowo ołowiowego. Często tzw. ocieplacze akumulatorów wykorzystują w swojej konstrukcji wkłady z takiej gąbki która jest dobrym izolatorem, dzięki tej właściwości latem akumulator nie nagrzewa się tak bardzo od gorącego silnika a zimą utrzymuje długo ciepło wytworzone w akumulatorze w trakcie rozruchu oraz procesu ładowania, to powoduje że zimowym rankiem temperatura akumulatora jest wyższa o np. 3 czy 5 stopni, a to już ułatwia nieco rozruch.
Przeprowadziłem próbę spadku napięcia na kondensatorze rozruchowym w trakcie rozruchu. Napięcie początkowe tuż przed rozruchem to 14V a po rozruchu 13.33V. Spadek napięcia pomiędzy napięciem z przed rozruchu do napięcia po rozruchu, to tylko 0.67V, a wynika on, nie z „kucnięcia”, lecz pobrania realnego ładunku elektrycznego z niewielkiej pojemności kondensatora. Spadek 0.67V nie następuje natychmiast, tak jak w „miękkim” akumulatorze”, czyli nie „kuca” lecz postępuje liniowo z przepływem pobieranego ładunku. W przypadku akumulatora w trakcie rozruchu następuje gwałtowne „kucnięcie” napięcia do około 10V a czasem i niżej, lecz na poziomie „kucnięcia” napięcie stabilizuje się, a po chwili na skutek podgrzania elektrolitu, delikatnie zaczyna wzrastać w konsekwencji przyspieszenia reakcji chemicznych. Zrobiłem podobną próbę rozruchu z kondensatora rozruchowego z napięcia początkowego 9V, rozruch spowodował spadek napięcia na kondensatorze do 8.3V czyli o 0.7V. Po odpaleniu silnika kondensator pobierał ponad 100A prądu z alternatora i w 30 sekund osiągnął poziom 14.4V. Przez większość tego czasu pobierał aż tak duży prąd, dlatego tak szybko uzupełnił pobraną energię. Przy typowym rozruchu z 12V uzupełnienie ładunku oraz podniesienie napięcia do 14.4 V trwa odpowiednio krócej, ok. 15 sekund.
W przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych, taki wynik jest całkowicie nierealny, a wręcz niemożliwy. Już samo załączenie rozrusznika powoduje „kucnięcie” napięcia o kilka woltów, przeważnie z 13V do 10.5V przy dobrym i sprawnym akumulatorze. Czyli odpalając silnik Diesla z akumulatora, pomimo napięcia na akumulatorze np. 13V, rozrusznik zaczyna kręcić od napięcia 10.5V. To właśnie jest to „kucnięcie” ponieważ akumulator jest „miękki” gdyż ma sporą rezystancję wewnętrzną.
Rezystancja wewnętrzna mierzona, dla nowego, dobrej klasy akumulatora 77 Ah jest rzędu 4 do 5 mOhm, czasem trochę niższa. Kondensator rozruchowy charakteryzuje się niezwykle niską rezystancją wewnętrzną rzędu 1 mOhm. Jak widać, rezystancja wewnętrzna kondensatora rozruchowego, jest około 4 razy mniejsza od rezystancji wewnętrznej dobrej klasy akumulatora o pojemności 77 Ah. Po za tym, każde napięcie na klemach akumulatora powyżej 12 V, można by nazwać pustym napięciem, ponieważ pod dużym obciążeniem nieproporcjonalnie mocno przysiada w stosunku do swojej rezystancji wewnętrznej. Dopiero gdy akumulator „kucnie” do napięcia około 12V wykazuje swoje właściwości obciążeniowe adekwatne do swojej rezystancji wewnętrznej. Zjawisko to związane jest z tym, że akumulator nie pracuje liniowo jak kondensator, ponieważ jest źródłem chemicznym prądu i zależnie od obciążenia zachodzą w nim raz silniejsze, a raz słabsze reakcje chemiczne.
Kondensator rozruchowy dzięki tak niskiej rezystancji wewnętrznej, nie jest tak „miękki” i nie „kuca” w momencie rozruchu. Napięcie na kondensatorze rozruchowym spada płynnie i bardzo spokojnie wraz z rozładowywaniem bez żadnych gwałtownych „kucnięć” w pierwszym momencie rozruchu. Nie występuje charakterystyczne dla akumulatora kwasowo-ołowiowego, mocno zauważalne „kucnięcie”, podczas tak silnego poboru prądu rozruchowego. Pomimo braku tego nagłego spadku napięcia podczas rozruchu, napięcie płynnie zjeżdża w czasie około 10 sekund do poziomu uniemożliwiającego dalsze kręcenie rozrusznikiem. Spokojny a zarazem jednostajny, lecz systematyczny spadek napięcia, jest spowodowany ogólnie małą pojemnością kondensatora rozruchowego. Tak się dzieje, ponieważ 500F to tylko około 1.5Ah a nie 70 Ah. Natomiast nie ma charakterystycznego dla akumulatorów kwasowo ołowiowych „kucnięcia” napięcia pod silnym obciążeniem w trakcie rozruchu do 10.5V czy też niższego.
Rozruch z kondensatora rozruchowego następuje z dużo wyższego napięcia, a w krótkim czasie „sztywnego” pozbawionego „kucnięcia”. W takich warunkach zimny silnik odpala dużo łatwiej i szybciej, w około 0.5 sekundy, a ciepły znacznie szybciej.
Trzeba przy tym przyznać, że klasyczny akumulator kwasowo-ołowiowy pomimo tego pierwszego „kucnięcia” zazwyczaj zatrzymuje się dłużej na pewnym progu napięciowym. To umożliwia dłuższe kręcenie rozrusznikiem niż te 10 sekund na kondensatorze rozruchowym, chociaż znacznie wolniejsze. Dlatego kondensator rozruchowy warto zbuforować nawet słabym akumulatorem, zamontowanym w bagażniku czy kabinie pasażerskiej. Po zużyciu całego ładunku kondensatora należy odczekać minutę, aż się naładuje od akumulatora i ponowić próbę rozruchu z dużą energią.
Zmierzone parametry kondensatora rozruchowego:
Napięcie 14.88V
SOH 100% i SOC 98%
Wewnętrzna rezystancja szeregowa 1,00 mOhm, to jak na razie rekord pomiarowy.
Wiem, że ta rezystancja jest jeszcze mniejsza, ponieważ dodaje się do niej rezystancja styków chwytaków krokodylowych. W przypadku klasycznych akumulatorów można wartość tej rezystancji w zasadzie pominąć, ponieważ wartość rezystancji wewnętrznej akumulatorów kwasowo-ołowiowych wielokrotnie przewyższa ją. W przypadku pomiarów parametrów kondensatora rozruchowego, wpływ tej rezystancji jest już wyraźnie zauważalny.
Przy napięciu 14,4V rezystancja szeregowa wzrasta do poziomu 1,02 mOhm.
