ИССЛЕДОВАНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИЙ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА

АННОТАЦИЯ

Целью данного исследования является разработка гибридной системы накопления энергии, состоящей из литий-ионных аккумуляторов и блока суперконденсаторов, для оценки снижения энергопотребления и увеличения выработки энергии за счет рекуперативного торможения в электрическом скутере.

ABSTRACT

The aim of this study to design hybrid power storage system consisting li-on batteries and supercapacitor bank to evaluate decreasing of energy consumption and increasing energy generation by regenerative braking in electric scooter. 

Ключевые слова: Конденсатор, комбинированная мощность, электромобиль.

Keywords: сapacitor, Combined Power, Super Hybrid Electric Vehicle.

Введение

Электротранспорт(ЭТ) привлекают все большее внимание благодаря своим уникальным характеристикам, таким как низкий уровень выбросов, высокая КПД, бесшумная работа мотора и т.д. [1]. Химические батареи давно используются в качестве основной системы источника энергии во многих промышленных применениях. В наше время они стали доминирующей технологией в индустрии электромобилей. Однако химические батареи имеют много недостатков, таких как ограниченный срок службы, ограниченная удельная мощность, а также высокая стоимость [2]. Электрические двухслойные конденсаторы, известные как суперконденсаторы или ионисторы, представляют собой конденсаторы высокой емкости, которые обладают такими характеристиками, как высокая плотность мощности, длительный срок службы и широкий диапазон рабочих температур.

Хотя суперконденсатор обеспечивает лучшую производительность в большинстве условий, но он не может быть использован в качестве основного источника энергий, поскольку его плотность энергии относительно низка. Также, поскольку технология суперконденсаторов разработана недавно, они не так надежны, как обычные батареи. Дополнительные функции батарей и суперконденсаторов могут быть использованы в Гибридной системе хранения энергии(ГСХЭ)[3]. Применение ГСХЭ имеет много преимуществ, которые перечислены ниже: 

Высокая плотность мощности суперконденсатора может быть использована для эффективного использования кинетической энергии транспортного средства во время торможения. Суперконденсатор может помочь батарейному блоку при пиковых потребностях в мощности, что не только продлевает срок службы батареи, но и улучшает ускорение автомобиля.

Поскольку энергия торможения может быть эффективно сэкономлена, дальность хода транспортного средства может быть значительно увеличена[4].

В этой статье представлена гибридный источник энергии (ГИС) для электротранспорта. Аккумуляторная система с энергетической емкостью, достаточной для перемещения транспортного средства на некоторое расстояние с умеренной скоростью на одном заряде в полностью электрическом режиме, может быть недостаточно для удовлетворения периодов пиковой нагрузки и переходных колебаний нагрузки электромобиля. В таком случае емкость аккумулятора должен быть увеличен, чтобы обеспечить дополнительную мощность, необходимую для преодоления этих ограничений, что увеличивает вес, объем и стоимость, а также количество и глубину циклов зарядки / разрядки. Все эти факторы приводят к уменьшению срока службы батареи, что является одним из самых сильных сложностей, препятствующих к быстрой коммерциализации электромобилей. Использование суперконденсаторов, как правило, приводит к более эффективному улавливанию энергии торможения, особенно в условиях резкого торможения, и это еще больше увеличит экономию энергий, поскольку большие токи могут поглощаться и отдаваться быстрее.

Структура предлагаемой ГИС показана на рис. 1.

Рисунок 1. Иллюстрация ЭТ с батареей(1), суперконденсатором(2), драйвером(3) и электродвигателем(4)

Модуль суперконденсатора подключается к аккумуляторной батарее затем к драйверу. ГИС используется для питания электродвигателя  через драйвер.

Параметры суперконденсатора на основе рекуперативного торможения

Для поглощения максимальной энергии торможения гипотеза процесса поглощения предполагает, что батарея в оптимальном состоянии может поглощать часть энергии обратной связи, а суперконденсатор в состоянии перебоя энергии может поглощать большую часть энергии торможения, регенерируемой двигателем, что составляет около 80% от общей энергии. Банк суперконденсаторов состоит из 20 суперконденсаторов с номинальным напряжением 2,7 вольта и емкостью 20 Фарад. Суперконденсаторы были соединены последовательно. Последовательное подключение нескольких суперконденсаторов необходимо для увеличения рабочего напряжения и уменьшения значений тока зарядки и разрядки. Следовательно, эффективное напряжение представляет собой количество конденсаторов, умноженное на напряжение одной ячейки 54 вольта и емкость 1 фарад. Однако блок суперконденсаторов заряжается от батареи напряжением 42 вольта и будет иметь напряжение батареи. Суперконденсатор работает между его номинальным напряжением и половиной этого. Таким образом, половина номинального напряжения устанавливается в качестве другого напряжения отключения, которое составляет 27 вольт. Электрическая энергия, которая может быть использована из банка суперконденсаторов, рассчитывается в соответствии с уравнением 1.

                                                              (1)

Был собран стенд для исследования привода на базе синхронного двигателя постоянными магнитами и ионистора состоит из следующих элементов