211service.com
Ultracaps może zwiększyć wydajność hybrydy
Według szacunków naukowców z Narodowe Laboratorium Argonne w Argonne, IL. Według niedawnego badania przeprowadzonego na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis, ultrakondensatory mogą również radykalnie poprawić wydajność innej klasy pojazdów hybrydowych, które wykorzystują małe silniki elektryczne, zwane mikrohybrydami.
Wytrzymała moc: Ten ultrakondensator jest używany do przechwytywania energii z hamulców w autobusach hybrydowych. Podobne urządzenia mogą wkrótce zostać wykorzystane do obniżenia kosztów samochodów hybrydowych.
Zastosowanie ultrakondensatorów w hybrydach nie jest nowym pomysłem. Jednak spadające koszty wytwarzania tych urządzeń i ulepszeń elektroniki potrzebnej do regulowania ich mocy wyjściowej i koordynowania ich interakcji z bateriami mogą wkrótce uczynić je bardziej praktycznymi, mówi Theodore Bohn, naukowiec z Argonne's Advanced Powertrain Research Facility.
Chociaż akumulatory znacznie się poprawiły w ostatnich latach, koszt ich wytworzenia jest głównym powodem, dla którego hybrydy kosztują tysiące dolarów więcej niż pojazdy konwencjonalne. Dotyczy to zwłaszcza hybryd typu plug-in, które polegają na dużych zestawach akumulatorów, które dostarczają całą lub większość energii podczas krótkich podróży. Akumulatory są drogie po części dlatego, że z czasem ulegają degradacji, a aby to zrekompensować, producenci samochodów przewymiarowują je, aby zapewnić wystarczającą moc nawet po 10 latach użytkowania w pojeździe.
Ultrakondensatory oferują sposób na wydłużenie żywotności źródła zasilania pojazdu hybrydowego, zmniejszając potrzebę przewymiarowania jego zestawów akumulatorów. W przeciwieństwie do akumulatorów, ultrakondensatory nie opierają się na reakcjach chemicznych w celu przechowywania energii i nie ulegają znacznej degradacji w trakcie eksploatacji samochodu, nawet gdy są ładowane i rozładowywane w bardzo intensywnych wybuchach, które mogą uszkodzić akumulatory. Wadą jest to, że przechowują znacznie mniej energii niż baterie – zwykle o rząd wielkości mniej. Gdyby jednak ultrakondensatory były połączone z akumulatorami, mogłyby chronić akumulatory przed intensywnymi impulsami mocy, mówi Bohn, takimi jak te potrzebne do przyspieszenia, wydłużając w ten sposób żywotność akumulatorów. Ultrakondensatory mogą również zapewnić, że samochód będzie mógł przyspieszać równie dobrze pod koniec życia, jak na początku.
Bohn szacuje, że zmniejszenie rozmiaru akumulatora pojazdu o 25% może zaoszczędzić około 2500 USD. Ultrakondensatory i elektronika potrzebne do skoordynowania ich z bateriami mogą kosztować od 500 do 1000 dolarów, co daje setki dolarów oszczędności netto.
Ultrakondensatory umożliwiłyby również przeprojektowanie baterii tak, aby pomieścić więcej energii. Zwykle istnieje kompromis między szybkością ładowania i rozładowywania akumulatorów a ilością całkowitej energii, którą mogą one przechowywać. Dzieje się tak po części dlatego, że zaprojektowanie akumulatora do szybkiego rozładowania wymaga użycia bardzo cienkich elektrod ułożonych w wiele warstw. Każda warstwa musi być oddzielona materiałami nośnymi, które zajmują miejsce w akumulatorze, ale nie przechowują żadnej energii. Im więcej użytych warstw, tym więcej potrzeba materiałów nośnych i tym mniej energii można zmagazynować w akumulatorze. W połączeniu z ultrakondensatorami akumulatory nie musiałyby dostarczać impulsów mocy, dzięki czemu można by je wykonać z zaledwie kilku warstw bardzo grubych elektrod, zmniejszając ilość potrzebnego materiału podtrzymującego. Bohn mówi, że mogłoby to umożliwić przechowywanie dwukrotnie większej ilości energii w tej samej przestrzeni.