Przy napięciu 12V rezystancja szeregowa wzrasta do poziomu 1,12 mOhm, różnica jest wyraźnie zauważalna, lecz to nadal jest bardzo dobrze. Jeżeli weźmiemy pod uwagę jakiś rewelacyjny super akumulator mający rezystancję wewnętrzną 3,36 mOhm, to kondensator rozruchowy będzie miał 3x lepsze parametry rozruchowe. Tak jak i maksymalny możliwy prąd rozruchowy, skoro tester wskazał 2400A (nie BT360 lecz midtronic) a 3 razy mniej to 800A.
Te 2400A to też jest koniec zakresu testera więc myślę, że to będzie gdzieś w okolicy 2700A, ponieważ 3 razy mniej to 900A a taki mniej więcej prąd odpowiadałby akumulatorowi o rezystancji szeregowej 3,36 mOhm.
Prąd rozruchowy 2100A, to górna granica pomiaru BT360, prawdopodobnie ten prąd jest wyższy. Inne testery wskazywały 2400A lecz to również była ich wartość maksymalna. Producenci warsztatowych testerów akumulatorów chyba nie przewidzieli, że może pojawić się potrzeba pomiarów większych wartości prądów rozruchowych. Z drugiej strony to nie ma się co temu dziwić, kondensator rozruchowy posiada dwukrotnie lepsze parametry od akumulatorów 225 Ah. Z kondensatorem rozruchowym mógłby się równać akumulator o pojemności 500 Ah, ewentualnie 225 Ah EFB lub AGM. Ostanie pomiary wykonałem profesjonalnym testerem akumulatorów firmy Bpower które wskazywały prąd rozruchowy w okolicach 2470A. Nie był to jeszcze koniec zakresu pomiarowego testera Bpower jak w BT360 lub innych którymi wcześniej mierzyłem. Taki wniosek wyciągnąłem, ponieważ były widoczne drobne różnice wskazań, a nie jak przedtem wartość stała, jednocześnie maksymalna dla danego testera. Te różnice były niewielkie, rzędu kilku amperów a zależne od rezystancji styku, czyli co podpięcie krokodylków, to nieco inne wskazania. Więc mogę przyjąć pomiar 2470A, jako prawidłowy prąd rozruchowy mojego superkondensatora. Jestem przekonany, że tak duża wartość prądu rozruchowego jest wystarczająca do każdej aplikacji, pewnie i do czołgu też się nadaje. Według mnie jest jeszcze lepsze rozwiązanie oraz znacznie łatwiejsze i tańsze, to akumulacja sprężonego powietrza oraz rozrusznik pneumatyczny !!!
Rozruch zaczynający się od napięcia 13V z kondensatora w porównaniu z rozruchem z 10.5V na akumulatorze, różni się aż o 2.5V napięcia, a to bardzo dużo w przypadku prądów rozruchowych na poziomie 350A. Jest to doskonale widoczne w prędkości kręcenia rozrusznikiem, różnica jest ogromna. Różnica w mocy pobieranej przez rozrusznik to aż 850W czyli nie mało.
W przypadku rozruchu z akumulatora doskonale widać to „kucnięcie” ale potem napięcie rozruchowe przykładowo 10.5 V utrzymuje się niemal niezmiennie przez pewien czas, pomimo nawet dość długiego kręcenia rozrusznikiem.
W przypadku użycia kondensatora rozruchowego „kucnięcia” praktycznie nie da się zaobserwować. Od samego początku płynie potężny prąd rozruchowy a napięcie spada jednostajnie i liniowo, lecz nie zatrzymuje się na żadnym progu jak w akumulatorze np. na 10.5V. Z tych pomiarów wynika, że mamy mało czasu na odpalenie silnika z kondensatora, ponieważ energii potrzebnej do rozruchu silnika wystarczy na zaledwie 10 sekund kręcenia rozrusznikiem. Niby mało, lecz biorąc pod uwagę potężną energię startową dostarczoną do rozrusznika, zapłon następuje błyskawicznie, jest to ułamek sekundy.
Wadę małej pojemności pakietu kondensatorów, należy skompensować równoległym połączeniem z akumulatorem umieszczonym w dowolnym miejscu pojazdu, najlepiej w bagażniku. Pojemność takiego akumulatora to minimum 17 Ah a maksymalna, według uznania dysponenta gotówki lub sponsora. Jeżeli mamy spory bagażnik i zamontujemy w nim akumulator 77 Ah to taki zestaw będzie idealny, szczególnie gdy tym akumulatorem będzie żółta OPTIMA, która jest całkowicie odporna na wstrząsy ze względu na specyficzną budowę cel oraz bardzo trwała. Akumulator zamontowałem w bagażniku i połączyłem ujemnym biegunem z masą pojazdu, a szeregowo z dodatnim biegunem zamontowałem rezystor 0.36 Ohm 60W który połączyłem kablem z alternatorem. Okazuje się, że z tą mocą rezystora drutowego mocno przesadziłem, ten rezystor zupełnie się nie grzeje, jest zimny, czyli pewnie wystarczył by 10W. Rezystor ten ogranicza prąd wypływający z akumulatora w trakcie rozruchu, tak żeby prąd rozruchowy płynął z kondensatora zamiast z akumulatora. Od tego momentu akumulator nie pełni funkcji rozruchowej, służy jedynie do akumulacji energii potrzebnej do ponownego rozruchu z kondensatora. Szeregowy rezystor 0.36 Ohm nie przeszkadza w ładowaniu akumulatora, ze względu na dużo mniejsze prądy wpływające do akumulatora.
Zastosowanie tego rezystora bardzo korzystnie wpływa na bilans energetyczny akumulatora. Biorąc pod uwagę, że rozruch następuje po niecałej sekundzie kręcenia rozrusznikiem, maksymalny prąd pobierany w trakcie rozruchu z akumulatora poprzez rezystor ograniczający to 1.95A w ciągu tej niecałej sekundy, czyli ubytek około 1 Amperosekundy. Czemu akurat jedna As ? jeżeli tuż przed rozruchem napięcia na akumulatorze i kondensatorze są równe, np. każdy ma po 12V to natychmiast po rozruchu napięcie na kondensatorze spadnie do 11.3V a na akumulatorze nadal jest te 12V, ponieważ rozruch silnika nie obciąża istotnie akumulatora dzięki szeregowemu rezystorowi ograniczającemu. To odejmując od 12V na akumulatorze 11.3V na kondensatorze natychmiast po rozruchu mamy różnicę napięć na rezystorze ograniczającym 0.7V dzielone przez 0.36 Ohm powoduje przepływ prądu rozruchowego z akumulatora do kondensatora 1.95A w czasie około 0.5 sekundy. Czyli ilość pobranej energii to 1.95 x 0.5= 0.975 As czyli w przybliżeniu 1 As, Amperosekunda. Po uruchomieniu silnika i wystartowaniu ładowania alternatorem o napięciu 14.4V do akumulatora który nadal ma ok. 12V wpływa prąd z powodu różnicy potencjałów pomiędzy alternatorem 14.4V a akumulatorem 12V.
