Elektriskā jauda globuss, kā zināms no fizikas kursa, ir aptuveni 700 μF. Parastu šādas jaudas kondensatoru pēc svara un tilpuma var salīdzināt ar ķieģeli. Bet ir arī kondensatori ar zemeslodes elektrisko kapacitāti, kas pēc izmēra ir vienāda ar smilšu graudiņu - superkondensatori.

Šādas ierīces parādījās salīdzinoši nesen, apmēram pirms divdesmit gadiem. Tos sauc dažādi: jonistori, joniksi vai vienkārši superkondensatori.

Nedomājiet, ka tie ir pieejami tikai dažiem augsta līmeņa aviācijas un kosmosa uzņēmumiem. Šodien veikalā var iegādāties monētas izmēra un vienas farādes ietilpības jonistoru, kas 1500 reižu pārsniedz zemeslodes ietilpību un tuvu Saules sistēmas lielākās planētas - Jupitera kapacitātei.

Jebkurš kondensators uzglabā enerģiju. Lai saprastu, cik liela vai maza ir superkondensatorā uzkrātā enerģija, ir svarīgi to ar kaut ko salīdzināt. Šeit ir nedaudz neparasts, bet skaidrs veids.

Parasta kondensatora enerģijas pietiek, lai tas varētu pārlēkt apmēram pusotru metru. Neliels 58-9V tipa superkondensators, kura masa ir 0,5 g, uzlādēts ar 1 V spriegumu, varētu uzlēkt līdz 293 m augstumam!

Dažreiz viņi domā, ka jonistori var aizstāt jebkuru akumulatoru. Žurnālisti attēloja nākotnes pasauli ar klusiem elektriskiem transportlīdzekļiem, kurus darbina superkondensatori. Bet tas vēl ir tālu. Jonistors, kas sver vienu kg, spēj uzkrāt 3000 J enerģijas, un sliktākais svina-skābes akumulators ir 86 400 J - 28 reizes vairāk. Tomēr, nodrošinot lielu jaudu īsā laikā, akumulators ātri sabojājas un ir tikai puse izlādējies. Jonistors atkārtoti un bez jebkāda kaitējuma sev izdala jebkādu jaudu, ja vien savienojošie vadi to iztur. Turklāt superkondensatoru var uzlādēt dažu sekunžu laikā, savukārt akumulatoram parasti ir vajadzīgas stundas, lai to paveiktu.

Tas nosaka jonistoru pielietojuma jomu. Tas ir labs kā barošanas avots ierīcēm, kuras patērē īslaicīgi, bet diezgan bieži vairāk jaudas: elektroniskā iekārta, kabatas lukturīši, auto starteri, elektriskie domkrati. Jonistoram var būt arī militārs pielietojums kā elektromagnētisko ieroču barošanas avots. Un kombinācijā ar nelielu spēkstaciju jonistors ļauj izveidot automašīnas ar elektrisko riteņu piedziņu un degvielas patēriņu 1-2 litri uz 100 km.

Pārdošanā ir pieejami jonistori visdažādākajām jaudām un darba spriegumiem, taču tie ir diezgan dārgi. Tātad, ja jums ir laiks un interese, varat mēģināt pats izgatavot jonistoru. Bet pirms sniegt konkrētu padomu, nedaudz teorijas.

No elektroķīmijas zināms: metālu iegremdējot ūdenī, uz tā virsmas veidojas tā sauktais dubultais elektriskais slānis, kas sastāv no pretējiem elektriskiem lādiņiem – joniem un elektroniem. Starp tiem darbojas savstarpēji pievilcīgi spēki, bet lādiņi nevar tuvoties viens otram. To kavē ūdens un metāla molekulu pievilcīgie spēki. Elektriskais dubultslānis būtībā ir tikai kondensators. Uz tās virsmas koncentrētie lādiņi darbojas kā plāksnes. Attālums starp tiem ir ļoti mazs. Un, kā zināms, kondensatora kapacitāte palielinās, samazinoties attālumam starp tā plāksnēm. Tāpēc, piemēram, parasta tērauda spieķa jauda, ​​kas iegremdēta ūdenī, sasniedz vairākus mF.

Būtībā jonistors sastāv no diviem elektrodiem ar ļoti lielu laukumu, kas iegremdēti elektrolītā, uz kuru virsmas pieliktā sprieguma ietekmē veidojas dubults elektriskais slānis. Tiesa, izmantojot parastās plakanas plāksnes, būtu iespējams iegūt tikai dažu desmitu mF kapacitāti. Lai iegūtu jonistoriem raksturīgās lielās kapacitātes, tiek izmantoti elektrodi, kas izgatavoti no porainiem materiāliem, kuriem ir liela poru virsma ar maziem ārējiem izmēriem.

Šai lomai savulaik tika izmēģināti sūkļa metāli no titāna līdz platīnam. Tomēr nesalīdzināmi labāka bija... parastā aktīvā ogle. Tā ir ogle, kas pēc īpašas apstrādes kļūst poraina. Šādu ogļu 1 cm3 poru virsmas laukums sasniedz tūkstoš kvadrātmetru, un dubultā elektriskā slāņa jauda uz tām ir desmit farādes!

Pašdarināts jonistors 1. attēlā parādīts jonistoru dizains. Tas sastāv no divām metāla plāksnēm, kas cieši piespiestas aktīvās ogles “pildījumam”. Ogles klāj divos slāņos, starp kuriem ir plāns vielas atdalošais slānis, kas nevada elektronus. Tas viss ir piesūcināts ar elektrolītu.

Uzlādējot jonistoru, vienā oglekļa poru pusē veidojas dubults elektriskais slānis ar elektroniem uz virsmas, bet otrā pusē ar pozitīvajiem joniem. Pēc uzlādes joni un elektroni sāk plūst viens pret otru. Tiem saskaroties, veidojas neitrālie metālu atomi, un uzkrātais lādiņš samazinās un laika gaitā var izzust pavisam.

Lai to novērstu, starp aktīvās ogles slāņiem tiek ieviests atdalošais slānis. Tas var sastāvēt no dažādām plānām plastmasas plēvēm, papīra un pat vates.
Amatieru jonistoros elektrolīts ir 25% galda sāls šķīdums vai 27% KOH šķīdums. (Pie mazākām koncentrācijām uz pozitīvā elektroda neveidosies negatīvo jonu slānis.)

Kā elektrodi tiek izmantotas vara plāksnes ar iepriekš pielodētiem vadiem. To darba virsmas jātīra no oksīdiem. Šajā gadījumā vēlams izmantot rupju smilšpapīru, kas atstāj skrāpējumus. Šīs skrambas uzlabos ogļu saķeri ar varu. Lai nodrošinātu labu saķeri, plāksnes ir jāattauko. Plākšņu attaukošana tiek veikta divos posmos. Vispirms tos mazgā ar ziepēm, pēc tam berzē ar zobu pulveri un nomazgā ar ūdens strūklu. Pēc tam jums nevajadzētu pieskarties tiem ar pirkstiem.

Aptiekā iegādāto aktivēto ogli samaļ javā un sajauc ar elektrolītu, iegūstot biezu pastu, ko uzklāj uz rūpīgi attaukotām plāksnēm.

Pirmajā testā plāksnes ar papīra blīvi tiek novietotas viena uz otras, pēc tam mēģināsim to uzlādēt. Bet šeit ir kāds smalkums. Kad spriegums ir lielāks par 1 V, sākas gāzu H2 un O2 izdalīšanās. Tie iznīcina oglekļa elektrodus un neļauj mūsu ierīcei darboties kondensatora-jonistora režīmā.

