Capacitive energy storage in the electric starting system of automobile engines

Abstract

The paper proposes to use a comparative assessment of electric starter systems with a capacitive energy storage battery.

Full Text

Емкостные накопители энергии в системе электростартерного пуска автомобильных двигателей к.т.н. Коротков В.И., к.т.н. Малеев Р.А., Мычка Н.В., Гулин А.Н. Университет машиностроения (МАМИ) 8 (495) 223-05-23, доб. 1574 Аннотация. В работе предлагается использовать сравнительную оценку систем электростартерного пуска с емкостным накопителем энергии аккумуляторной ба- тареей. Ключевые слова: система электростартерного пуска, емкостной накопи- тель энергии, аккумуляторная батарея. Пуск двигателей автотранспортных средств существенно затрудняется с понижением температуры, что в значительной степени связано с увеличением вязкости электролита в свинцово-кислотной аккумуляторной батарее (АБ). Поэтому в последние годы повышенное внимание уделяется применению нетрадиционных источников энергии для запуска двигате- ля, в качестве которых могут применяться емкостные накопители энергии, молекулярные накопители энергии, ионисторы. Такие источники обладают практически нулевым внутрен- ним сопротивлением и способны быстро накапливать и отдавать запасенную энергию, зна- чительно снижая токовую нагрузку с аккумуляторной батареи в момент пусковых режимов, улучшая тем самым ее характеристики [1]. Емкостные накопители энергии (НЭ) в настоящее время обладают высокой удельной мощностью и КПД, способны выдерживать большое число циклов заряда-разряда. На мос- ковском предприятии МНПО «ЭКОНД» разработана и выпускается новая система пуска двигателей, в которой используются импульсные конденсаторы сверхвысокой энергоемкости (ИКЭ). Разработанная система пуска может использоваться как для карбюраторных двигате- лей, так и для дизелей самого широкого диапазона мощности от 10 до 3000 л.с. Главное преимущество таких суперконденсаторов, которые выпускаются под маркой ИКЭ «Супер-Эконд», состоит в уникальной способности накапливать электрический заряд сверхвысокой плотности - в 10 раз больший, чем в различных традиционных конденсаторах и обеспечивать мощность импульсного разряда до 10 раз выше мощности самых лучших ак- кумуляторов. Принцип действия ИКЭ «Супер-Эконд» основан на прямом накоплении заряда в двой- ном электрическом слое на поверхности контакта высокопористого углеродного электрода со связанным химически инертным электролитом. Таким образом, накопление заряда осу- ществляется фактически на молекулярном уровне. Такие конденсаторы по своим электрическим параметрам значительно превосходят обычные. Кроме сверхвысокой плотности накапливаемой энергии и удельной мощности им- пульсного разряда их отличает очень малое внутреннее сопротивление, возможность дли- тельного хранения заряда (до нескольких сотен часов), устойчивость к токам короткого за- мыкания и практически неограниченное число циклов перезарядки. ИКЭ «Супер-Эконд» представляет собой батарею конденсаторных элементов, заклю- ченных в герметичный корпус. Их отличает высокая механическая прочность, пожаро- и взрывобезопасность, широкий диапазон рабочих температур, длительный срок службы (бо- лее 12 лет), эксплуатационная и экологическая безопасность. Автомобильное электрооборудование включает в себя систему электроснабжения, си- стему пуска двигателя внутреннего сгорания с системой зажигания смеси и систему сервис- ного обеспечения. При этом системам пуска и, соответственно, электроснабжения приходит- ся работать в двух принципиально различных режимах: длительном номинальном режиме при работающем двигателе внутреннего сгорания и пусковом режиме - режиме пуска (а в ря- де случаев и разгона автомобиля). Пиковый режим работы (это в основном пуск двигателя) требует больших затрат энер- гии, а энергию двигатель получает только от источника запасенной энергии, аккумуляторной батареи. Необходимость обеспечения пикового режима определяет поиск накопительных ис- точников энергии, работающих самостоятельно на пиковую нагрузку или совместно с акку- муляторной батареей. Такой накопитель должен за относительно длительное время собрать излишки энергии, вырабатываемой двигателем (или сконцентрировать энергию слаботочно- го источника), а затем отдать ее при необходимости за короткое время пикового режима [3]. Недостаточность обеспечения пикового режима энергией аккумуляторной батареи обычно усугубляется плохой отдачей ею электрической энергии при низких температурах и ее обычном частичном разряде. На рисунке 1 приведены разрядные токовые характеристики (т.е. зависимости напряжения разряда