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看似玄学,其实科学---508车友车辆供电系统改良加装超级电容作业

1 122 发布于 2017-12-27 23:26:48 只看楼主修改帖子

............1楼为理论部分...........

<<<<<<前言
    为什么要写这个作业，其实很多车友都已经加装了，并且效果都不错，只是他们都懒得写作业出来，那么我正好准备装，就在这系统总结下并根据实操过程来写个作业存档，供广大车友参考学习。在此感谢桑塔纳猪头搞搞震等一帮大手子的帮助。
    借用“一只大猪头”兄弟说的我非常赞成的一段话：
    “现在的汽车，已经高度依赖电子设备，特别是动力总成。那么，其实机油什么的影响很小，性能差别已经不是太大了。但是优秀稳定的电力供应，程序编写，成了发挥动力总成最大效能的关键所在。
    从这个角度来看，对电力系统的改造能给车辆带来的效能变化是极大的。”
    当然大猪提出了2个步骤:
     1.对供电线路的改造：换线，接地线。
    (这里不做讨论，可以阅读猪头兄弟的帖子:改线：https://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-2299-56453368-1.html#pvareaid=104340   /接地线：https://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-2299-66769617-1.html#pvareaid=104340 还有桑塔纳指导老粽子兄弟的作业帖：https://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-2299-68004799-1.html#pvareaid=104340 另外还有华仔兄弟的作业贴https://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-2299-66011229-1.html#pvareaid=104340)
    2.对供电电源的改造：并联超级电容
   （此贴主要是超级电容的作业）

    此贴理论系统主要是查阅隔壁(xcar)论坛前辈老木及的帖子及其他网络文献搬运整理而来，如有侵权请指出，我将立即删除。
————分割线————

<<<<<<车辆的供电原理
    1、启动马达：
    接通电源，车载蓄电池输出12V直流，提供给汽油泵预启动装置、高扭矩直流串激式电动机，俗称启动马达，产生转矩，启动马达轴上的齿轮与发动机飞轮周缘的齿圈啮合时，带动飞轮和曲轴在外力作用下开始转动，同时电瓶提供电力通过点火线圈驱动火花塞放电，点燃混合气完成点火，发动机进入怠速运转。

    2、发电机：
    这个过程中，起始能源的提供者为车载蓄电池，当启动完成，进入怠速时，发动机运行后，带动发电机组开始工作，发电机的工作原理就是在跟随发动机曲轴转动时，把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，从电刷端引出直流电，汽车发电机输出的直流电，通过电压调节器接去车辆主保险盒，分供各路负载使用。

    3、汽车行驶时候的电力负载：
    汽车启动之后，进入行驶状态，到底有多少电力负载呢，这些负载依靠什么提供能源？看网络上不少网友认为车子行驶时候，是电瓶在起作用，这是不对的，冷车启动，才是靠电瓶，车子启动之后，整车的电力来源就是发电机了，发电机持续为电瓶充电，通过电瓶来进行供电。为什么？
    看下图：
    冷车未启动前，电瓶两端电压为12V多（左图），车子启动后，电瓶端电压提高到13V（右图）多，说明此时发电机正常工作，一方面为蓄电池充电，一方面给车子所有用电负载供电，因此车子正常行驶之后，蓄电池是处于被充电状态，不再对车辆用电负载起作用。发电机的能量来源于哪里？当然是汽油混合气爆炸产生的驱动曲轴转动的力量。理论上12V电瓶的电压能够达到14.7V。

左边汽车未启动，右图汽车启动。

<<<<<<发电机负载哪些设备?
    1.车辆点火线圈不断给火花塞供电点燃混合气的，消耗电力大户。
    2.全车的灯光、音响。
    3.给电瓶充电。
    4.汽车其他附属电力消耗设备，如天窗、电动加热椅、车载其他电子设备。
    5.自动波波箱电磁阀运行进行换挡的瞬间电力消耗。

发电机负载图示

<<<<<<汽车供电系统可能造成的问题
    1.怠速掉速，甚至红灯等待时候熄火。
    2.发动机声音变大。
    3.车身抖动。
    4.灯光变暗。
    5.变速箱工作不积极。
    6.多媒体系统音质变差。
    7.其他可能由电路系统引起的问题(如电子助力失效，ESP失效，ABS失效等)