Tāpēc mums tas jāuzlādē no avota, kura spriegums nav lielāks par 1 V. (Tas ir spriegums katram plākšņu pārim, kas ir ieteicams rūpniecisko jonistoru darbībai.)

Sīkāka informācija ziņkārīgajiem

Ja spriegums ir lielāks par 1,2 V, jonistors pārvēršas par gāzes akumulatoru. Šī ir interesanta ierīce, kas sastāv arī no aktīvās ogles un diviem elektrodiem. Bet strukturāli tas ir veidots savādāk (skat. 2. att.). Parasti no vecā galvaniskā elementa paņemiet divus oglekļa stieņus un ap tiem piesieniet aktīvās ogles marles maisiņus. KOH šķīdumu izmanto kā elektrolītu. (Nedrīkst izmantot galda sāls šķīdumu, jo tā sadalīšanās rezultātā izdalās hlors.)

Gāzes akumulatora enerģijas intensitāte sasniedz 36 000 J/kg jeb 10 Wh/kg. Tas ir 10 reizes vairāk nekā jonistoram, bet 2,5 reizes mazāk nekā parastajam svina akumulatoram. Tomēr gāzes akumulators nav tikai akumulators, bet gan ļoti unikāla degvielas šūna. Uzlādējot to, uz elektrodiem izdalās gāzes - skābeklis un ūdeņradis. Tie “nogulsnējas” uz aktīvās ogles virsmas. Kad parādās slodzes strāva, tie ir savienoti, veidojot ūdeni un elektriskā strāva. Tomēr šis process notiek ļoti lēni bez katalizatora. Un, kā izrādījās, katalizators var būt tikai platīns... Tāpēc, atšķirībā no jonistora, gāzes akumulators nevar radīt lielas strāvas.

Tomēr Maskavas izgudrotājs A.G. Presņakovs (http://chemfiles.narod.r u/hit/gas_akk.htm) veiksmīgi izmantoja gāzes akumulatoru, lai iedarbinātu kravas automašīnas dzinēju. Viņa ievērojamais svars - gandrīz trīs reizes lielāks nekā parasti - šajā gadījumā izrādījās paciešams. Taču zemās izmaksas un kaitīgu materiālu, piemēram, skābes un svina, trūkums šķita ārkārtīgi pievilcīgi.

Gāzes akumulators vienkāršākais dizains izrādījās pakļauti pilnīgai pašizlādei 4-6 stundu laikā. Tas pielika punktu eksperimentiem. Kam vajadzīga automašīna, kuru nevar iedarbināt pēc stāvēšanas pa nakti?

Un tomēr “lielās tehnoloģijas” nav aizmirsušas par gāzes akumulatoriem. Jaudīgi, viegli un uzticami tie ir atrodami dažos satelītos. Process tajos notiek aptuveni 100 atm spiedienā, un kā gāzes absorbētājs tiek izmantots sūkļa niķelis, kas šādos apstākļos darbojas kā katalizators. Visa ierīce ir ievietota īpaši vieglā oglekļa šķiedras cilindrā. Iegūto akumulatoru enerģijas jauda ir gandrīz 4 reizes lielāka nekā svina akumulatoriem. Ar tiem elektroauto varētu nobraukt aptuveni 600 km. Bet, diemžēl, tie joprojām ir ļoti dārgi.

Mūsdienās akumulatoru tehnoloģija ir ievērojami attīstījusies un kļuvusi daudz progresīvāka salīdzinājumā ar pēdējo desmit gadu. Bet pagaidām tomēr baterijas paliek palīgmateriāli, jo tiem ir mazs resurss.

Ideja par kondensatora izmantošanu enerģijas uzkrāšanai nav jauna, un pirmie eksperimenti tika veikti ar elektrolītiskajiem kondensatoriem. Elektrolītisko kondensatoru kapacitāte var būt ievērojama - simtiem tūkstošu mikrofaradu, bet tomēr ar to nepietiek, lai ilgstoši darbinātu pat nelielu slodzi, turklāt konstrukcijas īpatnību dēļ ir ievērojama noplūdes strāva.

Mūsdienu tehnoloģijas nestāviet uz vietas, un tika izgudrots jonistors, tas ir kondensators, tam ir ārkārtīgi liela jauda - no faradu vienībām līdz desmitiem tūkstošu faradu. Pārnēsājamā elektronikā, lai nodrošinātu, tiek izmantoti jonatori ar vienas farad vienības jaudu nepārtrauktās barošanas avots vājstrāvas ķēdes, piemēram, mikrokontrolleri. Un jonistori ar desmitiem tūkstošu faradu ietilpību tiek izmantoti kopā ar akumulatoriem, lai darbinātu dažādus elektromotorus. Šajā kombinācijā jonistors ļauj samazināt slodzi uz akumulatoriem, kas ievērojami palielina to akumulatora darbības laiku un vienlaikus palielina palaišanas strāvu, ko spēj nodrošināt hibrīddzinēja jaudas sistēma.

Bija nepieciešams darbināt temperatūras sensoru tā, lai tajā nemainītu akumulatoru. Sensoru darbina AA baterija, un tas ir ieslēgts, lai nosūtītu datus uz meteoroloģisko staciju reizi 40 sekundēs. Nosūtīšanas laikā sensors patērē vidēji 6 mA 2 sekundes.

Radās doma izmantot saules bateriju un jonistoru. Pamatojoties uz identificētajiem sensora patēriņa raksturlielumiem, tika ņemti šādi elementi:
1. Saules baterija 5 volti un strāva aptuveni 50 mA (padomju laikā ražota saules baterija aptuveni 15 gadus veca)
2. Ionistors: Panasonic 5,5 volti un 1 farads.
3. Jonistori 2 gab.: DMF 5,5 volti un kopējā jauda 1 farads.
4. Šotkija diode ar tiešā sprieguma kritumu pie mazas strāvas 0,3 V.
Šotkija diode ir nepieciešama, lai novērstu kapacitātes izlādi caur saules bateriju.
Jonistori ir savienoti paralēli, un kopējā kapacitāte ir 2 faradi.

1. fotoattēls.

Eksperiments Nr.1– Savienots mikrokontrolleris ar vienkrāsainu LCD displeju un kopējo strāvas patēriņu 500 µA. Lai gan mikrokontrolleris ar displeju darbojās, pamanīju, ka vecās saules baterijas ir ārkārtīgi neefektīvas, uzlādes strāva ēnā bija nepietiekama, lai vismaz kaut kādā mērā uzlādētu jonistorus, spriegums uz 5 voltu saules bateriju ēnā bija mazāks par 2 voltiem. (Kādu iemeslu dēļ fotoattēlā nav redzams mikrokontrolleris un displejs).

Eksperiments Nr.2
Lai palielinātu iespēju gūt panākumus, es radio tirgū iegādājos jaunas saules baterijas ar nominālvērtību 2 V, strāvu 40 mA un 100 mA, ražotas Ķīnā un pildītas ar optiskajiem sveķiem. Salīdzinājumam šie akumulatori ēnā jau radīja 1,8 voltus, kamēr lādēšanas strāva nebija liela, bet lādēšanas jonistors tomēr bija manāmi labāks.
Pielodējis konstrukciju ar jaunu akumulatoru, Šotkija diodi un kondensatoriem, noliku uz palodzes, lai kondensators uzlādējas.
Neskatoties uz to, ka saules gaisma tieši uz akumulatoru netrāpīja, pēc 10 minūtēm kondensators tika uzlādēts līdz 1,95 V. Paņēmu temperatūras sensoru, izņēmu no tā akumulatoru un savienoju jonistoru ar saules bateriju ar akumulatora nodalījuma kontaktiem.

