Badanie połączenia akumulatora ołowiowego z superkondensatorem jako układu hybrydowego do rozruchu silnika spalinowego

• Autorzy: Jankowska E. , Kopciuch K. , Błażejczak M. , Majchrzycki W. , Piórkowski P.

Warianty tytułu

EN

Study on combination of lead acid bettery with supercapacitors into a hybrid system to start combustion engine

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano badania zestawu połączonych wspólnie rozruchowego akumulatora ołowiowego z superkondensatorami jako hybrydowego źródła energii. Magazynowanie energii i maksymalna moc każdej z jednostek jest wystarczające do uruchomienia silnika spalinowego w samochodzie osobowym w warunkach standardowych. Jednak w trudnych warunkach eksploatacyjnych akumulatora ołowiowego np. w niskich temperaturach, przy niskim stopniu jego naładowania wynikającego z częstych rozruchów (systemy start-stop), zasilania dużej ilości urządzeń pokładowych przy wyłączonym silniku lub długich przerw w eksploatacji rozruch może być utrudniony lub niemożliwy. Z tego względu rozpatrzono rozruch silnika spalinowego z wykorzystaniem zestawu hybrydowego tj. połączenie akumulatora i superkondensatora. Przeprowadzone badania wykazały różnice w zachowaniu układów w zależności od zastosowanego superkondensatora. Stwierdzono, że zastosowanie superkondensatorów wraz z akumulatorem ołowiowym w zestawie hybrydowym prowadzi do wzajemnego uzupełnienia parametrów eksploatacyjnych pracy obu komponentów w niekorzystnych warunkach np. niskiej temperaturze lub dla niedoładowanego akumulatora. Właściwości superkondensatorów w znacznej mierze uzupełniają się z właściwościami akumulatorów ołowiowych. Analiza charakterystyk akumulatora ołowiowego i superkondensatorów pracujących osobno i w zestawie hybrydowym potwierdziła pozytywne współdziałanie obu typów źródeł energii.

EN

This paper presents a study on combination of a starting lead-acid battery and supercapacitors to form a hybrid energy source. The energy storage capacity and maximum power of each unit is sufficient to start a car combustion engine under standard conditions. However, under severe operating conditions e.g. at low temperatures, at low degree of charge resulting from frequent starts (start-stop systems) or from a large amount of on-board devices to be powered while the engine is off or after long breaks in operation, the engine start-up using only a lead-acid battery may be difficult or impossible. Therefore, it was reasonable to examine the start-up of a combustion engine using a hybrid system that consists of a lead acid battery and a supercapacitor. The study showed the differences in systems behavior depending on a used supercapacitor. It has been found that supercapacitors combined with a lead acid battery as a hybrid system lead to mutual complementing of operating parameters in severe conditions, e.g. low temperature or an undercharged battery. The properties of the supercapacitors broadly complement those of lead-acid battery. Analysis of characteristics of lead-acid battery and supercapacitors working separately as hybridized system confirmed the positive interaction of both types of energy sources.

Słowa kluczowe

PL

akumulator ołowiowy; superkondensatory; hybrydowe źródło energii

EN

lead acid battery; supercapacitors; hybrid energy system

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 2 (114)
• Strony: 107--113
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jankowska E.

• Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznań

autor

Kopciuch K.

• Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu

autor

Błażejczak M.

• Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu

autor

Majchrzycki W.

• Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznań

autor

Piórkowski P.

• Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych, Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1]. Th. Bocklisch, Hybrid energy storage systems for renewable energy applications, Energy Procedia, nr 73, str. 103 - 111, 2015.
• [2]. B. E. Conwey, Electrochemical Supercapacitors. Scientific Fundamentals and technology applications, Springer Science+Business Media, 1999.
• [3]. J.F. Manwell, J.G. McGowan, Lead acid battery storage model for hybrid energy systems, Solar Energy, nr 5, str. 399-405, 1993.
• [4]. D. Pavlov, Lead-Acid Batteries, Science and Technology, Elsevier, 2011.
• [5]. E. Karden, Automotive batteries: new developments w J. Garche, Ch. Dyer, P. Moseley, Z. Ogumi, D. Rand, B. Scrosati, Encyclopedia of Electrochemical Power Sources, Elsevier, 2009, 851-858.
• [6]. P. Krivik, P. Baca, Electrochemical Energy Storage in Energy Storage – Technologies and Applications 2013, http://dx.doi.org/10.5772/52222.
• [7]. B. Monahov, Hybrid Electric vehicles- challenge and future for advanced lead acid batteries, Materiały konferencyjne 9th International Conference on Lead Acid Batteries, Labat’ 2014, Albena (Bułgaria), str. 9-12, 2014.
• [8]. Y. Yee, L.H. Lee, N. Shafiabady, D. Isa, A load predictive energy management system for supercapacitor-battery hybrid energy storage system in solar application using the Support Vector Machine, Applied Energy, nr 137, str. 588-602, 2015.
• [9]. R. Kötz, M. Carlen, Principles and applications of electrochemical capacitors, Electrochim. Acta, nr 45, str. 2483 - 2498, 2000.
• [10]. V. Lazarov, B. Francois, H. Kanchev, Z. Zarkov, L. Stoyanov Application of supercapacitors in hybrid systems, http://www.academia.edu-/259647-89/Application_of_Supercapacitors_in_Hybrid_Sys.
• [11]. J. Shandle, Supercapacitors Find Applications in Hybrid Vehicles, Smartphones, and Energy Harvesting, Mouser Electronics, http://eu.mouser.com/-applications/new-supercapacitor-applications/
• [12]. F. Rafik, H. Gualous, R. Gallay, A. Crausaz, A. Berthon, Frequency, thermal and voltage supercapacitor characterization and modeling, Journal of Power Sources, nr 165, str. 928 - 934, 2007.
• [13]. M. S. W. Chan, K. T. Chau, C. C. Chan, Effective Charging Method for Ultracapacitors, Journal of Asian Electric Veh.s, nr 2, str. 771- 776, 2005.
• [14]. M. Conte, A. Genovese, F. Ortenzi,F. Vellucci, Hybrid battery-supercapacitor storage for an electric forklift: a life-cycle cost assessment, Journal of Applied Electrochem, nr 44, str. 523 - 532, 2014.
• [15]. G. Sikha, B. N. Popov, Performance optimization of a battery–capacitor hybrid system, Journal of Power Sources, nr 134, str. 130 - 138, 2004.
• [16]. Y. Xiu, L. Cheng, L. Chunyan, Research on Hybrid Energy Storage System of Super-capacitor and Battery Optimal Allocation, Journal of International Council on Electrical Engineering, nr 4, str. 341 - 347, 2014.
• [17]. M. Conte, A. Genovese, F. Ortenzi, F. Vellucci, Hybrid battery-supercapacitor storage for an electric forklift: a life-cycle cost assessment, Journal of Applied Electrochem, nr 44, str. 523 - 532, 2014.
• [18]. P. Bubna, S.G. Advani, Ajay K. Prasad, Integration of batteries with ultracapacitors for a fuel cell hybrid transit bus. Journal of Power Sources, nr 199, str. 360 - 366, 2012.
• [19]. P. Piórkowski, Zastosowanie superkondensatorów do rozruchu silników spalinowych w trudnych warunkach, Logistyka: czasopismo dla profesjonalistów nr 3, str. 3918 - 3927, 2015.
• [20]. P. Piórkowski, Badania możliwości zastosowania superkondensatorów do rozruchu silników spalinowych w trudnych warunkach na przykładzie modułu ESM ULTRA 31/900/24V firmy Maxwell, In: C. Zbigniew and W. Luty, eds., Tendencje rozwojowe środków transportowych w Siłach Zbrojnych RP. Bel Studio, str. 168 - 179, 2015.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).