    为什么会这样？

    简单分析，是发电机瞬时负载电流变化过大，造成发电机输出电流瞬间跌落，即使发电机上有电压调整器，也难以应付频繁变化的负载情况。当对发电机电流需求增大时，如果发电机的电流输出余量不足，就会出现影响发动机的工作的情况，甚至是恶性循环。老车尤其明显。

<<<<<<如何改善车子电力系统整体工况？
    1.减少电力损耗，当车辆使用一定年限之后，随着线路的老化，接头的氧化锈蚀，使电流在接触电阻处发热损失掉，无形中增加了发电机负荷。
    可以通过增加接地线，分别接往车体、发动机缸体、节气门等；增加发电机正极到电瓶正极电缆，减小传输电阻。这个大家可以看下大猪的帖子。

    2.增加电力补偿
    以目前的器件发展的水平，并联高容量，快速充放电特性的法拉电容是首选。这也是此贴作业的主要内容。

<<<<<<超级电容的运行原理
    先举个例子，车主们如果平时留意过洗车场的高压洗车机就知道了，一般的洗车机，都需要一个大的水桶做水流缓冲，以应付洗车机高压水泵对水流的瞬间需求能力，如果直接接自来水管，瞬间是出不来这么大的水流的，那么超级电容也就是类似的作用，只是水流变电流，车子发电机好比自来水龙头，超级电容的容量和输出电流的速度，能够满足汽车行驶中突发的电流需求，维持整体输出电流的平稳，削峰补谷，保证发电机负载的稳定。另外，音响器材里，大功率功放，也采用足够容量的电容，以提供音响大动态工作时候的电流补偿。

<<<<<<并联超级电容的好处
   首先在电瓶上并联超级电容后，汽车的供电系统由单一蓄电池储能变为混合储能，能够为汽车带来以下好处：

   1.最主要的是提高了CCA值，保护电瓶，特别是在冷启动时，打火顺畅，电瓶负载降低，延长电瓶的寿命，这是最主要的功效，毕竟1000多的启停电瓶寿命能够用的越久越好。
   2.电力输出稳定，有利于汽车电子配件的使用，简单地说，电压更稳，特别是音响效果有不少改善，变速箱反映更加积极。电压稳了会有什么好处，各位自己结合生活想想。
   3.对扭力的提升明显，主要是低扭矩，80码之前提速时感觉比较明显，发动机怠速会下降20-30转。市区开车爽。
   4.其他无关痛痒的好处。

   混合储能的具体实验效果可以看下图：

上图为实验室图，实验工况除无发电机外与汽车工况大同小异：我们将实验中蓄电池视为汽车冷启动时的电瓶和汽车运行中的发电机，当负载脉动功率发生时，与单独用电瓶供电相比，混合储能系统中电瓶输出的电流电压波动较小，其电流峰值约占负载电流峰值的21%,其余79%则由超级电容器组提供。当脉动功率结束后，电瓶继续输出电流，给超级电容充电。随着工作过程的进行，混合储能系统的能量不断减少，电瓶的输出电流逐渐增加，端电压也不断下降。由实验结果可知，在负载功率脉动时，能够大幅度减小电瓶的最大输出电流，减少内部消耗，延长工作时间。
简单地说，并联超级电容后，在汽车冷启动时，电瓶的负载变小，消耗变少，可有效延长电瓶的寿命，减少亏电等现象。在汽车运行时，超级电容又可实时最快补充到所需位置，保证电流的整体平稳。

<<<<<<超级电容的缺点
    1.不耐高温。需要做好隔热工作或选择合适安装位置。
    2.瞬时电流大，第一次空载充电时需要特别注意加负载，否则可能造成不可逆的伤害。