14.4 – 12 = 2.4V różnicy a 2.4/0.36 Ohm daje prąd ładowania ponad 6A w pierwszym momencie po rozruchu, a więc ładunek pobrany z akumulatora do rozruchu powinien zostać uzupełniony w czasie poniżej jednej sekundy, włącznie z uwzględnieniem sprawności ładowania akumulatora kwasowo ołowiowego szacowanej na około 80%. Biorąc pod uwagę małą szybkość reakcji chemicznych ten czas można przyjąć na 3 sekundy.
Ponieważ prąd ładowania akumulatora 6A jest ponad 3x większy od prądu 1.95A pobieranego w trakcie rozruchu, to mamy dodatni bilans ładujący. Wygląda to wręcz nieprawdopodobnie, lecz liczby nie kłamią. Większym problemem jest uzupełnienie prądu upływowego który wypłynął w siną dal w trakcie postoju auta, w garażu czy na parkingu. Mój Citroen C5 na postoju, gdy już „uśpi” się cała elektronika, a auto przejdzie w tryb czuwania, pobiera niby niewiele bo 50 mA prądu. Te 50 mA w trakcie 10 godz. postoju daje 500 mAh czyli 0.5Ah. należy również doliczyć prąd 2A przez pierwsze 15 minut przed uśpieniem co dodaje również 0.5 Ah. Czyli razem mamy już 1Ah prądu upływowego, żeby zwrócić z powrotem do akumulatora ten ładunek potrzeba około 30 minut pracy alternatora i to niezależnie czy na biegu jałowym czy przy wyższych obrotach. Tak długi czas zwrotu energii pobranej w trakcie nocnego postoju, wynika z niewielkiej różnicy napięć pomiędzy napięciem alternatora a akumulatorem która wynosi około 1V co po podzieleniu przez 0.36 daje prąd ładujący na poziomie 2.7A, który systematycznie się zmniejsza wraz z doładowaniem. Maksymalna chwilowa moc tracona w rezystorze w ciągu pierwszej sekundy nie przekracza 42W, następnie szybko spada. Można więc zastosować, rezystor o mocy np. 10W a on nie zrobi się nawet ciepły.
Zastosowanie tego rezystora przedłuża proces ładowania uzupełniający ładunek utracony w trakcie postoju parkingowego. Z tych obliczeń jasno wynika, że źle dobrałem wartość szeregowego rezystora ładującego, ta rezystancja jest za duża, ponieważ prąd pobierany z akumulatora na rozruch jest niemal natychmiast uzupełniany, gorzej jest ze zwróceniem akumulatorowi energii pobranej w trakcie postoju. Czas zwrotu 30 minut to zdecydowanie zbyt długo. Jeżeli ktoś jeździ w trasie to ok. w innym przypadku należy zmniejszyć wartość rezystora ograniczającego. Niech sobie popłynie więcej prądu w trakcie rozruchu, lecz niech ładuje większym prądem akumulator, aby skrócić zwrot energii pobranej na postoju. Warto tak dobrać wartość tego rezystora by w trakcie rozruchu pobrać z akumulatora więcej energii oraz zwiększyć prąd ładowania przy małej różnicy napięć i przyspieszyć proces zwrotu energii utraconej w czasie postoju na parkingu. Takie rozwiązanie bardziej będzie odpowiadało realnemu korzystaniu z pojazdu przez przeciętnego użytkownika.
Przy rezystorze 0.01 Ohma w trakcie rozruchu, z akumulatora popłynie 60A prądu w czasie około 0.5 sekundy czyli 30 As. W trakcie odzyskiwania utraconej energii na rozruch silnika, prąd pobierany z alternatora przez akumulator przy rezystorze 0.01 Ohm, teoretycznie 100A. Akumulatory samochodowe jako, że są chemicznymi wtórnymi źródłami energii, nie pobierają aż tak dużych prądów z alternatora. Akumulator rozruchowy bez rezystora ograniczającego, pobiera chwilowo, nie więcej niż 50A, czyli rezystor 0.01 Ohm nie będzie miał zauważalnego wpływu na proces ładowania. Akumulator pracując w tandemie z kondensatorem będzie pobierał znacznie mniejszy prąd ładowania z alternatora. Powodem tego jest dużo mniejszy wydatek energetyczny w trakcie rozruchu silnika, ponieważ większość pracy bierze na siebie kondensator rozruchowy.
W trakcie rozruchu napięcie już nie spada do 10.5V, lecz tylko o 0.7V, od napięcia początkowego z przed momentu rozruchu. Przykładowo: napięcie z przed rozruchu to 12.5V, w trakcie rozruchu spada do 11.8V a to już nie jest 10.5V. Jak wykazałem różnica jest ogromna i bardzo korzystna w eksploatacji akumulatora. Prąd rozruchowy do 60A a ładujący jeszcze dużo mniej, więc akumulator nie będzie szarpany dużymi prądami. Jestem przekonany, że w trakcie rozruchu z akumulatora nie popłynie maksymalny możliwy prąd czyli 60A, lecz sporo mniejszy. Muszę pomierzyć jaki popłynie prąd z akumulatora w trakcie rozruchu, gdy główny ładunek rozruchowy jest pobierany z kondensatora.
30As to jest 0.008Ah, tylko tyle energii zostanie pobrane z akumulatora, czyli tyle co nic, ponieważ cała energia rozruchowa jest pobierana z kondensatora. Policzyłem że przewód miedziany o średnicy 2.75 mm czyli o przekroju 6mm2 przy długości 4m będzie miał rezystancję 0.012 Ohm. Przewód ten ze względu na swoją długość a więc i powierzchnię chłodzenia, będzie bardzo dobrym rezystorem ograniczającym. Moc ciągła takiego „rezystora” to około 160W, a chwilowa z 10x tyle, więc powinien być idealny dla takiego zastosowania. Jeden koniec należy dokręcić do wyjścia mocy z alternatora, a drugi do klemy akumulatora zamontowanego w bagażniku. Gdy przeciągnę ten kabel zastępując nim rezystor 0.36 Ohm, pomierzę precyzyjnie wszystkie prądy i opiszę tu dokładnie jak to wyszło.
Gdyby to rozwiązanie było przegięciem w drugą stronę to można zastosować kompromisową wartość rezystancji czyli 0.05 Ohm, inaczej 50 mOhm. Przy rozruchu poprzez rezystor 50 mOhm popłynie prąd 14A przez 0.5 sek. a podczas ładowania maksymalna wartość prądu nie przekroczy 20A i będzie zapewne niższa od tej wartości. Tak dobrany rezystor całkowicie ochrania akumulator ponieważ maksymalny prąd rozruchowy 14A to żaden prąd w porównaniu do 350A jaki wypływa z akumulatora w klasycznym układzie. Maksymalny prąd ładowania nieprzekraczający 20A to również bezpieczna wartość w porównaniu do klasycznego układu, w którym maksymalne prądy ładujące oscylują wokół wartości 60A a czasem więcej.
Takie rozwiązanie ma same zalety, ponieważ akumulator nie jest już wykorzystywany do rozruchu silnika, i nie jest maltretowany wielkimi prądami rozruchowymi oraz dużymi prądami ładowania. Rozrusznik model Valeo D8R29 1.9KW w moim Citroenie C5 w momencie rozruchu ciepłego silnika pobiera 350A a w zimowy poranek na pewno dużo więcej.
