Суперкондензаторите като енергиен източник в транспортни приложения

ПОДОБНИ СТАТИИ

Гемамекс и Чериът Моторс реализираха съвместен проект в Белград

Съвременни капацитивни компоненти

Мощни суперкондензатори

Суперкондензатори

Cтремежът към по-голяма ефективност на релсовите превозни средства стимулира развитието на пазара за акумулатори на енергия. За разлика от високата степен на усъвършенстване на двигателите с вътрешно горене, за електрическите и хибридните модели все още се търсят идеалните решения, които да комбинират продължителен срок на експлоатация, надеждност и висока ефективност при малки размери.

В момента двуслойните кондензатори (EDLC) отговарят в най-голяма степен на тези изисквания. Те намират приложение най-често в трамваи, влакове, автобуси, както и в много други превозни средства.

Като независим и леснодостъпен източник на енергия с енергийна плътност, хиляди пъти по-голяма в сравнение с тази на конвенционалните кондензатори, двуслойните кондензатори обикновено имат коефициент на полезно действие над 95%.

По време на техния продължителен срок на експлоатация (достигащ до 10 години) те осигуряват изключителна стабилност на цикъла с възможност за милиони пъти зареждане и разреждане. При това те са нечувствителни към презареждане и, което е особено важно, към голямо разреждане.

Друго тяхно предимство е способността им да акумулират и да отдават голямо количество енергия за няколко секунди. Те работят в широк температурен диапазон (от -40 до +85 °C), изключително здрави са и на практика не се нуждаят от техническо обслужване. Различните производители ги наричат ултракондензатори, суперкондензатори, Green Cap и т.н.

Суперкондензаторите са базирани на принципа на Хелмхолц, като електродите с активен въглен създават изключително голяма ефективна повърхност до около 3000 m2/g. Електрическата енергия се акумулира в електрическо поле. По този начин един-единствен кондензатор достига типична стойност на капацитета до 3000 F при номинално напрежение от 2,7 V.

С ефективно серийно съпротивление в рамките само на 0,25 милиома те предлагат голяма ефективност и върхови токове повече от няколко хиляди ампера. С типични размери - диаметър 60 mm, дължина от 140 mm и тегло около 500 g, те са много по-леки и по-компактни в сравнение с акумулатори с подобна енергия. В същото време те са и много по-устойчиви на механични въздействия.

Основните необходими в практиката по-високи напрежения се постигат чрез последователно свързване на кондензаторите. За улеснение на потребителите в съответствие с принципа "plug and play" някои производители предлагат разнообразни предварително конфигурирани кондензаторни модули. Така на разработчика се спестява необходимостта от изграждане на собствени решения за балансиране, следене на напрежението и температурата, а така също и за охлаждане, тъй като те са вградени от производителя в модулите.

Комбинацията суперкондензатор + акумулатор
С тези си характеристики суперкондензаторите са идеално средство за поемане на цикличните и високи пикови мощности, които често се получават при електрически задвижвания по време на процесите на ускоряване и спиране. Със своята способност за бързо акумулиране и освобождаване на голяма енергия те се допълват идеално с акумулаторите, които са с около 10 пъти по-голяма енергийна плътност.

По време на пътуване акумулаторът – или при хибридните модели двигателят с вътрешно горене – подава еднакво средно количество енергия. Големите енергийни пикове при ускоряване и при спиране се поемат от кондензаторите.

По този начин се постига най-висока степен на рекуперация и общият коефициент на полезно действие се повишава значително. Освен това акумулаторите се подлагат на по-малко зарядни цикли, съответно на много по-малко и по-малки токови пикове, чрез което се постига по-голяма продължителност на експлоатация.

Трамваи с малка мощност
На суперкондензатори е базирал канадският производител Bombardier своята система за пестене на енергия MITRAC Energy Saver. Тя акумулира енергия, която се освобождава по време на спиране, в няколко стотици акумулиращи клетки и я отдава при ускоряване или при нормална работа обратно.

По такъв начин системата може да увеличи мощността на дадено превозно средство няколко пъти. От 2010 г. MITRAC Energy Saver се използва в 19 трамвая тип Variobahn на транспортното дружество Rhein-Neckar-Verkehr. Трамвайните композиции консумират до 30% по-малко енергия, с което спестяват на транспортната фирма годишно по 93 000 kWh.

При това на пътниците не се налага да се отказват от климатичната система и информационните монитори. Допълнително преимущество е възможността за изминаване на пътни отсечки до 500 метра без външно захранване само с акумулираната енергия.

Стартерни системи за дизелови двигатели
При системите за пускане на дизелови двигатели е налице необходимост от подаване на големи върхови токове при ниски температури (особено ако те са под нулата). За целта са необходими каскади от акумулатори, които да осигурят много по-голяма енергия, което пък от своя страна означава голямо тегло и размер. Тук суперкондензаторите със своите отлични пикови характеристики също осигуряват оптимално решение.

Суперкондензатори не само в релсовите транспортни средства
На аналогични принципи се базира все по-широкото използване на суперкондензаторите в много други области на транспорта, например в хибридни автобуси, високоповдигачи, автоматизирани транспортни системи, кранове, товарни и пътнически автомобили и много други. За приложението на суперкондензаторите дистрибуторските компании си партнират с водещи производители и заедно с тях осигуряват на клиентите всестранна подкрепа при реализиране на конкретни проекти.

Юрген Гайер, приложен инженер в Rutronik