<<<<<<超级电容的安装示意图：

    这里推荐采用最简单的并联即可，文中按电气规范加了保险片。保险片的主要作用是防止误操作过电压，短路，毁坏蓄电池以及汽车电子设备，如果不加保险而又操作不当，那么超级电容瞬间的几百安电流可能熔化电瓶的极板。不过508这车有BPGA模块管理全车用电，就算出现意外也是BPGA模块的某个保险丝触断，不会影响整车。
    所以建议大家不加保险或空气开关，直接并联电瓶正负极，这样效果最好，不过此文范本是按照电气规范来做的，全当参考。
    保险的选用上，因为是70AH电瓶，那么启动的最大电流大约是2-3倍(冬天更高)，也就是140A-210A的瞬时电流，当然只会持续约1秒就回落，我们并联蓄电池按超级电容负担百分之50电流来算，电容放出的最大电流大约是70-105A左右，所以选用100A至120A的保险或空气开关就足够使用了。
    当然也有串联了继电器的车友，比如搞搞震，更甚至搞搞震连了双继电器。
    中间加继电器的优势是超级电容更自动化，相比直接并联时超级电容处于一直在线的情况，加继电器则是按需上岗，不过因为超级电容的瞬时大电流特性，每天开开关关对触点的烧蚀会带来安全隐患，需要定期更换继电器。
    最后多几句：
    最好的安装方法能够带来最好的效果。
    最好的方法没有之一：直接并联电瓶正负极，中间不串保险和空气开关，但一定要注意安装时规范操作！
    其他的方法，如串保险或空开或继电器，或者正极接电瓶，负极搭铁在车身，效果都没有直接啥都不加并联正负极好，这些方法和直接并联正负极的方法带来的效果差是很大的。

<<<<<<超级电容第一次空载充电的方法
    1.使用电瓶充电器稳压12V进行充电。
    2.挂在汽车电瓶上充电，正负极挂载完成后，电瓶给超级电容充电，此时最好不要启动汽车来进行充电。
    如果选用第二种方式进行首冲，一定要在超级电容和电瓶之间加装负载，负载大点或小点都没关系，主要是防止反电势(电压差)对电源(这里的电源就是电瓶)造成伤害。
    充一定时间后用万用表测量超级电容的电压，达到和汽车电瓶电压差不多即可。
    具体图示：

<<<<<<超级电容的选用安装举例
    在超级电容组的材料选用上，尽量选用较新的大牌超级电容来组成电容组，同时一定要装载均压板并且要保证超级电容组内各个电容的一致性，电容组内各个法拉电容的电压差必须≤0.05V，否则组成的超级电容组等于没用，这点一定要特别注意，不要去花冤枉钱。
    动手能力强的可以自己来组装超级电容组。这里主要说下58法拉的超级电容组成品，这也是现在大部分车友选用的和能够买到做工比较好的成品法拉电容了。
    为什么选用58F的超级电容组成品，一嘛是懒，不想自己动手做，二是通过桑塔纳的大概计算，如果汽车启动时间是1秒，那么58F超级电容组放30A电可持续3.87秒，如果是100A也可支撑1秒多，足够起到保护电瓶的作用了。另外根据大猪头的理论,58F提供百分之40的最大脉动负载的启动电流(启动机冷启动)，也足够起到保护电瓶的作用，其余的电源波动，自动启停波动等，也能基本满足。
    抛开理论，58F的体积大小也合适，能很好的安装在508上，实际使用过程中，车友们反映也都很好。
    并且这个超级电容组是MAXWELL官方代理商制作出售的，一定程度上能保证其质量。
    所以我们选用这个58F超级电容组组来进行举例，具体的安装步骤会在此贴2楼更新。
    这里要注意的是如果选用汽车电瓶对58F超级电容进行充电，车友们选择的是中间负载个12V 15W的直流灯泡充电10分钟即可，12V 15W直流灯泡的电阻根据欧姆定律：P=U²/P =9.6欧姆。供大家参考。

目前508/C5车友用的较多的超级电容组成品。

超级电容组成品内部。

<<<<<<对超级电容有疑问？
    实际上超级电容组早在2010年左右已经有其他车子的车主进行了安装，在06/07年就在网络上进行了讨论，而且从最初的褒贬不一发展到如今的普遍认可。
    或许你会质疑：
    1.为什么超级电容这么好，车企们不用呢，其实目前也有运用，运用的地方有限：国外的公交车上、极地环境使用的电动车上（当燃料电池使用拿回基地快速充电后可以继续使用）、一些高档车（国内有的富豪车上有装）、等...当然车企是要赚钱的，低成本高价才是车企的利润来源，所以装载的并不多。当然PSA在欧洲的柴油车上有运用超级电容组，这点大猫有说过，并且在MAXwell官网上也有清楚的标识：

