История одной карьеры

ТЕХНИКА

СУПЕРКОНДЕНСАТОРЫ

ИСТОРИЯ ОДНОЙ КАРЬЕРЫ

АЛЕКСЕЙ ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ, МИХАИЛ КОЛОДОЧКИН

Его карьера начиналась головокружительно – как у школьника, которого из восьмого класса сразу приняли в МГУ, где он через пару лет защитил диссертацию. Но потом вдруг что-то заклинило…

АВАНСЫ

Те, кто помнит эпоху дефицита, до сих пор уважительно относятся к аккумулятору. Его по определению нельзя было пойти и просто купить – прежде сдай по месту прописки старый! Поэтому, когда очередной номер популярного журнала для изобретателей вышел с громким слоганом «Следующий шаг – снимаем аккумулятор!», нашего человека прорвало – Господи, ты услышал!

Идея была проста: мол, аккумуляторы – тяжелые, экологически вредные, всего на свете боятся, живут недолго… То ли дело конденсатор: практически вечный, всепогодный, с ма-а-аленьким внутренним сопротивлением – любой ток запросто выдаст, хоть в три смены. Значит, стоит запихнуть его под капот и подключить параллельно батарее, как у тебя на глазах произойдет чудо. Ведь даже «убитый» аккумулятор сумеет потихоньку зарядить новичка до приличного напряжения – это тебе не стартер крутить! А с поворотом ключа зажигания накопленные в конденсаторе джоули энергии начинают резво крутить стартер бешеным током, которого тот сроду не видел. Если сразу не получилось – подожди еще минутку: следующая попытка будет такой же энергичной… Поэтому вместо штатного аккумулятора достаточно будет его уменьшенного собрата (питать приемничек на стоянке…), а пусковыми вопросами займется конденсатор.

Работоспособность идеи была очевидной. Если из краника течет тоненькая струйка воды, то пожар ты ей не потушишь, но если подставить ведро и немножко подождать, то можно организовать мини-водопад… А когда на ВДНХ появился стенд, где двигатель легковушки пускался с помощью батарейки «Крона», заряжающей через всякие там преобразователи емкостный блок, то народ поголовно взялся за паяльники. Скептиков с логарифмическими линейками – мол, посчитайте сначала! – игнорировали. Вскоре выяснилось – зря…

Дело в том, что в те времена самый-самый дефицитный конденсатор имел емкость примерно в одну фараду – 1 Ф. Серийные же изделия уступали по номиналу раз эдак в сто… А для наших целей требовалось фарад пятьсот, а лучше – тысяча (1000 Ф)! Конечно, умельцы тут же вспомнили, что энергия конденсатора пропорциональна квадрату напряжения: можно «повысить вольты» и – в буквальном смысле – выкрутиться. Но охотников переводить «жигуля» с 12 вольт на 300–400 не нашлось: переходить на самодельный стартер – нет, увольте…

РЕАБИЛИТАЦИЯ

А где же оборонные технологии, на которые мы так любим ссылаться? Представьте себе, поискали – и нашли!

Первые суперконденсаторы («суперкапы») изначально разрабатывали совсем для других целей: в одной жутко секретной установке понадобилось создать мощный искровой разряд… И обеспечили всем миром – себестоимостью тогда пренебрегали. Но потом перестройка расставила свои акценты – на выставках стабильно стали появляться похожие изделия из Троицка и Москвы, Курска и Пскова… Более того – «суперкапами» всерьез заинтересовалась армия! Однако же именно на этом этапе их карьера вновь дала трещину. Сначала выяснилось, что уменьшать емкость штатного аккумулятора никак нельзя! Современный автомобиль пожирает такое количество ампер, что на холостых оборотах ни один генератор уже не прокормит его в одиночку. Подъехали к светофору или, того хуже, попали в пробку – имейте в виду: фары, «музыка», кондиционер сосут энергию именно из батареи. От конденсатора при этом проку нет – здесь нужна не вспышка энтузиазма, а тяжелая кропотливая работа… Вот и получается, что при прочих равных аккумулятор с большой емкостью гораздо предпочтительнее – в той же пробке он протянет дольше без подзарядки.