W tandemie kondensator rozruchowy i akumulator buforujący uzyskujemy całkowity zwrot energii pobranej na rozruch silnika Diesla już po jednej minucie pracy silnika, a każda dodatkowa minuta pracy, to dodatkowe ładowanie uzupełniające pobraną energię spoczynkowego prądu postojowego, który został pobrany z akumulatora w czasie naszej nieobecności. Na uzupełnienie ładunku, który został zużyty w trakcie postoju auta potrzebny jest dłuższy czas, i ten etap potrwa sporo dłużej, ponieważ trzeba uzupełnić np. kilka amperogodzin, zależnie jak długo trwał postój, a prąd ładowania akumulatora poprzez rezystor szeregowy 0.36 Ohm to około 1A. Załóżmy że nie używaliśmy auta przez 12 godzin, pobór prądu upływowego to 55 mA, czyli zużycie postojowe to 0.66Ah, a więc żeby zrekompensować tę stratę, silnik musi pracować 50 minut z uwzględnieniem sprawności ładowania.
Alternatywnym rozwiązaniem do tandemu – (kondensator rozruchowy-akumulator kwasowo ołowiowy), jest nowy rodzaj akumulatora który oprócz dużej pojemności, oraz bardzo dużej gęstości energii na kilogram masy, posiada bardzo małą rezystancję wewnętrzną, co skutkuje bardzo dużymi maksymalnymi prądami ładowania i rozładowania. Największą zaletą tego rodzaju akumulatorów jest gigantyczną żywotność wyrażona w 30 000 pełnych cykli ładowania-rozładowania co przekłada się na ponad 50 lat żywotności. Ten typ akumulatora posiada zalety kondensatora rozruchowego i dobrego akumulatora, jest nim akumulator Litowo Tytanowy Li2TiO3, można poczytać o jego właściwościach tu: http://sp5mxf.com/akumulatory-litowo-tytanowe-li2tio3-model-yinlong-lithium-titanate-battery-lto66160h-f/
Natychmiast po rozruchu ładowanie chwilowe akumulatora kwasowo-ołowiowego często przekracza 50A i systematycznie maleje w trakcie pierwszej minuty od momentu odpaleniu silnika. Już po minucie od uruchomienia silnika akumulator pobiera około 3A prądu, pomimo początkowego poboru w pierwszej sekundzie ładowania ok. 50A i ok. 30A w drugiej sekundzie, oraz około 20A po kilku sekundach. Całkowite uzupełnienie ładunku elektrycznego w sprawnym akumulatorze, wykorzystanego do rozruchu rozgrzanego silnika, następuje po ok. 24 sekundach pracy silnika na biegu jałowym. Ten krótki czas, występuje tylko wtedy, gdy wyłączymy rozgrzany jazdą silnik i ponownie odpalimy auto. W przypadku porannego zimowego rozruchu auta, czas odzyskania ładunku jest zdecydowanie dłuższy, wynika on z tego, że oprócz energii potrzebnej na rozruch, jeszcze trzeba odzyskać utraconą w czasie postoju energię prądu upływu spoczynkowego, utraconą przez całą noc. Sprawność ładowania bardzo zimnego akumulatora, jest znacznie gorsza niż ciepłego. Czas na ponowne odzyskanie całego utraconego ładunku w warunkach zimowych, to około 10 minut zważywszy na to, że używamy wielu odbiorników prądu, których nie używamy w lecie. Ciekawostką jest to, że zużycie postojowe prądu po 12 godzinach parkowania to 0.66Ah, a zużycie na rozruch to tylko 0.035Ah. W moim Dieslu średni pobór prądu rozruchowego na ciepłym silniku to 250A, a czas trwania rozruchu to 0.5 sekundy, 250A*0.5 sek.= 125As/3600=0.035Ah. Różnica aż 19 razy na niekorzyść „postoju” w stosunku do utraty energii na rozruch !!!!
Napięcie generowane w alternatorze mojego auta, nawet na biegu jałowym to 14.4V, co powoduje że akumulator ładuje się pełnym prądem, jaki tylko może w danym momencie pobrać z alternatora w celu uzupełnienia brakującego ładunku. Nie ma znaczenia czy stoję w korku czy na parkingu czy jadę autostradą. Zwiększanie obrotów nie ma żadnego wpływu na proces ładowania, to nie są czasy prądnic samochodowych i elektromechanicznych regulatorów, lecz alternatorów z elektroniczną regulacją napięcia. Jak widać, nawet po kilkudziesięciu latach pokutują opinie tzw. „ekspertów” że jazda w „korkach” wpływa negatywnie na proces ładowania akumulatora, pomimo że na wolnych obrotach akumulator ładuje się tak samo jak w trakcie jazdy autostradą. Jadąc w korku jedziemy dłużej, więc akumulator ma więcej czasu żeby uzupełnić ładunek. Najlepiej jest zmierzyć prądy ładowania, zanim się wypowie jakąś opinię. Jazda w korkach jest korzystna z punktu widzenia ładowania akumulatora. Należy tylko uważać na używanie nawiewu w kabinie na najmocniejszym biegu, w autach niższej klasy może nadmiernie obciążać alternator powodując rozładowywanie akumulatora przy pracy silnika na biegu jałowym.
Wiem że to nie zgadza się z ogólną wiedzą w tym temacie, lecz ja w odróżnieniu od „specjalistów” czy „ekspertów” wypowiadających się w mediach, bardzo precyzyjnie pomierzyłem te zależności, używając do tego aparatury laboratoryjnej którą dysponuję, wyżej wymienieni eksperci zazwyczaj nie posiadają nawet najtańszego multimetru za 15 zł, natomiast są bardzo opiniotwórczy w różnych mediach, szczególnie w tygodnikach motoryzacyjnych czy telewizji śniadaniowej chętnie udzielają „cennych porad”.
Najniższe napięcie zmierzone multimetrem ustawionym na zapamiętywanie wartości minimalnej i maksymalnej to 14.27V przy włączonych światłach mijania oraz z załączoną 1 KW nagrzewnicą elektryczną służącą dogrzewaniu kabiny zimą, wentylatorze nagrzewnicy ustawionym na maksymalną siłę nawiewu i włączonej klimatyzacji, a to wszystko na postoju na wolnych obrotach silnika. Najwyższe zaobserwowane przeze mnie napięcie ładowania mierzone aktualnie skalibrowanym laboratoryjnym multimetrem stacjonarnym Fluke 8052A to 14.5V, po przełączeniu na multimetr UT-70B mierzący wartości minimum i maximum wynik jest taki sam. Podsumowując, napięcie ładowania w moim Citroenie C5 waha się w zależności od obciążenia w przedziale 14.27V do 14.50V, niezależnie czy na biegu jałowym czy podczas jazdy.
