ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ГИБРИДОМОБИЛЯ С ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ НАКОПИТЕЛЕМ И КОНДЕНСАТОРОМ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ

Дедов С. И. – студент группы ЭММ-63, Штанг А. А. – к.т.н., доцент РФ, Новосибирская область, г. Новосибирск, ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет»

Актуальность. На данном этапе технологического прогресса переход на экологичные виды транспортных средств (ТС) является одним из приоритетных. В ведущих странах мира снижается количество ТС, использующих бензиновое топливо в пользу электротранспорта, гибридных видов ТС, транспорта на топливных ячейках и др. Сложность применения автономных электротранспортных средств в России обуславливается суровым климатом. Для поддержания микроклимата в ТС и обогрева накопительного блока расходуется значительная часть энергии аккумулятора. Распространение получили гибридомобили, сочетающие в себе достоинства автомобиля и электромобиля.

Предмет исследования. Энергетическая установка гибридомобиля.

Цель исследования. Сравнение параметров энергетической установки гибридомобиля, использующей в качестве НЭ электрохимический накопитель (ЭХН) и конденсатор двойного электрического слоя (КДЭС).

Основные положения исследовательской работы. Наиболее распространенным вариантом НЭ в гибридомобилях является литий-ионный аккумулятор, имеющий наилучшие характеристики среди ЭХН (таблица 1). ЛИА состоит из электродов, разделенных пористым сепаратором, пропитанным электролитом. Пакет электродов помещён в герметичный корпус, катоды и аноды подсоединены к клеммам-токосъёмникам (рисунок 1).

Литий-ионные аккумуляторы различаются по типу используемого катодного материала. Переносчиком заряда в литий-ионном аккумуляторе является положительно заряженный ион лития, который имеет способность внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решётку других материалов (например, в графит, окислы и соли металлов) с образованием химической связи. Однако эксплуатация ЛИА вызывает затруднения – при падении температуры ниже 0 ºС происходит существенное падение мощности до 40-50 % [2]. Для сохранения дальности хода производители увеличивают объем накопительного блока, что отрицательно сказывается на массогабаритных показателях и на цене ТС в целом. Также ЛИА не приспособлен к частому процессу заряда-разряда. Принимая во внимание тот факт, что ТС в городской среде перемещается, совершая частые пуски и торможения, применение ЛИА нерационально.        

Рисунок 1 – Схема работы ЛИА

Таблица 1 – Характеристики литий-ионных аккмуляторов

КДЭС отличается от обычных конденсаторов тем, что не содержит диэлектрик. Обычно в качестве твердого проводящего материала используется активированный уголь. Пространство между двумя электродами заполнено электролитом, и КДЭС заряжается и разряжается за счет адсорбции и десорбции ионов к поверхностям электродов и от них (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема работы КДЭС

КДЭС позволяет совершать частые пуски и торможения с рекуперированием энергии без ухудшения собственных характеристик НЭ в дальнейшем, не подвержены падению мощности при отрицательных температурах. Преимуществом также является быстрый заряд НЭ. Из недостатков следует отметить низкую удельную энергоемкость по сравнению с ЭХН, и более высокую цену. Характеристики КДЭС представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристики конденсаторов двойного электрического слоя

Накопительный блок составляет значительную долю стоимости гибридомобиля. Для рентабельности гибридомобиля необходимо, что бы срок службы НЭ был не менее срока эксплуатации ТС. Двигаясь в городской среде, происходит частое реверсирование потока энергии в накопителе. Из представленных вариантов НЭ целесообразно применять КДЭС в виду значительного ресурса циклов заряда-разряда, а также сохранения динамических свойств и дальности хода ТС при отрицательной температуре.

Заключение. С учетом условий эксплуатации и режимов работы гибридомобиля в городской среде, в качестве накопительного блока рациональнее использовать КДЭС.

Список использованных источников:

1. Е. А. Спиридонов, В. Н. Аносов, А. А. Штанг. Исследование гибридного источника энергии для электрического транспортного средства с накопительными устройствами // Транспорт: Наука, техника, управление. - ВИНИТИ, №8. - С. 7-10.
2. Lithium-ion battery structure that self-heats at low temperatures [Электронный ресурс] //Nature 529. научн. журн. 2016.URL: http://www.nature.com/ nature/journal/v529/n7587/full/nature16502.html (дата обращения: 23.02.2017).
3. Nanoporous graphene materials by low-temperature vacuum-assisted thermal process for electrochemical energy storage [Электронный ресурс]//Journal of Power Sources Volume 284. науч. журн. 2015. URL: http://www.sciencedirect.com /science/article/pii/S0378775315004310 (дата обращения: 23.02.2017).