2. fotoattēls.

Temperatūras sensors nekavējoties sāka darboties un pārraidīja telpas temperatūru meteoroloģiskajai stacijai. Pēc tam, kad pārliecinājos, ka sensors darbojas, pievienoju tam kondensatoru ar saules bateriju un piekāru to vietā.
Kas notika tālāk?
Sensors darbojās pareizi visu diennakts gaišo laiku, taču, iestājoties tumsai, pēc stundas sensors pārtrauca datu pārraidi. Acīmredzot ar uzkrāto lādiņu nepietika pat sensora darbības stundai, un tad kļuva skaidrs, kāpēc...

Eksperiments Nr.3
Es nolēmu nedaudz pārveidot konstrukciju, lai jonistors (atdodu atpakaļ 2 farad jonistoru komplektu) būtu pilnībā uzlādēts. Es saliku akumulatoru no trim elementiem, tas izrādījās 6 volti un strāva 40 mA (pilnā saules gaismā). Šis akumulators ēnā jau nodrošināja līdz 3,7 V līdzšinējo 1,8 V vietā (foto 1) un uzlādes strāvu līdz 2 mA. Attiecīgi jonistors lādējās līdz 3,7 V, un tajā jau bija ievērojami vairāk uzkrātās enerģijas, salīdzinot ar 2. eksperimentu.

3. fotoattēls.

Viss jau būtu labi, bet tagad mums ir izeja līdz 5,5 V, un sensors tiek barots ar 1,5 V. Nepieciešams DC/DC pārveidotājs, kas savukārt rada papildu zudumus. Man pieejamais pārveidotājs patērēja aptuveni 30 µA un pie izejas deva 4,2 V Pagaidām man nav izdevies atrast nepieciešamo pārveidotāju, lai darbinātu temperatūras sensoru no modernizētās konstrukcijas. (Jums būs jāizvēlas pārveidotājs un jāatkārto eksperiments).

Par enerģijas zudumu:
Iepriekš tika minēts, ka jonistoriem ir pašizlādes strāva, šajā gadījumā 2 faradu komplektam tā bija 50 µA, kā arī šeit tiek pievienoti zaudējumi līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājā aptuveni 4% (deklarētā efektivitāte 96%) un tā tukšgaitas ātrums ir 30 µA. Ja neņemam vērā konversijas zudumus, mums jau ir aptuveni 80 μA patēriņš.
Īpaša uzmanība jāpievērš enerģijas taupīšanai, jo eksperimentāli ir noskaidrots, ka jonistoram ar 2 faradu ietilpību, kas uzlādēts līdz 5,5 V un izlādēts līdz 2,5 V, tā teikt, “akumulatora” jauda ir 1 mA. Citiem vārdiem sakot, stundu patērējot 1 mA no jonistoru, mēs to izlādēsim no 5,5 V līdz 2,5 V.

Par uzlādes ātrumu tiešos saules staros:
No saules baterijas saņemtā strāva ir lielāka, labāks akumulators apgaismots tiešos saules staros. Attiecīgi jonistoru uzlādes ātrums ievērojami palielinās.

4. fotoattēls.

No multimetra rādījumiem var redzēt (0,192 V, sākotnējie rādījumi), pēc 2 minūtēm kondensators tika uzlādēts līdz 1,161 V, pēc 5 minūtēm līdz 3,132 V un vēl pēc 10 minūtēm 5,029 V. 17 minūšu laikā jonistors tika uzlādēts līdz 90% . Jāņem vērā, ka saules paneļa apgaismojums visu laiku bija nevienmērīgs un notika caur dubultā loga stiklu un aizsargplēve baterijas.

Tehniskais ziņojums eksperimentam Nr. 3
Izkārtojuma tehniskie parametri:
- Saules baterija 12 elementi, 6 V, strāva 40 mA (ar pilnu saules iedarbību), (mākoņaina laika ēnā 3,7 V un strāva 1 mA ar jonistoru slodzi).
- Jonistori ir savienoti paralēli, kopējā jauda ir 2 Farads, pieļaujamais spriegums 5,5 V, pašizlādes strāva 50 μA;
- Šotkija diode ar tiešā sprieguma kritumu 0,3 V, ko izmanto, lai atvienotu saules baterijas un jonistoru barošanas avotu.
- Izkārtojuma izmēri 55 x 85 mm (VISA plastikāta karte).
No šī izkārtojuma mums izdevās iegūt:
Mikrokontrolleris ar LCD displeju (strāvas patēriņš 500 µA pie 5,5 V, darbības laiks bez saules baterijas, aptuveni 1,8 stundas);
Temperatūras sensors, dienasgaismas stundas ar saules bateriju, patēriņš 6 mA uz 2 sekundēm ik pēc 40 sekundēm;
Gaismas diode spīdēja 60 sekundes ar vidējo strāvu 60 mA bez saules baterijas;
Izmēģinājām arī līdzstrāvas/līdzstrāvas sprieguma pārveidotāju (stabilai barošanai), ar kuru 60 sekunžu laikā izdevās dabūt 60 mA un 4 V (uzlādējot jonistoru līdz 5,5 V, bez saules baterijas).
Iegūtie dati liecina, ka šīs konstrukcijas jonistoru aptuvenā jauda ir 1 mA (bez uzlādes no saules baterijas ar izlādi līdz 2,5 V).

Secinājumi:
Šis dizains ļauj uzglabāt enerģiju kondensatoros nepārtrauktai mikropatēriņa ierīču barošanai. Uzkrātajai jaudai 1 mA uz 2 kondensatora kapacitātes faradiem vajadzētu būt pietiekamai, lai nodrošinātu mazjaudas mikroprocesora darbību tumsā 10 stundas. Šajā gadījumā kopējie strāvas zudumi un slodzes patēriņš nedrīkst pārsniegt 100 μA. Dienas laikā jonistors tiek uzlādēts no saules baterijas pat ēnā un spēj nodrošināt slodzi impulsa režīmā ar strāvu līdz 100 mA.

Mēs atbildam uz jautājumu raksta nosaukumā - Vai jonistors var aizstāt akumulatoru?
– var aizstāt, bet pagaidām ar būtiskiem strāvas patēriņa un slodzes darbības režīma ierobežojumiem.

Trūkumi:

• zema enerģijas uzglabāšanas jauda (apmēram 1 mA uz katriem 2 faradiem jonistoru kapacitātes)
• ievērojama kondensatoru pašizlādes strāva (paredzamie zudumi 20% jaudas dienā)
• Konstrukcijas izmērus nosaka saules baterija un jonitoru kopējā jauda.

Priekšrocības:

• valkājamu ķīmisko elementu (bateriju) trūkums
• darba temperatūras diapazons no -40 līdz +60 grādiem pēc Celsija
• dizaina vienkāršība
• nav augstas izmaksas

Pēc visiem veiktajiem eksperimentiem radās ideja modernizēt dizainu šādi:

5. fotoattēls.

Plātnes vienā pusē ir saules baterija, otrā pusē ir jonistoru komplekts un DC\DC pārveidotājs.