Dowodem potwierdzającym moją opinię niech będzie ten materiał, prezentujący zastosowanie akumulatora litowo tytanowego https://www.youtube.com/watch?v=yXkaljng4Z8. Jak widać na cyfrowym woltomierzu napięcie biegu jałowego to 14.3V i nie jest zależne od obrotów silnika. We wszystkich moich autach jakie użytkuje oraz użytkowałem, też tak było. No może po za jednym, kultowym VW Garbusem. W garbusie zwiększenie obrotów ponad 1000 obrotów/min. poprawiało ładowanie, lecz w nim była zamontowana prądnica a nie alternator i regulator napięcia był elektromechaniczny. Już zastosowanie elektronicznego regulatora (który sam zaprojektowałem i zamontowałem) poprawiło ładowanie akumulatora na niskich obrotach. Po zastosowaniu elektronicznego regulatora napięcie dochodziło do 14 V, lecz prądnicy brakowało wydajności. Napięcie 14 V na obrotach biegu jałowego, mogło utrzymywać się tylko w przypadku, gdy akumulator był już naładowany po dłuższej jeździe w trasie. Na obrotach biegu jałowego nie dało się mocniej obciążyć prądnicy bez spadku napięcia, w końcu prądnica to nie alternator. Dziś takie rozwiązania to już historia, lecz myślenie „ekspertów” pozostało na niezmienionym poziomie.
W przypadku używania kondensatora rozruchowego uzupełnienie ładunku następuje jeszcze szybciej, już po 6 sekundach pracy silnika na wolnych obrotach cały ładunek pobrany na rozruch, zostaje uzupełniony. Zrobiłem jeszcze próbę rozruchu silnika z rozładowanego kondensatora rozruchowego do napięcia 9V. Rozruch silnika diesla przy napięciu 9V na kondensatorze rozruchowym, spowodował spadek napięcia do 8.3V, czyli spadek napięcia o 0.7V. Czas potrzebny na odzyskanie maksymalnego ładunku, a więc powrót z 8.3V do napięcia 14.4V, to aż, lub tylko 32 sekundy. Alternator przy pracującym silniku na biegu jałowym, potrzebował 32 sekund do odzyskania początkowego ładunku, zmagazynowanego w kondensatorze rozruchowym. W przypadku normalnego rozruchu z napięcia 14V, czas na odzyskanie całego ładunku to tylko 6 sekund. Czyli rozruch silnika diesla z początkowego napięcia 14V, spadek do napięcia 13,33V oraz ponowny powrót z napięcia 13.33V do 14V. Tak krótkie czasy, odzyskania energii utraconej w trakcie rozruchu, mogą dziwić, ale są takie a nie inne. Te pomiary przeprowadziłem na rozgrzanym silniku, w takim przypadku, nie ma większego znaczenia pora roku, czy to zima czy lato.
Zimą, podczas porannego rozruchu, gdy temperatura powietrza będzie zbliżona do -20C, ubytek napięcia w trakcie rozruchu będzie większy niż 0.7V. Zimą, prąd pobierany przez rozrusznik należy pomnożyć x 2, czas rozruchu wzrośnie nawet kilkukrotnie a co za tym i ubytek energii rozruchowej zmagazynowanej w kondensatorze rozruchowym. Nie dokonywałem pomiarów ubytku energii rozruchowej w trakcie porannego zimowego rozruchu. Biorąc pod uwagę dwukrotnie większy prąd rozruchowy i pięciokrotnie dłuższy czas rozruchu można przyjąć, że zostanie pobrana dziesięciokrotnie większa energia. W takim przypadku zwrot energii pobranej na rozruch silnika nastąpi po 320 sekundach, czyli po ponad 5 minutach pracy silnika. Trzeba pamiętać, że należy zwrócić nie tylko energię pobraną na rozruch silnika, lecz również energię utraconą w wyniku postoju auta. Energia ta składa się na utraconą w wyniku samorozładowania akumulatora, oraz energię pobraną przez elektronikę pojazdu w trakcie postoju. Podsumowując, aby zwrócić tyle energii, ile zostało zużyte na zimowy poranny rozruch, oraz energię pobraną na postój auta na parkingu, silnik powinien pracować nieprzerwanie dłużej niż 10 minut, czym dłużej tym lepiej.
Przy rozgrzanym silniku, pracującym na wolnych obrotach, ten czas to 24 sekundy, brzmi niewiarygodnie lecz tak jest, ja to zmierzyłem. Normalnie użytkowany akumulator kwasowo ołowiowy, w takich samych warunkach, potrzebuje 10x dłuższego czasu na odzyskanie ładunku. W przypadku bardzo mocno rozładowanego akumulatora, mroźnym rankiem po odpaleniu silnika, odzyskanie pełnego naładowania następuje w stosunkowo długim czasie. Odzyskanie połowy ładunku, to kilkanaście minut pracy silnika na biegu jałowym, lecz odzyskanie całości, to już kilka godzin pracy silnika.
Kondensator rozruchowy ze względu na bardzo małą rezystancję wewnętrzną a co za tym idzie, bardzo duży chwilowy prąd ładowania (ponad 100 A), ładuje się dużo szybciej niż akumulator, który jest chemicznym źródłem prądu, zdolnym do gromadzenia ładunku. Reakcje chemiczne przebiegają wolniej, proces przywrócenia pobranej energii na ponowny rozruch silnika trwa kilka razy dłużej niż w kondensatorze rozruchowym.
W przypadku porannego, zimowego rozruchu auta, czas odzyskania ładunku przez akumulator kwasowo-ołowiowy jest zdecydowanie dłuższy, wynika to z tego, że oprócz energii potrzebnej na rozruch jeszcze trzeba odzyskać utraconą energię spoczynkowego prądu upływu, utraconą przez całą noc. Uzupełnienie tej niewielkiej ilości energii trwa najdłużej, ponieważ akumulator jest już stosunkowo naładowany, a różnica napięć pomiędzy napięciem ładującym a napięciem akumulatora jest niewielka, w związku z tym płynie mały prąd ładujący, więc musi płynąc długo, aby uzupełnić stratę. Sprawność ładowania bardzo zimnego akumulatora, jest znacznie gorsza niż ciepłego. Czas na ponowne odzyskanie całego utraconego ładunku, po jednej nocy postoju auta oraz rozruchu silnika w mroźny poranek, to około kilkanaście, do kilkudziesięciu minut, pracy silnika na biegu jałowym, lub w trakcie jazdy.
Pomiary wykonywałem z wykorzystaniem między innymi multimetru stacjonarnego firmy Fluke, o precyzji pomiarowej lepszej niż 0.03%. Nie jest to może powalająca dokładność jak na obecne możliwości pomiarowe, dziś bez problemu można kupić miernik za kilka tysięcy $ o dokładności 0.0001%. W przypadku pomiarów akumulatorów samochodowych, alternatorów i rozruszników, dokładność 0.03% jest co najmniej 10 x lepsza od potrzeb, więc można ją traktować jako wzorcową.