Второй сломанной ступенькой на карьерной лестнице до сих пор остается цена. Себестоимость каждого кило-джоуля энергии, содержащегося в «суперкапе» от московской фирмы «ТехноКор» такова, что итоговая цена в пересчете на потребности «Урала-375» или КамАЗа переваливает за 500 долларов. Изделия из Троицка более совершенные, но гораздо дороже! Гм-м…

Надежды на «всепогодность» конденсаторов также рухнули – холод и они недолюбливают. Кроме того, иногда их соседство может ускорить кончину батареи – вместо того чтобы вовремя подзарядить ее, счастливый владелец радостно будет выкачивать последние кулоны… Кончится это тем, что на морозе батарея просто замерзнет и треснет. А если вспомнить, что для нормальных автомобилей проблема пуска сегодня в общем-то потеряла актуальность, то на блистательной некогда карьере впору ставить жирный крест…

РЕАЛЬНОСТЬ

Но не так все грустно. Если армия окончательно скажет «да!», шансы на массовое выживание у «суперкапов» есть. Сейчас в частях проверяют пригодность конденсаторов в «масштабах контрольной эксплуатации» – «суперкапы» ездят на КамАЗах и УАЗах, ЗИЛах и «уралах», на бэтээрах и разной бронетехнике. Любопытно, что проверяется не столько электрика, сколько механика – как крепить, куда и все такое. Ведь по делу, как ни крути, польза от них есть – желающим предлагаем рассмотреть рис. 1. Упрощенная схема «суперкапа» приведена на рис. 2.

Предвидя вопросы владельцев легковушек – дескать, а нам-то будет прок? – отвечаем твердо: «Да!» Самым наглядным пособием по демонстрации конденсаторных талантов служит… тележка с «суперкапами» – в армии их уже используют. Подвозите ее к автомобилю с «мертвым» аккумулятором, подключаетесь к клеммам и ждете минуту-другую. Все – можно пускать! Не надо ни аккумуляторов, ни трансформаторов, ни розетки в 220 вольт… Только будьте осторожны, подключая разряженный конденсатор к батарее – лучше это делать, скажем, через лампочку. Искра проскочит такая, что возможны неприятности…

Между прочим, во все времена многие российские карьеры успешно продолжались за границей… Известно, что российские «суперкапы» уже поставляются в Германию и в Канаду – тамошние дальнобойщики, заинтересованные в надежном пуске моторов, проявили повышенный интерес. Подобные изделия, конечно же, производят и за рубежом, однако используют их по-другому. Все большую популярность там приобретают гибридные автомобили и находящиеся в опытной эксплуатации водородомобили с топливными элементами. В первом случае надо оперативно запасать где-то энергию, которую дает мотор-генератор при торможении двигателем. Токи здесь достигают весьма значительной величины (особенно если тормозят резко) – аккумулятор не потянет. А если и потянет, то его пластины скоро начнут осыпаться. С другой стороны, при резком разгоне тот же мотор-генератор требует накопленную энергию обратно и всю сразу. Тогда он способен существенно улучшить динамику разгона, пособляя бензиновому коллеге. А в режиме «стоп энд гоу» в городских пробках гибрид и вовсе превращается в электромобиль, у которого циклы заряд-разряд повторяются несчетное количество раз. Именно поэтому специалисты фирмы «Сименс VDO», например, видят для автомобильных «суперкапов» большие перспективы в ближайшие четыре-пять лет.

Один из конкретных примеров – гибридный концепт на базе БМВ Х5, представленный в прошлом году. В нем электромотор, установленный между ДВС и коробкой передач, доводит суммарный крутящий момент «на низах» до… 1000 Н.м! Разгон – просто фантастика. Не случайно проект так и называется «Эффективная динамика». При этом в обычных режимах автомобиль на 15% экономичнее бензинового донора. Разумеется, не обошлось без суперконденсаторов – структурная схема «конденсаторной бээмвэшки» представлена на рис. 3. Что касается автомобилей на топливных элементах, то здесь проблема, решаемая с помощью «суперкапов», заключается в том, что бортовая мини-электростанция, имея достаточную мощность, не может отдавать в нагрузку значительные токи для резвого разгона. Тут-то и нужен конденсаторный буфер. Исследователи швейцарского института Пауля Шерера представили на всемирном форуме экологов в Иоганнесбурге водородомобиль, потребляющий на 40% меньше энергии по сравнению с бензиновым аналогом. Донором послужил «Фольксваген Бора», а накопителями энергии в нем стали суперконденсаторы. В пересчете на бензин концепт показал расход топлива в европейском смешанном цикле всего 5,2 л/100 км, тогда как у классической «Боры 1,6» он составляет 8,5 л. И это при том, что масса водородомобиля оказалась на 500 кг больше! Суперконденсаторы заметно улучшали динамику при разгонах и на подъемах. Аналогичные решения есть и в других водородомобилях, например «Хонде FCX-V3».

ПРОГНОЗЫ

Такая вот карьера… Затянувшаяся, неровная – и все же интересная. Рискнем предположить, что ее завершением будет все же не тандем «батарея-конденсатор», а некий гибрид из этих изделий – с абсорбированным электролитом, необслуживаемый, всепогодный и относительно недорогой. Возможно, им станет потомок современной «Оптимы»…