Specifikācijas:

• Saules baterija 12 elementi, 6 V, strāva 60 mA (ar pilnu saules iedarbību);
• Jonistoru kopējā jauda 4; 6 vai 16 Farads, pieļaujamais spriegums 5,5 V, kopējā pašizlādes strāva attiecīgi 120\140\(vēl nav zināms) µA;
• Divkāršā Šotkija diode ar tiešā sprieguma kritumu 0,15 V tiek izmantota, lai atvienotu saules baterijas un jonistoru barošanas avotu;
• Izkārtojuma izmēri: 55 x 85 mm (VISA plastikāta karte);
• Paredzamā jauda bez uzlādēšanas no saules paneļiem, uzstādot kondensatorus 4; 6 vai 16 Farads ir aptuveni 2\3\8 mA.

P.S. Ja aprēķinos pamanāt drukas kļūdu, kļūdu vai neprecizitāti, rakstiet mums personīgi un mēs ātri visu izlabosim.

Turpinājums…

Tiklīdz cilvēks nāca klajā ar pašgājēju ratiņu, ko darbina tvaika dzinējs (1768) un vēlāk (1886) uzlaboja dzinēju līdz iekšdedzes dzinējam, vadītājam bija uzdevums ne tikai virzīt zirgspēkus pareizajā virzienā. , bet arī liekot to lietā.

Motora iedarbināšanas problēma dažādos laikos tika atrisināta atšķirīgi. Tvaika dzinējam pietika ar uguni zem katla, benzīna dzinējiem bija nepieciešams muskuļu spēks vai ķīmisks strāvas avots.

Līdz ar akumulatoru parādīšanos radās nepieciešamība uzturēt un uzraudzīt startera akumulatoru uzlādi, it īpaši ziemā. Bieži vien, lai palīdzētu standarta akumulatoram, automašīnas īpašniekam bija jāizmanto ārējs barošanas avots: elektrotīkls palaišanas ierīce, rezerves svina-skābes akumulators vai pēdējo gadu jaunums, kompaktas palaišanas ierīces, kuru pamatā ir litija polimēri.

Galvenā ķīmisko strāvas avotu problēma ir pašizlāde un novecošanās. Klasiskā svina-skābes akumulatora ar brīvu elektrolītu kalpošanas laiks ir aptuveni 3 gadi. Gēla un AGM akumulatori kalpo ilgāk, taču tie nav mūžīgi. Pat ja akumulators ir neaktīvs, tajā notiek ķīmiski procesi, kas izraisa pakāpenisku akumulatora jaudas zudumu.

Šī piezīme attiecas arī uz akumulatoriem darbināmām palaišanas ierīcēm, piemēram, Li-Po startera vidējais kalpošanas laiks ir 3-5 gadi, kuru laikā vadošais gēls, ar kuru tiek pildīti akumulatori, sacietē un pamazām zaudē savas īpašības. Dizaineri jau sen ir meklējuši strāvas avotu, kas varētu nomainīt akumulatorus un atbrīvot automašīnu īpašniekus no akumulatora “vājām vietām”.

Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta kondensatoriem. Precīzāk, par superkondensatoriem jeb jonistoriem, kas spēj piegādāt milzīgas strāvas un kuriem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar akumulatoriem. Kā nomainīt akumulators mašīnas montāžai no kondensatoriem, dizaineri vēl nav izdomājuši, bet inženieri no Carku izdevās izveidot ierīci, kas spēj palīdzēt iedarbināt automašīnas dzinēju, to pašu ATOM 1750.

Galvenā Atšķirība starp šo ierīci un tās ar akumulatoru darbināmiem analogiem ir mūžīgais mūžs! Ja mēs runājam par iedarbināšanas ierīcēm, kuru pamatā ir litija-polimēra vai svina-skābes akumulatori, to darbības laiks ir ierobežots līdz vienam līdz trīs tūkstošiem uzlādes/izlādes cikliem. Kondensatoru starteri nodrošina līdz pat miljonam ciklu. Lai sniegtu priekšstatu par mērogu, pieņemsim, ka jūs izmantojat ATOM 1750 divas reizes dienā kalendārā gada garumā. Ierīces resurss pie šādas darba intensitātes ir pietiekams (1 000 000: (365x2)) = 1 miljons. : 730= 1369 gadi.

Otrā iezīme– jonistoru nepretenciozitāte. Kondensatoru starteri uzglabāšanai nav nepieciešami īpaši nosacījumi: ierīci varat ievietot cimdu nodalījumā vai zem automašīnas sēdekļa un atcerēties par to tikai tad, kad nepieciešama palīdzība automašīnas akumulatoram. Ierīce ir ideāla iespēja aizmāršīgiem autovadītājiem. Ja nav ne laika, ne vēlēšanās uzraudzīt akumulatora uzlādes līmeni, ierīci var droši glabāt automašīnā vissmagākajā aukstumā vai karstumā.

Trešais pluss– iebūvēta litija baterija. Enerģijas rezerve, kas tiek glabāta pilnībā uzlādētā Li-Ion akumulators ierīce ar jaudu 6000 mAh– varēs uzlādēt ierīces kondensatorus vairāk nekā 6 startus pēc kārtas. Akumulators nav iesaistīts palaišanā un ir paredzēts tikai kondensatoru uzlādēšanai. Šeit slēpjas muša: jebkurš akumulators baidās no dziļas izlādes. Ja akumulators ilgu laiku tiek atstāts bez uzlādes - akumulators, agrāk vai vēlāk, neizdosies. Pašizlāde, kas vienā vai otrā pakāpē ir raksturīga jebkuram akumulatoram, pabeigs izlādētu akumulatoru. Mēs jums atgādinām ka ir jāveic neizmantota litija akumulatora apkopes uzlāde Reizi sešos mēnešos.

Augsta un zema uzglabāšanas temperatūra paātrina pašizlādes un noārdīšanās procesus akumulators. Ražotāja ieteiktā iebūvētā akumulatora uzglabāšanas temperatūra ir no 0 uz + 25 C. Tomēr, pat ja ierīces standarta akumulators sabojājas, ATOM 1750 kondensatori - darbina no izlādētas automašīnas akumulators viņi joprojām varēs iedarbināt automašīnas dzinēju.

Plus numur četri. Iespēja uzlādēt ierīces jonistorus no izlādēta akumulators automašīnas. Lai iedarbinātu dzinēju, vienkārši savienojiet ierīces krokodilus ar spailēm " noguris» akumulators un jau pēc tam 45-60 sek. – automašīna būs gatava iedarbināšanai.

Sīkāka informācija par ATOM 1750 funkcijām:

Ierīce ir profesionāls starteris. Atšķirībā no Li-Po analogiem dzinējs tiek iedarbināts nevis izmantojot akumulatorā uzkrāto enerģiju, bet gan jaudīgus ultrakondensatorus. Palaišanas iekārtai ir pietiekami daudz jaudas, lai palaistu benzīns dzinēji līdz 5l un darbam ar dīzeļdegviela motori līdz 2l.

SPĒKS

Piecu jonistoru komplekts ar ietilpību 350 F katrs, rada ieslēgšanas strāvas līdz 350A, kas norāda uz plašu šīs ierīces lietojumu klāstu.

ATOM 1750 lielo palaišanas strāvu atbalsta stabils spriegums, ko rada kondensatori. Ierīce nodrošina deklarēto strāvu 3 sekundes, kas ir viens no svarīgākajiem nosacījumiem dzinēja iedarbināšanai.

MOBILITĀTE

Palaišanas iekārta sver 1,3 kg. Salīdzinājumam, svina-skābes pastiprinātājs ar līdzīgām iespējām sver vairāk nekā 6 kg (BRAUC 900), un izmēru atšķirība ir vēl iespaidīgāka.