Przeciętne multimetry mają dokładność kilku procent niezależnie od tego co podają producenci mierników, żeby to wiedzieć należy mieć dostęp do przynajmniej jednego laboratoryjnego miernika wysokiej dokładności. Przykładowo mój multimetr UT70B który kupiłem za 350 zł o dokładności 0.5%, tak naprawdę ma dokładność 0.9%. Przy pomiarze napięć w okolicach 14V multimetr UT70B zaniża napięcie o 0.12V. W przypadku pomiarów prądów jest jeszcze gorzej, a pomimo to należy go uważać za całkiem dobry multimetr ze średniej półki cenowej. Multimetry za 15 zł do 100 zł charakteryzują się o wiele gorszą dokładnością.
Zamontowanie akumulatora w bagażniku ma dużo zalet i mało wad. Temperatura panująca w bagażniku jest znacznie niższa niż w komorze silnikowej, więc nie powoduje degradacji termicznej akumulatora. Montując akumulator w bagażniku, możemy w łatwy sposób zadbać o amortyzację akumulatora chroniąc go przed wstrząsami, zdecydowanie przedłużymy mu żywot. Dość dobrze nadaje się do tego celu gąbka polietylenowa, stosowana w zabezpieczeniach transportowych pakunków. Taka gąbka ma odpowiednią wytrzymałość, oraz optymalną ściśliwość, dla złagodzenia drgań udarowych powstających przy jeździe drogami niskiej jakości, dziury, wertepy itp. jest też bardzo dobrym izolatorem termicznym, co sprawdza się dobrze zarówno w zimę jak i latem, spowalniając nagrzewanie akumulatora gdy auto stoi zaparkowane na słońcu, akumulator ma dużą pojemność cieplną i nie jest go łatwo nagrzać lub schłodzić, a proces ten znacznie spowolni warstwa izolacji wykonanej z gąbki polietylenowej. W czasie mrozów bardzo maleje wydajność prądowa akumulatorów kwasowo ołowiowych, ponieważ radykalnie wzrasta rezystancja wewnętrzna. Jednak niska temperatura nie powoduje degradacji akumulatora, po ogrzaniu akumulatora ponownie wracają mu poprzednie parametry.
Latem sytuacja jest odwrotna, ciepłe akumulatory dysponują bardzo dobrą wydajnością prądową, więc nie zauważamy degradacji spowodowanej wysoką temperaturą. W trakcie upałów znacznie maleją opory tarcia w silniku, wszystkie mechanizmy pracują „lekko”, nie tracimy energii na podgrzewanie świecami żarowymi. To właśnie wysoka temperatura powoduje degradację akumulatora, degradacji nie jesteśmy w stanie dostrzec latem, zobaczymy ją dopiero gdy przyjdzie zima. Lecz to właśnie latem akumulator się zdegradował, natomiast dopiero zimą można zauważyć ten problem. Dobra izolacja termiczna przedłuży czas eksploatacji akumulatora, dodatkowo dobra amortyzacja drgań również przedłuży żywot akumulatora. Można użyć akumulatora OPTIMA, jest niezwykle odporny na wstrząsy, lecz drogi, przeciętnie jest cztery razy droższy od akumulatora budżetowego. Np. KOZAK 250 zł a żółta OPTIMA około 1000 zł. Żółta OPTIMA eksploatowana w odpowiednich warunkach może wytrzymać z 10 lat, lecz cztery KOZAKI wytrzymają jednak dłużej. Wybór jak zwykle, należy do dysponenta gotówki 😉
Jeszcze ciekawszym rozwiązaniem może być zastosowanie akumulatora zbudowanego z ogniw Litowo Tytanowych Li2TiO3. Akumulator Li2TiO3 zachowuje się jak tandem kondensatora rozruchowego ze zwykłym akumulatorem kwasowym, umożliwia uzyskanie dużych prądów rozruchu oraz prądów ładowania. Taki akumulator przy pojemności 40 Ah można ładować prądem 400A !!! więc doskonale nadaje się do odzysku energii z hamowania, stosowanym w systemach z rekuperacją energii. Koszt zakupu na Aliexpress ogniw Litowo Tytanowych Li2TiO3, potrzebnych do wykonania akumulatora dla instalacji 12V, jest zbliżony do ceny Optimy. Trudno dziś powiedzieć który z nich będzie bardziej żywotny, deklaracje producenta ogniw Litowo Tytanowych mogą sugerować że jednak tytanowy.
Wyliczenia z informacji zawartych w danych technicznych o liczby cykli żywotności, wskazują na jakieś 56 lat!!! żywotności. Tak długi czas eksploatacji, dorównuje czasowi posiadania uprawnień do kierowania pojazdem. Zakładając, że zrobiliśmy uprawnienia w wieku 16 lat + 56 lat eksploatacji akumulatora = 72 lata życia. A to i tak nie będzie kres eksploatacji, 56 letni akumulator tytanowy nadal będzie dysponował pewną, pozostałą choć mniejszą wydajnością. Zakładając eksploatację każdego dnia, przy średnio czterech rozruchach dziennie, po 56 latach eksploatacji akumulator tytanowy powinien dysponować pojemnością 50%. Czyli pracując w tandemie z kondensatorem rozruchowym, nadawał będzie nadawał się do dalszej eksploatacji.
Żywotność kondensatora rozruchowego jest wielokrotnie dłuższa, według danych technicznych to około 1 miliona cykli ładowania i rozładowania. Teoretyczny czas żywotności kondensatora rozruchowego, przeprowadzając średnio cztery rozruchy dziennie, wyliczyłem na około 600 lat. Teoretyczna żywotność kondensatorów ponad 600 lat, nie jest możliwa do uzyskania w warunkach praktycznej eksploatacji, prawdopodobnie kondensator zżarła by korozja. Myślę, że jest możliwy kilkudziesięcioletni czas eksploatacji takiego tandemu, czyli kondensator rozruchowy i akumulator tytanowy, szacuję to na 80 lat.
Cena takiego pakietu to około 2000 zł, czy jest to dużo, czy mało, zależy od indywidualnej oceny i możliwości finansowych. Inną kwestią jest to, jak długo jeszcze będziemy używać klasycznych akumulatorów 12V ? Biorąc pod uwagę ścieżkę dynamicznego rozwoju aut elektrycznych, inne rozwiązania techniczne, zapewne wywrócą do góry nogami obecne standardy 12V kwasiaków. Elektryczna rewolucja już stała się faktem, nie minie 10 lat jak będzie obowiązującym standardem. Klasycznymi autami z silnikami spalinowymi, będą jeździli tylko bardzo bogaci, oraz biedni starymi sztruclami, klasa średnia będzie jeździła ekonomicznymi „elektrykami”. Klasa średnia zazwyczaj wybiera rozwiązania ekonomiczne, a właśnie samochody elektryczne oraz z napędem wodorowym takimi będą.
