Cookie Settings
Cookie Settings
Always Active

Necessary cookies are required to enable the basic features of this site, such as providing secure log-in or adjusting your consent preferences. These cookies do not store any personally identifiable data.

Functional cookies help perform certain functionalities like sharing the content of the website on social media platforms, collecting feedback, and other third-party features.

Analytical cookies are used to understand how visitors interact with the website. These cookies help provide information on metrics such as the number of visitors, bounce rate, traffic source, etc.

No cookies to display.

Performance cookies are used to understand and analyze the key performance indexes of the website which helps in delivering a better user experience for the visitors.

Advertisement cookies are used to provide visitors with customized advertisements based on the pages you visited previously and to analyze the effectiveness of the ad campaigns.

Other cookies are those that are being identified and have not been classified into any category as yet.

No cookies to display.

Ultrakondensatory pozwalają na elastyczne dostarczanie energii w wymagających zastosowaniach transportowych

Zaopatrzenie systemów transportowych w energię elektryczną wiąże się z wieloma wyzwaniami technicznymi. Akumulatory od dawna są podstawowym źródłem energii wykorzystywanym do zasilania rozruchu silnika. Dotychczas jedynym dostępnym typem akumulatorów były akumulatory kwasowo-ołowiowe – ostatnie innowacje obejmujące różne kombinacje chemiczne i metody konstrukcyjne znacznie poprawiły gęstość energii i zmniejszyły ich wagę.

Nowoczesne tramwaje i pociągi jeszcze bardziej zwiększyły zapotrzebowanie na energię ze względu na rosnącą różnorodność pokładowych systemów informacyjnych oraz łączności bezprzewodowej. Wraz z przechodzeniem wielu pojazdów szynowych na całkowicie elektryczny układ napędowy, potrzeby związane z energią jeszcze bardziej się zwiększają. Wyzwaniem dla większości technologii akumulatorowych są również warunki pracy jak na przykład uruchamianie silników w niskich temperaturach.

Poniżej omówimy ultrakondensatory, będące realnym i dodatkowym źródłem energii w transporcie.

Różnorodność systemów transportu masowego

Jesteśmy coraz bardziej świadomi zużycia energii oraz tego, w jaki sposób podróżujemy. Podróżujący wciąż szukają alternatywy dla zatłoczonych dróg – dlatego coraz więcej inwestuje się w nowe sieci lekkiej kolei, autobusów i transportu zbiorowego, jak również istniejącą infrastrukturę kolejową.

Wiele dużych miast wprowadziło lub planuje nowe systemy transportu publicznego, które zmniejszają zatłoczenie dróg i redukują zanieczyszczenie powietrza

Projektując energooszczędne, eleganckie i zgrabne pojazdy transportu publicznego, należy zrównoważyć całkowitą masę i nośność elementów trakcyjnych i elementów magazynowania energii.

Wyzwania związane z dostarczaniem energii

Akumulatory to idealne źródło mobilnej energii, jednak w nowoczesnych, wymagających zastosowaniach nie zawsze spełniają one wszystkie potrzeby. Zapewnienie wysokiego obciążenia prądem szczytowym wymaga zastosowania większej ilości akumulatorów niż przy normalnym obciążeniu roboczym, co zwiększa ich wagę i wydłuża czas ładowania. Zestawy akumulatorów są nieporęczne i wymagają długiego czasu ładowania, ogranicza to ich funkcjonalność. Ograniczeniem dla akumulatorów są również temperatury otoczenia, szczególnie w przypadku skrajnie niskich i wysokich temperatur.

W niektórych akumulatorach ze względu na ich wewnętrzną zastępczą rezystancję szeregową (ESR) następuje powolne rozładowywanie. Z kolei ESR jest czynnikiem, który ogranicza maksymalną ilość prądu, jaką mogą one dostarczyć i powoduje ich nagrzewanie się.

Kolejnym ważnym aspektem dotyczącym akumulatorów jest ich żywotność. Podczas ich aktywnej eksploatacji wymagają one również kontroli i rutynowej konserwacji. Zazwyczaj mają określony czas eksploatacji, po którym ich zdolność do pełnego naładowania ulega znacznemu ograniczeniu.

Następnym ważnym parametrem podczas pracy z akumulatorami jest ich ograniczenie do pracy w niskich temperaturach – tracą wówczas swoją pojemność.

Zasięg działania autobusów i tramwajów z napędem elektrycznym zależy od pojemności akumulatora. Można go zwiększyć poprzez tzw. hamowanie rekuperacyjne, które polega na odzyskiwaniu energii z silników napędowych, gdy pojazd zwalnia. W krótkim czasie generowana jest wówczas znaczna ilość energii. Do pełnego wykorzystania tej metody wytwarzania energii potrzebna jest również metoda jej szybkiego magazynowania.

Na rysunku 1 przedstawiono właściwości akumulatorów kwasowo-ołowiowych i litowo-jonowych w porównaniu z ultrakondensatorem.

Rysunek 1 – porównanie dwóch popularnych technologii akumulatorów wykorzystywanych w transporcie i ultrakondensatora (źródło: Supreme Power Solutions)

Dzięki ostatnim innowacjom w technologii kondensatorów opracowano stosunkowo kompaktowe kondensatory o wysokiej pojemności, określane jako superkondensatory i ultrakondensatory. Kondensatory te oferują wyjątkową wydajność w stosunku do swojej wagi – patrz rysunek 1 – i coraz częściej stosowane są w transporcie. Dzięki dużej gęstości energii, szybkiemu ładowaniu i wysokiemu prądowi podczas rozładowywania, ultrakondensatory pozwalają na rozruch silnika, pracę przy obciążeniu szczytowym i regeneracyjne magazynowanie energii.

