Application of buffer secondary energy source with suprcapacitors to electric propulsion of vehicles

• Autorzy: Juda Z.

Warianty tytułu

PL

Buforowe wtórne źródło energii z superkondensatorami w zastosowaniu do napędu elektrycznego pojazdów

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zdolność wtórnych źródeł energii do magazynowania energii jest związana z istotnymi parametrami pojazdu hybrydowego (HĘ y - Hybrid Electric Vehicle): maksymalnym zasięgiem, zdolnością pokonywania wzniesień i rozpędzaniem pojazdu. Te same parametry wpływają także na żywotność tradycyjnych wtórnych źródel (SES -Secondary Energy Source) - baterii elektrochemicznych (EB - Electrochemical Battery). Wydłużenie żywotności baterii, a tym samym obniżenie kosztów eksploatacyjnych HEV, umożliwia zastosowanie dodatkowego SES w postaci zespołu superkondensatorów (SCAP - Super capacitor). Elementy te występują pod nazwami: superkondensator, ultrakondensator, pseudokondensator. W literaturze anglojęzycznej spotykana jest ponadto nazwa (EDLC - Electric Double Layer Capacitor). SCAP charakteryzują się bardzo wysokimi pojemnościami dochodzącymi cło 2700 F dla pojedynczego modułu, przy napięciu rzędu 2.5 V. W związku z dużymi pojemnościami SCAP mają też bardzo wysokie wartości mocy jednostkowej (PD - Power Density) wyrażonej w W/kg. Ograniczona trwałość baterii (CL - Cycle Life) jest związana z liczbą i głębokością ładowań/rozładowań (DoD - Depth of Discharge). Czas ładowania i rozładowania baterii jest o wiele dłuższy niż superkondensatorów, ponieważ reakcje chemiczne są uzależnione czasowo. Superkondensatory mogą być ładowane i rozładowywane prawie bez ograniczeń ilościowych, a czas rozładowania może być bardzo krótki -zmagazynowana energia jest dostępna w ciągu milisekund. Wartość pobieranego prądu może być bardzo wysoka bez ryzyka uszkodzenia. Jednym z przypadków wykorzystania SCAP jest stan hamowania regeneracyjnego pojazdu, podczas którego pozyskiwana jest duża ilość energii w krótkim czasie (kilku sekund). Innym przypadkiem jest możliwość wspomagania podstawowego źródła energii w czasie startu lub rozpędzania pojazdu. Wówczas duża ilość energii za pośrednictwem sterowanych mikroprocesorowo układów energoelektronicznych może być dostarczona do napędu pojazdu w ciągu kilku sekund. Szybkość ładowania i rozładowania wynika z niskiej rezystancji wewnętrznej superkondensatora. Współpraca baterii z zespołem superkondensatorów wymaga zastosowania sterowników komputerowych i przekształtników energoelektronicznych dla właściwego zarządzania przemianami energii. W artykule przedstawiono koncepcję zastosowania superkondensatorów do współpracy z baterią oraz wyniki przeprowadzonych symulacji odzysku energii hamowania w małym pojeździe z napędem elektrycznym przeznaczonym głównie do ruchu w zabytkowych centrach miast.

EN

The ability of secondary sources of energy to the storage of the energy is connected with essential parameters of hybrid vehicle (HEV - Hybrid Electric Vehicle) that is with the maximum range, with the ability to rise and the vehicle acceleration. The same parameters influence also on the durability of traditional secondary sources (SES - Secondary Energy Source)- electrochemical batteries (EB - Electrochemical Battery). The extension of the durability of the battery, and consequently the decrease of operating costs of HEV, makes possible the use of additional SES in the form the sets of super capacitors (SCAP - Super capacitor). These elements appear under names: super capacitor, ultra condenser, and pseudo condenser. In the English literature there is besides the name (EDLC - Electric Double Layer Capacitor). SCAP are characterized with very high capacities up to 2700 F for the single module, at the tension approx 2.5 V. In the relationship with large capacities, SCAP have also very high values of the specific power (PD - Power Density) expressed in W/ kg. The limited durability of the battery (CL - Cycle Life) is connected with a number and a depth of charges/discharges (DoD - Depth of Discharge). The time of the charge and the discharge of the battery are much longer than Super capacitors, because chemical reactions are dependent on time. Super capacitors can be loaded and unloaded almost without barred quantitative, and the time of the discharge can be very short - stored energy is accessible in the course milliseconds. The value of received current can be very high without the risk of the damage. One from cases of the SCAP use is the state of the applying of the brake of the regeneratory vehicle during which gained over is the peck of the energy in the short time (several seconds). Other is by fortune the possibility of the aid of the basic source of energy during the start or accelerating of the vehicle. Then large quantity of the energy with controlled microprocessors energy electronic sets can be delivered to the vehicle drive in several seconds. The velocity of charge and discharge depends on low resistance of internal super capacitor. The association of the battery with the sets of super capacitors demands uses of computer drivers and energy electronic transforms for the proper management energy conversions. In the article one introduced {one represented} The idea of the super capacitors' use to the association with the battery and results of simulations of the energy brake salvage in the small vehicle with the electric drive intended mostly to the traffic in antique centres of cities is presented in the paper.

Słowa kluczowe

PL

wtórne źródło energii; superkondensator (SCAP-Supercapacitor); napęd elektryczny pojazdów; superkondensatory; pojazd hybrydowy (HEV-Hybrid Electric Vehicle); baterie elektrochemiczne (EB-Electrochemical Battery); moc jednostkowa (PD-Power Density); doładowania baterii; rozładowania baterii; ograniczona trwałość baterii (CL-Cycle Life)

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 12, No. 3-4
• Strony: 141--148
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Juda Z.

• Politechnika Krakowska, Pracownia Mechatroniki Samochodowej Kraków, ul. Warszawska 24, tel.: [phone]

Bibliografia

• [1] Burke, Review of Ultracapacitor Technologies for Vehicle Application,
• [2] Maher, Ultracapacitors and the Hybrid Electric Vehicle, White Paper, Maxwell Technologies.
• [3] Chan C. C., Chau K. T., Modern Electric Vehicle Technology,Oxford University Press, 2001.
• [4] Husain I., Electric and Hybrid Vehicles Design Fundamentals, CRC Press, 2003.
• [5] Miller J. M., Smith R., Ultracapacitor Assisted Electric Drives for Transportation, Maxwell Technologies
• [6] Juda Z., Simulation of Energy Conversion in Advanced Automotive Vehicles, SAE Paper 2001-01-3341, ATTCE Congress Barcelona 2001.
• [7] Juda Z., Hybrid Electric City Car – Simulation of Coceptual Solutions, SAE Paper 2002-1-2145, ATT Congress Paris 2002.
• [8] Juda Z., Hybrid-Electric City Car Simulation, Journal of KONES, Warszawa 2003, ISSN 1231-4005.
• [9] Juda Z., Współ praca baterii elektrochemicznych I superkondensatorów w pojazdach hybrydowych, Konmot-Autoprogress 2004, Zakopane.
• [10] Siłka W., Energochłonność ruchu samochodu, WNT Warszawa, 1997, ISBN 83-204-2037-7.
• [11] Maxwell Technologies, Application Note, How To Determine The Appriopriate Size Ultracapacitor For Your Application.
• [12] Szumanowski A., “ Fundamentals of Hybrid Vehicle Drives”, Wydawnictwo Warsaw-Radom, ISBN 83-7204-114-8, Radom 2000.