Uz ATOM 1750 sānu virsmām ir:

Priekšējā panelī ir:

Displejs (1) darbības parametru parādīšanai, poga “Boost” (2) jonistoru uzlādēšanai no iebūvētā akumulatora, pogas lukturīša ieslēgšanai un ierīces barošanai (3).

AIZSARDZĪBA

Ierīcē izmantotie strāvas kabeļi ir vara vadišķērsgriezums 6 mm2, garš 300 mm.

Inteliģentais bloks ne tikai aizsargā palaišanas ierīci no polaritātes maiņas, īssavienojums un ģeneratora apgrieztās strāvas, bet arī ļauj dažu minūšu laikā diagnosticēt automašīnas akumulatoru un parādīt displejā testa rezultātus.

ATOM 1750 - paziņos īpašniekam, ka automašīnas akumulators ir jāuzlādē vai ir pienācis laiks nomainīt akumulatoru pret jaunu.

Ja, pievienojot automašīnas akumulatoru, ekrānā tiek parādīts ziņojums DžUMP START READY– ķēde darbojas normāli. Jūs varat sākt iedarbināt dzinēju.

Uzraksts " ATRĒJĀ» ziņo par nepareizu krokodilu savienojumu. Jums jāpārbauda polaritāte - sarkanā skava jāpievieno akumulatora pozitīvā spailei, melna - negatīvajai spailei.

LĀDĒTĀJS

Lūdzu, ņemiet vērā, veidojot savienojumu ATOM uz strāvas avotu, vispirms tiek uzlādēti ultrakondensatori, pēc tam sāk uzlādēt ierīces iebūvēto akumulatoru.

Iedomāsimies situāciju, kad tuvumā neviena nav un automašīnas standarta akumulators nevar iedarbināt dzinēju.

Pirmkārt veids, kā sākt lietot mašīnu ATOMS 175– sastāv no lādēšanas kondensatoriem tieši no izlādēta automašīnas akumulatora spailēm. Pēc ierīces pievienošanas pagaidiet, līdz tiek parādīts ziņojums LĒCIENAS STARTS GATAVS un iedarbiniet dzinēju, nenoņemot krokodila spailes no spailēm. Kondensatoru uzlādes laiks ir atkarīgs no akumulatora izlādes līmeņa un svārstās no 45 sekundēm līdz 2,5 minūtēm.

Otrkārt uzlādes metode ir caur cigarešu aizdedzinātāja ligzdu. Atom 1750 var savienot ar borta tīklu, izmantojot īpašu komplektā iekļauto adapteri. Uzlādes laiks ir apmēram 2 minūtes.

Trešais Enerģijas avots ir ierīces iebūvētais akumulators. Pēc pogas nospiešanas Pastiprināt– ierīce izmanto litija akumulatorā uzkrāto enerģiju. Uzlādes laiks - 2-3 min.

Nu pēdējais variants uzlāde, ja pie rokas nav citu avotu, būs jāmeklē kontaktligzda. Izmantojot barošanas avotu no mobilās elektronikas ( 5V, 2A) – kondensatorus var uzlādēt arī no tīkla.

Vēl viens svarīgs punkts. Jūs varat uzlādēt Atom 1750 ne tikai no sava izlādēta akumulators, bet arī no IKVIENS donoru auto (lielie un mazie auto - skate). Atšķirībā no “iedegšanas”, ATOM 1750 jonistoru uzlādes darbība ir absolūti droša un neprasa atbilstību nekādiem noteikumiem, izņemot savienojuma polaritāti.

AUTOMAŠĪNAS IEDARBINĀŠANA

Lai sāktu lietot Jump Starter, automašīnas īpašniekam ir jāpārliecinās, ka automašīnas aizdedze ir izslēgta. Pieslēdzot, jāievēro polaritāte: ierīces sarkanais kabelis ir savienots ar automašīnas akumulatora pozitīvo spaili, melnais kabelis ir pievienots negatīvajam spailei.

Kad savienojums ir izveidots, varat sākt iedarbināt dzinēju. Ja motors neieslēdzas 3 sekunžu laikā, atkārtoti uzlādējiet kondensatorus un mēģiniet vēlreiz.

Pēc dzinēja iedarbināšanas "krokodili" ir jānoņem no akumulatora spailēm.

ATOM 1750 tiek piegādāts kartona kastē.

Ierīces komplektācijā:

Vads ierīces uzlādēšanai no automašīnas cigarešu šķiltavas;

USB kabelis.

Atgādinām, ka viens no nosacījumiem ierīces ilgam kalpošanas laikam ir savlaicīga ierīces iebūvētā akumulatora uzlāde, tāpēc pēc katras palaišanas, izmantojot akumulatora enerģiju, ir jānosūta ATOM uzlādēšanai. Ilgstošai uzglabāšanai iesakām uzlādēt ierīci līdz līmenim 80-90% reizi katrā 6 mēnešus. Ierīce jāuzglabā temperatūrā virs nulles.

Sergejs Asmakovs

Pēdējos gados esam pieraduši pie digitālo tehnoloģiju straujajiem attīstības tempiem. Bet, ja dažas komponentu kategorijas (piemēram, mikroprocesori vai atmiņas moduļi) patiešām tiek uzlabotas patiesi kosmiskā ātrumā, tad vairākās citās jomās progress nav tik manāms. Pēdējie ietver uzlādējamus barošanas avotus. Un tas, protams, rada noteiktas problēmas, jo šo komponentu īpašības ir atkarīgas no svarīgi parametri, piemēram, ilgums akumulatora darbības laiks, maksas atgūšanas laiks, kā arī gala produkta izmērs un svars.

Strāvas avota izvēles smalkumi

Šobrīd pārnēsājamā elektroniskās ierīces tiek izmantoti vairāki barošanas avoti dažādi veidi. Šī daudzveidība nav izstrādātāju kaprīze, bet tai ir pilnīgi loģisks izskaidrojums. Piemēram, mobilajām ierīcēm, piemēram, viedtālruņiem, planšetdatoriem vai klēpjdatoriem, prioritāte ir īpatnējai enerģijas intensitātei (tas ir, uzkrātās elektroenerģijas daudzumam uz akumulatora tilpuma vienību). Jo augstāks šis indikators, jo lielāka būs akumulatora jauda ar tādiem pašiem fiziskajiem izmēriem. Tādējādi, uzstādot akumulatoru ar lielāku īpatnējo enerģijas ietilpību, tiks pagarināts mobilās ierīces akumulatora darbības laiks, nepalielinot tās izmēru – kas ir ārkārtīgi svarīgi, ņemot vērā pašreizējo modi sīkrīkiem īpaši plānos korpusos. Tāpēc iekšā mūsdienu viedtālruņi un planšetdatoros izmanto litija jonu un litija polimēru baterijas, kuras šobrīd ir līderi maza izmēra uzlādējamo barošanas bloku kategorijā pēc īpatnējās enerģijas intensitātes.

Taču, izstrādājot bezvadu perifērijas ierīces, prioritātes būs pavisam citas. Tā kā bezvadu peļu un tastatūru enerģijas patēriņa līmenis ir mazs, salīdzinot ar tiem pašiem viedtālruņiem, šajā gadījumā nav steidzami jāizmanto barošanas bloki ar rekordlielu enerģijas patēriņu. Turklāt nav stingri ierobežojumi attiecībā uz svaru un izmēriem. Tādējādi daudzos gadījumos izstrādātāji izdara izvēli par labu varbūt ne kompaktākajam, bet vismaz vieglākam un/vai lētākam barošanas avotam.