MAXWELL官网截图

    2.把电容并联到电瓶上，熄火后，电瓶会继续给电容充电，造成亏电吗？
    实际上熄火后，电瓶不是通过电容放电，而是相反，因为发电机把电容组充到14V左右，熄火后，电容组反过来继续给电瓶充电。直到二者电压一致。也就是说熄火后，超级电容也在保护电瓶，避免电瓶亏电。也就是说，如果你三个月不开车，超级电容和电瓶并联情况下，仍然有很强的电流可以启动车辆。另外值得一说的是，超级电容的漏电极低，基本可以忽略，特别是文中选用的58F较小容量的电容组。

    3.超级电容寿命如何？
    超级电容没有"记忆性",也就是说超级电容基本不会衰减，文中举例的超级电容组成品标称的寿命是百万次充放，我们减半，50万次，这么说吧，如果你一天充放50次，可以使用25年。

    4.加装后影响4S质保吗？
    超级电容使用是并联在电池正负极，对原车不存在改装行为，理论上不影响售后服务，你疑虑要去质保把他拆下来就是，拆下来对汽车没有任何不良影响。

    5.装个超级电容不等于给车子里装了定时炸弹？
    法拉电容也就是超级电容是超多层结构电容，这种电容击穿后，发生爆炸的可能性几乎为零，请不要拿看待电解电容的思路来对待法拉电容。这种电容损坏的主要原因是均压问题，电容组没有装均压板或者一个均压失效故障连带造成其他电容过压陆续损坏，这种情况在没有均压板或者纯粹电阻均压板会出现的比较多，最关键的还是电容本身的性能质量。

    6.加超级电容费用都可以换一个电瓶了
    对于新款AGM电池来说，1300/个电瓶，2-3年1换，比超级电容贵多了吧？
    对普通电瓶来说，其实这个是把因果关系搞混了，加超级电容的目的，是对车辆行车状态的优化，延长电瓶寿命，其改善作用显然不是换个新电瓶能带来的。

    7.那直接用超级电容代替电瓶好了？
    其实电瓶也可以看作是个巨大的电容器，换算下来好几万法拉呢，一个超级电容即使可以替代，也需要至少1500F，这个成本不是车企和广大车友能接受认可的，所以超级电容的作用不是用来代替电瓶启动车辆的，主要作用是辅助车辆启动之后，辅助发电机工作的，起滤波和稳定电流输出的作用。

    8.楼主你为什么要写这个帖子？
    因为大手子都懒，只有当小弟的我来写帖子记录存档了。

    9.楼主你为什么要装超级电容？
    因为AGM电瓶太贵，我看重它对电瓶的保护作用。

    10.最后的最后！
    最后一定要注意，也是很多车友最关心的问题，再次说明：
    选用超级电容，一定要选择大牌，尽可能保证是新的，并且电容组成电容组时要加上均压板！最好能有电脑控制板！电容组里的电容要保证一致性，电容单体之间的电压差必须≤0.05V,否则超级电容组没有什么效果。网络上很多300多400的标称300F的超级电容组多是二手货并且没有均压板或者装载了纯粹依靠电阻的均压板，其效果不一定好。正常全新的500F超级电容组售价在2000-3000之间。
    另外电容组的安装方式上，注意操作规范，最好不串保险/空开/继电器，直接电容正负极并联电瓶正负极，这样效果最佳。
    串保险/空开/继电器，或者负极不接电瓶负极选择搭铁在车身上效果会差很多。
    超级电容是法拉电容不是电解电容，不会爆不会爆！多层电容击穿不会爆炸，所以不会造成短路，最多只是电容组本身失效断路！

    哦，对了，最后说下我们的同级车马自达阿特兹已经运用了超级电容了。(http://auto.sina.com.cn/news/2014-05-12/10141293242.shtml)
    唉，难怪别人销量好，看看508的销量，唉唉唉唉唉唉......

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