Mówi się, że ultrakondensatory mogą być również przydatne w zupełnie innym typie pojazdu hybrydowego, zwanym mikrohybrydą Andrzej Burke , inżynier naukowy w Instytucie Studiów Transportowych na UC Davis. Zgodnie z dzisiejszymi projektami pojazdy te wykorzystują małe silniki elektryczne i akumulatory, aby wzmocnić silnik benzynowy, umożliwiając wyłączenie silnika za każdym razem, gdy samochód się zatrzymuje i ponownie uruchamia, gdy kierowca naciśnie pedał gazu. Akumulatory mikrohybrydy mogą również wychwytywać niewielką część energii, która jest zwykle marnowana w postaci ciepła podczas hamowania. Ponieważ ultrakondensatory mogą szybko ładować i rozładowywać się bez uszkodzenia, możliwe byłoby zaprojektowanie mikrohybryd, które znacznie lepiej wykorzystywałyby silnik elektryczny, zapewniając krótkie impulsy mocy, gdy jest to potrzebne do przyspieszenia. Mogłyby też zbierać więcej energii podczas hamowania. Według symulacji komputerowych przeprowadzonych przez Burke, taki system poprawiłby sprawność konwencjonalnego silnika o 40 procent podczas jazdy w mieście. Konwencjonalne mikrohybrydy poprawiają wydajność tylko o 10 do 20 procent.
Zarówno w hybrydach plug-in, jak i mikrohybrydach, ultrakondensatory oferowałyby lepszą wydajność w niskich temperaturach, ponieważ nie opierają się na reakcjach chemicznych, które spowalniają w niskich temperaturach. W bardzo zimne dni musisz ogrzać akumulator lub nie możesz jechać bardzo szybko - miałbyś bardzo niskie przyspieszenie, mówi Bohn. Natomiast ultrakondensatory mogą zapewnić szybkie przyspieszenie nawet w niskich temperaturach.
Mark Verbrugge, dyrektor laboratorium materiałów i procesów w GM, mówi, że z dwóch zastosowań ultrakondensatorów łatwiej będzie je wykorzystać w mikrohybrydach. W tym przypadku, mówi, ultrakondensatory po prostu zastąpiłyby akumulatory, ponieważ przechowują wystarczająco dużo energii, aby wzmocnić silnik benzynowy bez pomocy akumulatorów. W hybrydach typu plug-in, które wymagają znacznie więcej energii, ultrakondensatory musiałyby być sparowane z bateriami, a to wymagałoby skomplikowanej elektroniki do koordynacji między dwoma urządzeniami magazynującymi energię. Ogólnie rzecz biorąc, nigdy nie chcesz dodawać części do samochodu, mówi. Potrzebujesz możliwie najprostszego systemu, aby było mniej rzeczy, które mogą się nie udać.
Aby ultrakondensatory były praktyczne w mikrohybrydach, mówi Verbrugge, koszt ich wytwarzania musi zostać zmniejszony o około połowę, co może być możliwe, ponieważ wiele części procesu produkcyjnego dużych ultrakondensatorów nie jest jeszcze zautomatyzowanych. Ale aby uzasadnić dodatkową złożoność hybryd plug-in, mówi, cały system musiałby kosztować znacznie mniej niż korzystanie z samych akumulatorów.
Naukowcy z Argonne podjęli już kroki w celu udowodnienia, że ultrakondensatory mogą zapewnić te oszczędności, wykazując, że zmniejszają obciążenie cieplne wywierane na baterie o jedną trzecią. Kontynuują testowanie ultrakondensatorów, aby wykazać, że mogą wydłużyć żywotność baterii, co pozwoliłoby producentom samochodów na używanie mniejszych baterii i zaoszczędzenie pieniędzy.