Tā nav nejaušība, ka pēdējos daudzos gados ir vērojama stabila tendence palielināt bezvadu perifērijas ierīču īpatsvaru, kuras darbina standarta AA vai AAA baterijas. Acīmredzamākās priekšrocības šo lēmumu ir pieejamība un maksimāla lietošanas vienkāršība. Standarta baterijas var iegādāties gandrīz jebkurā veikalā. Turklāt, ja akumulators ir pilnībā izlādējies, pietiek ar to nomainīt pret jaunu, un jūs varat nekavējoties turpināt darbu. Nav nepieciešami papildu kabeļi, lādētāji utt. Kā saka, lēti un jautri.

No šīm perspektīvām uzlādējamo bateriju izmantošana bezvadu perifērijas ierīcēs šķiet mazāk ērta. Uzlāde prasa noteiktu laiku (parasti 2–3 stundas), un ne visi modeļi ir paredzēti, lai turpinātu darbu, kamēr ir izveidots savienojums. ārējais avots uzturs. Tā rezultātā lietotājam ir jāseko līdzi uzlādes līmeņa indikatoram bezvadu pele vai arī tastatūra neizslēdzās visnepiemērotākajā brīdī.

Vēl viens faktors, kas ir paātrinājis bezvadu perifērijas ierīču ražotāju pāreju uz akumulatora enerģiju, ir ievērojams progress enerģijas patēriņa samazināšanā. elektroniskās sastāvdaļas, ko izstrādātājiem ir izdevies sasniegt pēdējos gados. Mūsdienu modeļi bezvadu peles un tastatūras var darboties ar vienu bateriju komplektu vismaz vairākas nedēļas un pat mēnešus. Tādējādi mainiet baterijas pat tad, kad aktīva lietošana notiek reti.

Protams, arī cenai ir nozīme. Ļoti dārgu litija jonu un litija polimēru akumulatoru uzstādīšana neizbēgami palielina ierīces izmaksas. Un tas ir ārkārtīgi svarīgi, ja mēs runājam par modeļiem, kas maksā apmēram 20-30 dolārus. Turklāt minēto veidu akumulatoriem ir ierobežots resurss - parasti no 500 līdz 1000 uzlādes-izlādes cikliem. Tādējādi, intensīvi lietojot, tieši akumulatora darbības laiks kļūst par kritisko faktoru, kas ierobežo ierīces dzīves ciklu.

Tātad akumulatori ir lēti, pieejami un ērti. Kas nav ideāls variants bezvadu tastatūra vai pelēm? Tomēr neaizmirsīsim, ka akumulatoriem ir arī savi trūkumi: tie manāmi padara ierīci smagāku (kas var būt kritiski, ja runājam par bezvadu peli) un turklāt, lai arī tās ir reti sastopamas, tās ik pa laikam ir jāmaina. . Ko izstrādātāji var piedāvāt kā alternatīvu?

Vēl nav aizmirsts vecais

Viena no daudzsološākajām iespējām ir superkondensatori vai, kā tos pareizāk dēvē, jonistori (angļu valodas autori šo elementu apzīmēšanai bieži izmanto saīsinājumu EDLC, kas apzīmē elektrisko divslāņu kondensatoru). Pirmie superkondensatoru paraugi tika izveidoti pirms vairāk nekā 50 gadiem. Pašlaik tos izmanto vairākās elektriskās ierīcēs (jo īpaši lukturīšos, kabatas lukturīšos utt.) kā galvenos un rezerves barošanas avotus. Turklāt superkondensatori savu īpašību dēļ ir ideāla enerģijas uzkrāšanas ierīce kinētiskās enerģijas reģenerācijas sistēmām, kas aprīkotas ar daudzām šobrīd ražotajām transportlīdzekļiem ar elektriskajām un hibrīdelektrostacijām.

Superkondensatoru svarīgākās priekšrocības salīdzinājumā ar litija jonu un litija polimēru akumulatoriem ir liels uzlādes ātrums, efektivitāte un milzīgs resurss.

Superkondensatorus var uzglabāt liels skaits enerģiju uz īsu laika periodu, kas ļauj samazināt uzlādes laiku līdz minimumam. Turklāt jonistoriem ir raksturīga augsta efektivitāte. Ja mūsdienu litija jonu akumulatori spēj piegādāt tikai aptuveni 60% no to uzlādēšanai patērētās elektroenerģijas, tad superkondensatoriem šis rādītājs pārsniedz 90%.

Vēl viena svarīga priekšrocība ir milzīgais resurss. Litija jonu un litija polimēru akumulatoriem ievērojama degradācija (kapacitātes samazināšanās attiecībā pret sākotnējo vērtību) tiek novērota pēc vairākiem simtiem uzlādes-izlādes cikliem. Un superkondensatori var izturēt apmēram vairākus desmitus tūkstošus ciklu bez ievērojamas degradācijas.

Citas priekšrocības ir zems īpatnējais svars un videi draudzīgums. Materiālu, no kuriem izgatavoti jonistori, zemās toksicitātes dēļ tos ir daudz vieglāk un drošāk atbrīvoties nekā litija, niķeļa-kadmija, niķeļa-metāla hidrīda un svina-skābes akumulatorus.

Varbūt šeit lasītājiem radīsies pilnīgi loģisks jautājums: ja šādi brīnišķīgi barošanas avoti ir zināmi vairāk nekā pusgadsimtu, tad kāpēc tie vēl nav kļuvuši plaši izplatīti digitālajās ierīcēs? Fakts ir tāds, ka papildus iepriekš uzskaitītajām priekšrocībām superkondensatoriem ir arī savi trūkumi. Nozīmīgākie no tiem ir diezgan zema īpatnējā enerģijas intensitāte, nelineāra izlādes līkne un augsta pašizlādes strāva.

Mūsdienu superkondensatoros uzkrātās enerģijas īpatnējais blīvums svārstās no 7 līdz 9 Wh uz litru tilpuma. Salīdzinājumam: šobrīd ražots litija jonu akumulatorišis rādītājs svārstās no 250 līdz 400 Wh uz litru.

Lielās pašizlādes strāvas dēļ jonistori nav piemēroti ilgstošai elektroenerģijas uzglabāšanai. Turklāt superkondensatoru izlādes līkne ir nelineāra: izejas spriegums ir atkarīgs no atlikušā lādiņa.

Iepriekš minēto iemeslu dēļ šobrīd ražotie jonistori nav piemēroti lietošanai mobilajām ierīcēm, kur galvenā nozīme ir akumulatora izmēra un enerģijas ietilpības attiecībai. Tomēr bezvadu perifērijas ierīcēm superkondensatori ir ļoti interesanta alternatīva vienreiz lietojamām baterijām.

Šajā gadījumā noderēs tādas jonistoru īpašības kā liels uzlādes ātrums un augsta efektivitāte. Bezvadu peles vai tastatūras īpašniekam nav jāgaida 2-3 stundas, kā tas ir ierīcēm ar litija akumulatoriem: uzlādes atjaunošanai pietiek ar dažām minūtēm. Šajā laikā var uzkrāt tādu enerģijas krājumu, kas pietiks vairākām aktīva darba stundām, bet ar ne pārāk intensīvu lietošanu – pat visai dienai. Piemēram, ar iebūvētu superkondensatoru aprīkotas bezvadu peles pilns uzlādes cikls Ģeniāls DX-ECO, kas mums ir, ir tikai 5 minūtes, un šajā laikā uzkrātā elektrība ir pietiekama 4 stundu darbībai.