Akumulator w bagażniku należy bardzo solidnie zamocować, nie tylko chroniąc przed przesunięciem, lecz również przed skutkami wypadku z dachowaniem włącznie. Nieprawidłowo zamocowany akumulator w bagażniku, w przypadku wypadku drogowego, nie mówiąc już o dachowaniu to pocisk o ogromnej energii kinetycznej, związanej z jego dużą masą własną, który może pozabijać pasażerów i kierowcę nie mówiąc już o poparzeniach kwasem siarkowym. Akumulator w bagażniku to bardzo dobre rozwiązanie pod warunkiem dobrego zamocowania, jedyną wadą jest niewielkie zmniejszenie przestrzeni bagażowej. W przypadku dużego bagażnika jak np. w citroenie C5 nie ma to istotnego znaczenia, lecz w przypadku małych aut segmentu „A” istotnie zmniejszy powierzchnię bagażową, w takim przypadku nawet umocowanie gaśnicy ma znaczenie.
Podsumowanie „ekonomiczne”
Maksymalny wiek umożliwiający kierowanie samochodem oceniam na 90 lat, minimalny wiek potrzebny do uzyskania uprawnień kierowania pojazdami na 15 lat. Ponieważ 90-15=75 to możemy założyć, że absolutnie maksymalny czas eksploatacji pojazdów w życiu jednego kierowcy to 75 lat.
Chociaż były ostatnio dwa przypadki kierowców którzy odbiegają od mojej definicji, jeden to 100 latek ,a drugi to 104 latek, i to w Polsce.
Albo ten 104 latek.
Teraz trochę kalkulacji:
Kupując wysokiej jakości akumulatory np. OPTIMA mamy szansę na średni okres eksploatacji 6 do 7 lat, przy cenie ok. 1000 zł za sztukę, więc całkowity koszt eksploatacji to 11 000 zł ponieważ tyle kosztowałoby 11 akumulatorów OPTIMA, cena wysoka lecz kto bogatemu zabroni ? Jakość bardzo dobra, powtarzalność, pewność oraz bezpieczeństwo, niezbyt częste zakupy akumulatorów i wizyty w warsztatach.
Kupując kondensator rozruchowy musimy zapłacić za niego około 1000 zł + akumulatory Optima 1000 zł, których czas eksploatacji w takich warunkach szacuję na 10 lat, wydamy za całość w ciągu 75 lat 9000 zł, nie dość że trochę taniej to jeszcze rzadziej musimy się martwić wymianą związaną z zakupem. Mniejszy koszt zakupu, rzadsze wizyty w warsztacie a więc i koszty związane z montażem akumulatora.
Kupując tanie akumulatory w średniej cenie ok. 200 zł i żywotności średniej ok. 3 lat musimy zakupić 25 akumulatorów w ciągu swojej kariery kierowcy, a zapłacimy za nie 5000 zł. Biorąc pod uwagę czas eksploatacji nie jest to bardzo wygórowana cena natomiast jest dużo wizyt w warsztatach samochodowych oraz miejscach zakupu tanich akumulatorów, a czas to pieniądz.
Kupując kondensator rozruchowy za ok. około 1000 zł + akumulatory używane w cenie powiedzmy 70 zł, to eksploatując je w dość komfortowych warunkach (nie są używane do rozruchu lecz podtrzymania ładunku) powinny przeżyć ok. trzech lat, pomimo już sporego wyeksploatowania, powiedzmy 50%. Koszt takiego pakietu dla ubogich to 2750 zł i kupa zabawy z wymianami oraz poszukiwań przy wielokrotnych zakupach. Po za tym nie wiadomo jak długo będzie jeszcze istniał „rynek” akumulatorów używanych.
Kupując kondensator rozruchowy za ok. 1000 zł + akumulator tytanowy za 1000 zł, a więc cena tego pakietu to 2000 zł a szacowany czas eksploatacji to 80 lat. Ten wybór wydaje się być najbardziej uzasadniony ekonomicznie, choć najdroższy w momencie zakupu, 2000 zł jeden raz na całe życie. Zakup takiego tandemu można rozłożyć na dwie raty, najpierw kupić kondensator rozruchowy i podłączyć go równolegle do obecnie eksploatowanego akumulatora. Nawet bardzo wyeksploatowany akumulator po dołączeniu równolegle kondensatora rozruchowego dostaje nowego życia i jeszcze długo nam posłuży. Po całkowitym wyeksploatowaniu obecnie użytkowanego akumulatora, należy dokupić akumulator tytanowy i zamienić miejscami, a stary ołowiowy oddać na złom.
Po zamontowaniu kondensatora rozruchowego, akumulator kwasowo ołowiowy mocno już wyeksploatowany, który zamierzamy wymienić, posłuży jeszcze około trzech lat. Ten okres 3 lat, to jest ten czas, który opóźni wydatek kolejnego 1000 zł na zakup akumulatora tytanowego. Czyli wydając 2 razy po 1000 zł w odstępie kilku lat, możemy mieć zestaw umożliwiający dożywotnią eksploatację.
Kupując tylko akumulator tytanowy za 1000 zł, powinien pracować podobnie do tandemu z kondensatorem rozruchowym. Do rozruchu silnika benzynowego na pewno wystarczy, czyli tylko 1000 zł i raz na całe życie. Mając auto z silnikiem diesla, lepiej wybrać pakiet z kondensatorem rozruchowym, za łączną kwotę 2000 zł. W moim indywidualnym przypadku koszt takiego zestawu to około 1300 zł, ze względu na zakup kondensatora rozruchowego w cenie 300 zł.
Ciekawe są też akumulatory do układów start-stop, przykładem jest seria akumulatorów YUASA AGM YBX9000, charakteryzująca się maksymalną ilością uruchomień szacowaną na 360 000. Czyli przy 10 uruchomieniach dziennie, w aucie bez układu start-stop, to 98 lat eksploatacji. To był by wariant optymistyczny, gdyby nie czas żywotności akumulatora ołowiowego ograniczony korozją ołowiu, więc myślę że ten czas nie przekroczy 15 lat. Przykładem takiego akumulatora jest model YBX9096 12V 70Ah 760A w cenie ok. 550 zł. Gdyby każdy taki akumulator wytrzymał 15 lat eksploatacji w aucie bez układu start-stop to trzeba by użyć 5 takich akumulatorów, czyli koszt całkowity to 2750 zł przy zachowaniu tych samych cen oraz ciągłości produkcji tego samego modelu. To oczywiście nie jest możliwe, więc chyba najbardziej optymalnym wyborem, będzie tandem złożony z kondensatora rozruchowego oraz akumulatora Litowo Tytanowego Li2TiO3. Czyli koszt 2000 zł w ciągu 75 lat kariery kierowcy.
Tak to wygląda na podstawie wyliczeń a jak będzie w rzeczywistości ? Tylko życie zweryfikuje te wyliczenia.
Ponieważ obecnie jeżdżę autem z silnikiem Diesla, chwilowo wybrałem tandem złożony z używanego kondensatora rozruchowego który kupiłem za 300 zł, oraz tani, używany 5 letni akumulator VARTA SILVER 63Ah i 610A który zakupiłem za 70 zł a w przypadku całkowitego wyeksploatowania nadal będę mógł go sprzedać za co najmniej 30 zł czyli całkowity koszt akumulatora to 40 zł a całego tandemu 340 zł.
