ИССЛЕДОВАНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИЙ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА

STUDY OF SUPERCAPACITORS IN HYBRID ENERGY SOURCES OF ELECTRIC TRANSPORT
Цитировать:
Бигалиева Ж.С., Темиржанов А.А., Утебаев Р.М. ИССЛЕДОВАНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИЙ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 5(98). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13741 (дата обращения: 15.07.2024).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniTech.2022.98.5.13741

 

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)

Эксперимент

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

 

Рисунок 2. Стенд

 

Стенд на рис.2 для исследования привода на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами и ионистора состоит из следующих элементов. Синхронный двигатель на постоянных магнитах 36В 350Вт(1), литий-ионного аккумулятора 36В 4,4Ач(2),  драйвера(3), батарея ионисторов состоящая из 20 суперконденсаторов общей емкостью 1Ф и максимальным напряжением 54В(4), системы сбора данных(5).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенной работы получили следующие результаты:

1. Гибридный источник энергий за счет использования супер конденсатора может улучшить динамические характеристики электрического транспорта и снизить загрязнения окружающей среды.

2. Емкость суперконденсатора может эффективно поглощать энергию при рекуперативном торможении, что значительно улучшает использование электромобиля.

Эти результаты доказывают, что интеграция литиевых ионных аккумуляторов и суперконденсаторов является многообещающим методом снижения энергопотребления, улучшения характеристик рекуперативного торможения, продления срока службы аккумуляторов и, следовательно, сокращения отходов аккумуляторов.

 

Список литературы:

  1. Бушуев В.В. и др. Развитие "умных" городов: электротранспорт "умного" мегаполиса // Вестник гражданских инженеров – 2018. – № 4(69). С - 167-174.
  2. Маевский В.О.  Вариант развития электротранспорта в России // Оригинальные исследования – 2020. - № 10(6). С – 298-306.
  3. Шамак В.А. и др. Гибридные энергетические системы: структура, методы и алгоритмы оптимизации //  3-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых Наука молодых – будущее России. С – 271-274.
  4. Хрипач Н.А. и др. Гибридный накопитель энергии для зарядных станций электротранспорта // - 2020. Патент на полезную модель  RU 195683 U1 
Информация об авторах

cтарший преподаватель, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева, Казахстан, г. Алматы

Senior Lecturer, KazNITU named after K.I. Satpayev, Kazakhstan, Almaty

докторант, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева, Казахстан, г. Алматы

First year doctoral student, KazNITU named after K.I.Satpayev,, Kazakhstan, Almaty

канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева, Казахстан, г. Алматы

Ph.D., Senior Researcher, Al-Farabi Kazakh National University, Kazakhstan, Almaty

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top