Protams, bezvadu ierīce, kas aprīkota ar jonistoru, būs jāuzlādē katru dienu (un varbūt pat biežāk). Taču, kā jau minēts, šī procedūra prasīs vien dažas minūtes – tieši tik daudz laika, lai izdzertu tasi kafijas vai vienkārši nedaudz paņemtu pauzi no datora. Un tā kā superkondensatoriem ir milzīgs resurss, pat ar vairākām ikdienas uzlādēm, ierīces kalpošanas laiks būs vismaz desmit gadi.

Būtiska superkondensatoru priekšrocība salīdzinājumā ar litija akumulatoriem un parastajiem akumulatoriem ir to ievērojami vieglāks svars. Tas nozīmē, ka tā pati bezvadu pele, kas aprīkota ar jonistoru, būs tikai nedaudz smagāka par tās vadu līdzinieku.

Izredzes

Tātad, superkondensatoriem ir liels ātrums uzlāde un energoefektivitāte, kā arī milzīgs resurss. Materiālu zemās toksicitātes dēļ tos ir daudz vieglāk un lētāk pārstrādāt nekā litija baterijas. Šī īpašību kombinācija padara superkondensatorus par ļoti daudzsološu iespēju izmantot kā uzlādējamus pašbarošanas avotus bezvadu perifērijas ierīcēm. Runājot par nepieciešamību bieži pievienot kabeli uzlādēšanai, šo problēmu var viegli atrisināt, izmantojot bezvadu lādētāju - jo īpaši tāpēc, ka šādi risinājumi tagad sāk parādīties masu tirgū.

Pateicoties jaunu materiālu ieviešanai, nākotnē būs iespējams izveidot superkondensatorus ar daudz lielāku (salīdzinot ar šobrīd ražoto) īpatnējo enerģijas blīvumu. Eksperti liek lielas cerības uz grafēna superkondensatoru izstrādi. Šī novatoriskā materiāla izmantošana ļaus tuvākajā nākotnē izveidot paraugus ar īpatnējo enerģijas blīvumu aptuveni 60 Wh uz litru. Protams, tas ir ievērojami mazāk, salīdzinot ar mūsdienu litija jonu un litija polimēru akumulatoriem, taču tas jau ir diezgan salīdzināms ar svina-skābes akumulatoru īpašībām. Un nav šaubu, ka izvietošanu sērijveida ražošana grafēna superkondensatori ievērojami paplašinās šo enerģijas avotu pielietojuma jomu. Tos var aprīkot ne tikai ar bezvadu rādītājiem un tastatūrām, bet arī ar pārnēsājamām. skaļruņu sistēmas, kā arī mazjaudas nepārtrauktās barošanas avoti.

Mūsdienās akumulatoru tehnoloģija ir ievērojami attīstījusies un kļuvusi daudz progresīvāka salīdzinājumā ar pēdējo desmit gadu. Tomēr pagaidām uzlādējamās baterijas paliek izejmateriāli, jo tām ir īss kalpošanas laiks.

Ideja par kondensatora izmantošanu enerģijas uzkrāšanai nav jauna, un pirmie eksperimenti tika veikti ar elektrolītiskajiem kondensatoriem. Elektrolītisko kondensatoru kapacitāte var būt ievērojama - simtiem tūkstošu mikrofaradu, bet tomēr ar to nepietiek, lai ilgstoši darbinātu pat nelielu slodzi, turklāt konstrukcijas īpatnību dēļ ir ievērojama noplūdes strāva.

Mūsdienu tehnoloģijas nestāv uz vietas, un tika izgudrots jonistors, tas ir kondensators ar īpaši lielu jaudu - no faradu vienībām līdz desmitiem tūkstošu faradu. Jonistori ar faradu vienību ietilpību tiek izmantoti portatīvajā elektronikā, lai nodrošinātu nepārtrauktu barošanu vājstrāvas ķēdēm, piemēram, mikrokontrolleram. Un jonistori ar desmitiem tūkstošu faradu ietilpību tiek izmantoti kopā ar akumulatoriem, lai darbinātu dažādus elektromotorus. Šajā kombinācijā jonistors ļauj samazināt slodzi uz akumulatoriem, kas ievērojami palielina to akumulatora darbības laiku un vienlaikus palielina palaišanas strāvu, ko spēj nodrošināt hibrīddzinēja jaudas sistēma.

Bija nepieciešams darbināt temperatūras sensoru tā, lai tajā nemainītu akumulatoru. Sensoru darbina AA baterija, un tas ir ieslēgts, lai nosūtītu datus uz meteoroloģisko staciju reizi 40 sekundēs. Nosūtīšanas laikā sensors patērē vidēji 6 mA 2 sekundes.

Radās doma izmantot saules bateriju un jonistoru. Pamatojoties uz identificētajiem sensora patēriņa raksturlielumiem, tika ņemti šādi elementi:
1. Saules baterija 5 volti un strāva aptuveni 50 mA (padomju laikā ražota saules baterija aptuveni 15 gadus veca)
2. Ionistors: Panasonic 5,5 volti un 1 farads.
3. Jonistori 2 gab.: DMF 5,5 volti un kopējā jauda 1 farads.
4. Šotkija diode ar tiešā sprieguma kritumu pie mazas strāvas 0,3 V.
Šotkija diode ir nepieciešama, lai novērstu kapacitātes izlādi caur saules bateriju.
Jonistori ir savienoti paralēli, un kopējā kapacitāte ir 2 faradi.

1. fotoattēls.

Eksperiments Nr.1– Savienots mikrokontrolleris ar vienkrāsainu LCD displeju un kopējo strāvas patēriņu 500 µA. Lai gan mikrokontrolleris ar displeju darbojās, pamanīju, ka vecās saules baterijas ir ārkārtīgi neefektīvas, uzlādes strāva ēnā bija nepietiekama, lai vismaz kaut kādā mērā uzlādētu jonistorus, spriegums uz 5 voltu saules bateriju ēnā bija mazāks par 2 voltiem. (Kādu iemeslu dēļ fotoattēlā nav redzams mikrokontrolleris un displejs).

Eksperiments Nr.2
Lai palielinātu iespēju gūt panākumus, es radio tirgū iegādājos jaunas saules baterijas ar nominālvērtību 2 V, strāvu 40 mA un 100 mA, ražotas Ķīnā un pildītas ar optiskajiem sveķiem. Salīdzinājumam šie akumulatori ēnā jau radīja 1,8 voltus, kamēr lādēšanas strāva nebija liela, bet lādēšanas jonistors tomēr bija manāmi labāks.
Pielodējis konstrukciju ar jaunu akumulatoru, Šotkija diodi un kondensatoriem, noliku uz palodzes, lai kondensators uzlādējas.
Neskatoties uz to, ka saules gaisma tieši uz akumulatoru netrāpīja, pēc 10 minūtēm kondensators tika uzlādēts līdz 1,95 V. Paņēmu temperatūras sensoru, izņēmu no tā akumulatoru un savienoju jonistoru ar saules bateriju ar akumulatora nodalījuma kontaktiem.

2. fotoattēls.

Temperatūras sensors nekavējoties sāka darboties un pārraidīja telpas temperatūru meteoroloģiskajai stacijai. Pēc tam, kad pārliecinājos, ka sensors darbojas, pievienoju tam kondensatoru ar saules bateriju un piekāru to vietā.
Kas notika tālāk?
Sensors darbojās pareizi visu diennakts gaišo laiku, taču, iestājoties tumsai, pēc stundas sensors pārtrauca datu pārraidi. Acīmredzot ar uzkrāto lādiņu nepietika pat sensora darbības stundai, un tad kļuva skaidrs, kāpēc...