Gdy kupowałem ten akumulator dysponował on prądem rozruchowym 440A, aktualny prąd rozruchowy po mojej regeneracji to 540A, koszt całego pakietu z kondensatorem rozruchowym to 340 zł i kupa”zabawy”. Ja swój kondensator rozruchowy kupiłem za 300 zł, ale nie każdy będzie miał tyle szczęścia, więc koszt zakupu kondensatora rozruchowego należy szacować na około 1000 zł.
W moim przypadku jest to najbardziej ekonomiczny wybór, ponieważ zapewnia dużą wydajność rozruchową przy niskiej cenie zakupu. Zamierzam go eksploatować przez najbliższe 3 lata, mając nadzieję na spadek cen akumulatorów tytanowych. Gdyby moje oczekiwania spełniły się, to zamierzam wymienić stary akumulator VARTA na Litowo Tytanowy, pozostawiając już na stałe kondensator rozruchowy.
Jeżeli w ciągu najbliższych 3 lat cena akumulatorów Litowo Tytanowych Li2TiO3 spadnie o więcej niż 40 zł, to mój wybór będzie najbardziej optymalnym i uzasadnionym ekonomicznie rozwiązaniem, ponieważ zniweluje całkowicie koszt zakupu używanego akumulatora, tak jak bym go w ogóle nie kupił. Warunkiem tej kalkulacji jest spadek cen akumulatorów Litowo Tytanowych Li2TiO3 w ciągu 3 lat, o WIĘCEJ niż 40 zł, myślę że tak też się stanie.
Niestety ale z dość prozaicznego powodu, plan się nie spełni. Wyżej wymieniony akumulator pożyczyłem koledze, a kolega go stracił, więc historia została zakończona. Skończyło się tym, że 06.07.2020r kupiłem nowy Koreański akumulator – EFB X-PRO 70 Ah i 650A prądu rozruchowego. Tuż przed zakupem zmierzyłem testerem akumulatorów Autool360 kilka akumulatorów na regale sklepowym. Koreański produkt nie dość że był najcięższy, to dysponował napięciem 12.68V oraz prądem rozruchowym na poziomie 865A. Prąd rozruchowy większy aż o 215A!!! niż w opisie widocznym na obudowie akumulatora, to o 33% więcej niż zadeklarował producent. Czyli wydajność akumulatora jest większa aż o 1/3!!!
Akumulator X-PRO został ponownie zmierzony po około dwóch miesiącach od zakupu, po odłączeniu klem od słupków. W trakcie tej dwumiesięcznej eksploatacji, był ładowany wyłącznie poprzez alternator w pojeździe, i ani razu żadnym prostownikiem czy ładowarką. Deklarowany prąd rozruchowy na etykiecie to 650A, zmierzony w sklepie przed zakupem 865A, a po dwóch miesiącach eksploatacji w pojeździe 875A. Prąd rozruchowy 875A to o 34.5% więcej niż deklaruje producent a przecież był ładowany wyłącznie alternatorem samochodowym w pojeździe. Napięcie 13.4V innym razem 13.2V więc też bardzo dobrze.
Zmierzona rezystancja wewnętrzna 3.52 Ohm, pomiar wykonany 14.09.2020r.
SOH 100% i SOC 98%.
SOH jest najwyższe z możliwych czyli 100%. Ale i SOC również, ponieważ tester AUTOOL BT360 nigdy nie jest w stanie wskazać wyższego parametru SOC niż 98%. Czyli są to najwyższe z możliwych parametrów wskazywanych przez ten tester.
Nigdy jeszcze nie miałem akumulatora o tak niskiej rezystancji wewnętrznej, a co za tym idzie, o tak dużym prądzie rozruchowym. Szczególnie, że nie mierzę tego zaraz po ładowaniu prostownikiem czy ładowarką, a po wyjęciu z auta. To jasno wskazuje, że po tych dwóch miesiącach bardzo intensywnej eksploatacji, akumulator utrzymuje najwyższe możliwe parametry. Te wyniki są nawet wyższe niż w dniu zakupu akumulatora ponieważ doładowuje go alternator, to również dobrze wróży na przyszłość.
Przyznam, że tak duży nadmiar prądu rozruchowego, oraz duża masa własna akumulatora, a także technologia EFB przekonały mnie do zakupu, a czy słusznie ? czas pokaże. Ten model akumulatora jest jednym z najcięższych dostępnych w obudowie L3, zobaczymy ile lat wytrzyma. Dokonując wyboru akumulatora raczej nie powinienem sugerować się dużym prądem rozruchowym. Bardzo duży prąd rozruchowy, zapewne jest wynikiem dość mocno rozwiniętej struktury powierzchni, a zarazem mniej spójnej. To może powodować większą podatność na degradację płyt w funkcji czasu. Z drugiej strony to akumulator EFB, który poprzez odpowiednie zabezpieczenie powierzchni płyt utrzymuje je w spójności w dłuższym okresie czasu. Drugim czynnikiem mojego wyboru, była największa masa ze wszystkich dostępnych w obudowie L3 oraz opinia sprzedawcy o tym produkcie. Już po zakupie dowiedziałem się, że akumulatory koreańskie niezależnie od producenta cieszą się dobrymi opiniami, więc może będzie dobrze. Wybór tego akumulatora nie był poparty czynnikiem ekonomicznym, ponieważ do tanich nie należy, 380 zł brutto. Tak wysoka cena jest zapewne podyktowana wysoką jakością produktu.
Tak rozsądniej kalkulując, ten akumulator jest idealnym wyborem dla użytkownika nie posiadającego kondensatora rozruchowego ze względu na bardzo dobre parametry wydajnościowe. Jednak w moim przypadku ta pogoń za wydajnością prawdopodobnie była błędem, w końcu do wydajnego rozruchu używam kondensatora rozruchowego, a akumulator powinien mi służyć wyłącznie jako magazyn energii, zapewniający akceptowalną pojemność dla magazynowanej energii. Powinienem użyć akumulatora o maksymalnie jak najdłuższej żywotności a nie wydajności, takie akumulatory zwykle mają stosunkowo słabą wydajność, czyli powinienem wybrać akumulator do pracy cyklicznej, akceptujący głębokie rozładowania, pewnie jakiś marine albo trakcyjny, tu jeszcze muszę zasięgnąć wiedzy.
Prawdopodobnie jednak najlepszym, a raczej najbardziej optymalnym wyborem, ale jednocześnie najdroższym w momencie zakupu, byłby tandem złożony z kondensatora rozruchowego oraz akumulatora Litowo Tytanowego Li2TiO3. Koszt takiego zestawu to około 2000 zł w ciągu 75 lat kariery kierowcy, taki dożywotni zestaw. Ten najdroższy zakupowo w pierwszym okresie zestaw, w dłuższym okresie eksploatacji, powinien okazać się najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem, a więc paradoksalnie jednak najtańszym rozwiązaniem. Takie zestawienie jednak czeka jeszcze na swoją realizację. A obecny akumulator X-PRO zapewne trafi do innego auta, które zamierzam niebawem nabyć jako backup obecnie użytkowanego. Co dwa auta to nie jedno a przy dzisiejszych cenach nie jest to większym problemem.