Ultrakondensatory i ich zastosowanie w systemach transportowych

Superkondensatory i ultrakondensatory to kondensatory o dużej pojemności, o wartościach rzędu dziesiątek i setek faradów. Zakres pojemności ultrakondensatorów sięga z reguły kilku tysięcy faradów. Działają one jak każdy zwykły kondensator elektrolityczny, np. mają zdolność do szybkiego ładowania i rozładowywania. Jednak ze względu na niską rezystancję wewnętrzną i zdolność do magazynowania energii są one bardziej podobne do baterii wielokrotnego ładowania. Z tego właśnie powodu ultrakondensatory szybko stają się opłacalnym nośnikiem energii, który potencjalnie może zastąpić konwencjonalne baterie w niektórych zastosowaniach.

Ultrakondensatory od wyspecjalizowanego dostawcy Supreme Power Solutions (SPSCAP) wykorzystują powłokę z węgla aktywnego i organiczny elektrolit.

Takie rozwiązanie pozwala na uzyskanie niezawodnego kondensatora o dużej pojemności, niskiej rezystancji wewnętrznej i niskim współczynniku upływu. Dzięki porowatej elektrodzie z węgla aktywowanego o dużej powierzchni i separacji ładunku przez cienką warstwę elektrolitu powstaje dwuwarstwowy kondensator elektryczny.

Przykłady zastosowania ultrakondensatorów w transporcie to między innymi:

  • Systemy odzyskiwania energii hamowania dla pociągów metra i lekkich tramwajów.
  • Integracja z akumulatorami dla zapewnienia wysokiej wydajności.
  • Rozruch lokomotyw spalinowych w niskich temperaturach.
  • Równoważenie obciążenia dla zespołów napędowych wielu wagonów podczas szybkiego przyspieszania.

Ultrakondensatory mogą zapewnić natychmiastowe obciążenie szczytowe wymagane do rozruchu silnika Diesla, przedłużając żywotność baterii i redukując koszty związane z konserwacją i wymianą akumulatora.

Przykłady ultrakondensatorów od SPSCAP to m.in. seria SCE i SCP – cylindryczne elementy o niskim ESR i wysokim cyklu pracy.

Seria SCE – patrz rysunek 2 – charakteryzuje się pojemnościami w zakresie od 100 F do 800 F, z opcją spawalnych lub gwintowanych końcówek na jednym końcu. Ze względu na niewielkie wymiary, projektanci systemów energetycznych mogą łączyć je w konfiguracje szeregowe i równoległe, tworząc zasilacze awaryjne, które mogą zapewniać natychmiastowe zasilanie.

Rysunek 2 – Seria ultrakondensatorów SCE firmy SPSCAP (źródło: SPSCAP)

Jednym z przykładów jest SCE0360C0, ultrakondensator 360 F, 2,7 V, o wymiarach 35 mm × 62 mm i ESR wynoszącym maks. 3,2 miliomów.

Rysunek 3 – Seria ultrakondensatorów SCP firmy SPSCAP (źródło: SPSCAP)

Przykładem serii SCP – patrz rys. 3 – jest SCP2000C0, ultrakondensator 2000 F, 2,7 V. Ponieważ końcówki można spawać na obu końcach, a cykl pracy wynosi ponad 1 000 000, nadaje się on do rozwiązań odzyskiwania energii, rozruchu silników lokomotyw i hybrydowych układów napędowych. SCP2000 o rozmiarach 60,8 mm × 108,4 mm i wadze 402 g może pracować w zakresie temperatur od -40 °C do + 65 °C. Maksymalny prąd szczytowy wynosi ponad 2000 A, a maksymalna obciążalność prądem ciągłym przy wzroście temperatury o 40°C wynosi 208 A.

Najnowsze produkty z linii ultrakondensatorów SPSCAP to ultrakondensatory CDCL i CDCM. Wszystkie nowe produkty mają różne wartości pojemności, napięcie robocze 2,85 VDC i kompaktowe wymiary. Na przykład, seria CDCL składa się z pięciu ultrakondensatorów o wartościach 650 F, 1200 F, 1500 F i 3000 F.

W przypadku popularnych zastosowań, takich jak rozruch silnika w niskiej temperaturze, gotowy zmontowany moduł ultrakondensatora zapewnia szybki i łatwy sposób instalacji. Przykładem jest MDLC0300C0, 300 F, 24 V umieszczony w solidnej obudowie IP65 przypominającej baterię. Może on pracować w temperaturze do -40 stopni C i zapewnia maksymalną szczytową moc rozruchową 45 kW.

Ultrakondensatory: kompaktowe rozwiązania w zakresie magazynowania energii o wysokiej gęstości dla transportu

Wraz z rosnącym zróżnicowaniem ekosystemu transportu i mobilności zapotrzebowanie na rozwiązania magazynujące energię o długiej żywotności, szybkim ładowaniu i wysokiej gęstości staje się coraz większe.

Ultrakondensatory szybko stały się opłacalną metodą magazynowania energii do natychmiastowego dostarczania jej do zastosowań związanych z kontrolą trakcji, odzyskiwaniem energii i rozruchem silnika. Mogą one uzupełniać istniejące systemy akumulatorów do zastosowań związanych z obciążeniem szczytowym i równoważeniem wielu obciążeń lub stać się podstawowym źródłem energii dla wielu systemów pokładowych.

Total
0
Shares
Poprzedni post

Rozwiązania FESTO w automatyzacji produkcji samochodów

Następny post
Przemysł 4.0 Przemysłowe ramię robotyczne trzymające koncept Przemysłu 4.0.

Eaton wyznacza nowe granice w Przemyśle 4.0 dzięki swoim rozwiązaniom kontrolno-sterującym

Powiązane posty