Eksperiments Nr.3
Es nolēmu nedaudz pārveidot konstrukciju, lai jonistors (atdodu atpakaļ 2 farad jonistoru komplektu) būtu pilnībā uzlādēts. Es saliku akumulatoru no trim elementiem, tas izrādījās 6 volti un strāva 40 mA (pilnā saules gaismā). Šis akumulators ēnā jau nodrošināja līdz 3,7 V līdzšinējo 1,8 V vietā (foto 1) un uzlādes strāvu līdz 2 mA. Attiecīgi jonistors lādējās līdz 3,7 V, un tajā jau bija ievērojami vairāk uzkrātās enerģijas, salīdzinot ar 2. eksperimentu.

3. fotoattēls.

Viss jau būtu labi, bet tagad mums ir izeja līdz 5,5 V, un sensors tiek barots ar 1,5 V. Nepieciešams DC/DC pārveidotājs, kas savukārt rada papildu zudumus. Man pieejamais pārveidotājs patērēja aptuveni 30 µA un pie izejas deva 4,2 V Pagaidām man nav izdevies atrast nepieciešamo pārveidotāju, lai darbinātu temperatūras sensoru no modernizētās konstrukcijas. (Jums būs jāizvēlas pārveidotājs un jāatkārto eksperiments).

Par enerģijas zudumu:
Iepriekš tika minēts, ka jonistoriem ir pašizlādes strāva, šajā gadījumā 2 faradu komplektam tā bija 50 µA, kā arī šeit tiek pievienoti zaudējumi līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājā aptuveni 4% (deklarētā efektivitāte 96%) un tā tukšgaitas ātrums ir 30 µA. Ja neņemam vērā konversijas zudumus, mums jau ir aptuveni 80 μA patēriņš.
Īpaša uzmanība jāpievērš enerģijas taupīšanai, jo eksperimentāli ir noskaidrots, ka jonistoram ar 2 faradu ietilpību, kas uzlādēts līdz 5,5 V un izlādēts līdz 2,5 V, tā teikt, “akumulatora” jauda ir 1 mA. Citiem vārdiem sakot, stundu patērējot 1 mA no jonistoru, mēs to izlādēsim no 5,5 V līdz 2,5 V.

Par uzlādes ātrumu tiešos saules staros:
Jo lielāka strāva tiek saņemta no saules baterijas, jo labāk akumulatoru apgaismo tiešie saules stari. Attiecīgi jonistoru uzlādes ātrums ievērojami palielinās.

4. fotoattēls.

No multimetra rādījumiem var redzēt (0,192 V, sākotnējie rādījumi), pēc 2 minūtēm kondensators tika uzlādēts līdz 1,161 V, pēc 5 minūtēm līdz 3,132 V un vēl pēc 10 minūtēm 5,029 V. 17 minūšu laikā jonistors tika uzlādēts līdz 90% . Jāpiebilst, ka saules baterijas apgaismojums visu laiku bija nevienmērīgs un notika caur dubultā loga stiklu un akumulatora aizsargplēvi.

Tehniskais ziņojums eksperimentam Nr. 3
Izkārtojuma tehniskie parametri:
- Saules baterija 12 elementi, 6 V, strāva 40 mA (ar pilnu saules iedarbību), (mākoņaina laika ēnā 3,7 V un strāva 1 mA ar jonistoru slodzi).
- Jonistori ir savienoti paralēli, kopējā jauda ir 2 Farads, pieļaujamais spriegums 5,5 V, pašizlādes strāva 50 μA;
- Šotkija diode ar tiešā sprieguma kritumu 0,3 V, ko izmanto, lai atvienotu saules baterijas un jonistoru barošanas avotu.
- Izkārtojuma izmēri 55 x 85 mm (VISA plastikāta karte).
No šī izkārtojuma mums izdevās iegūt:
Mikrokontrolleris ar LCD displeju (strāvas patēriņš 500 µA pie 5,5 V, darbības laiks bez saules baterijas, aptuveni 1,8 stundas);
Temperatūras sensors, dienasgaismas stundas ar saules bateriju, patēriņš 6 mA uz 2 sekundēm ik pēc 40 sekundēm;
Gaismas diode spīdēja 60 sekundes ar vidējo strāvu 60 mA bez saules baterijas;
Izmēģinājām arī līdzstrāvas/līdzstrāvas sprieguma pārveidotāju (stabilai barošanai), ar kuru 60 sekunžu laikā izdevās dabūt 60 mA un 4 V (uzlādējot jonistoru līdz 5,5 V, bez saules baterijas).
Iegūtie dati liecina, ka šīs konstrukcijas jonistoru aptuvenā jauda ir 1 mA (bez uzlādes no saules baterijas ar izlādi līdz 2,5 V).

Secinājumi:
Šis dizains ļauj uzglabāt enerģiju kondensatoros nepārtrauktai mikropatēriņa ierīču barošanai. Uzkrātajai jaudai 1 mA uz 2 kondensatora kapacitātes faradiem vajadzētu būt pietiekamai, lai nodrošinātu mazjaudas mikroprocesora darbību tumsā 10 stundas. Šajā gadījumā kopējie strāvas zudumi un slodzes patēriņš nedrīkst pārsniegt 100 μA. Dienas laikā jonistors tiek uzlādēts no saules baterijas pat ēnā un spēj nodrošināt slodzi impulsa režīmā ar strāvu līdz 100 mA.

Mēs atbildam uz jautājumu raksta nosaukumā - Vai jonistors var aizstāt akumulatoru?
– var aizstāt, bet pagaidām ar būtiskiem strāvas patēriņa un slodzes darbības režīma ierobežojumiem.

Trūkumi:

• zema enerģijas uzglabāšanas jauda (apmēram 1 mA uz katriem 2 faradiem jonistoru kapacitātes)
• ievērojama kondensatoru pašizlādes strāva (paredzamie zudumi 20% jaudas dienā)
• Konstrukcijas izmērus nosaka saules baterija un jonitoru kopējā jauda.

Priekšrocības:

• valkājamu ķīmisko elementu (bateriju) trūkums
• darba temperatūras diapazons no -40 līdz +60 grādiem pēc Celsija
• dizaina vienkāršība
• nav augstas izmaksas

Pēc visiem veiktajiem eksperimentiem radās ideja modernizēt dizainu šādi:

5. fotoattēls.

Plātnes vienā pusē ir saules baterija, otrā pusē ir jonistoru komplekts un DC\DC pārveidotājs.

Specifikācijas:

• Saules baterija 12 elementi, 6 V, strāva 60 mA (ar pilnu saules iedarbību);
• Jonistoru kopējā jauda 4; 6 vai 16 Farads, pieļaujamais spriegums 5,5 V, kopējā pašizlādes strāva attiecīgi 120\140\(vēl nav zināms) µA;
• Divkāršā Šotkija diode ar tiešā sprieguma kritumu 0,15 V tiek izmantota, lai atvienotu saules baterijas un jonistoru barošanas avotu;
• Izkārtojuma izmēri: 55 x 85 mm (VISA plastikāta karte);
• Paredzamā jauda bez uzlādēšanas no saules paneļiem, uzstādot kondensatorus 4; 6 vai 16 Farads ir aptuveni 2\3\8 mA.

P.S. Ja aprēķinos pamanāt drukas kļūdu, kļūdu vai neprecizitāti, rakstiet mums personīgi un mēs ātri visu izlabosim.

Turpinājums…