211service.com
Ultracaps by mohly zvýšit hybridní účinnost
Zařízení pro ukládání energie nazývaná ultrakapacitory by podle odhadů výzkumných pracovníků mohla snížit náklady na baterie v plug-in hybridních vozidlech o stovky nebo dokonce tisíce dolarů snížením velikosti baterií na polovinu. Národní laboratoř Argonne v Argonne, IL. Podle nedávné studie Kalifornské univerzity v Davisu by ultrakapacitory mohly také dramaticky zlepšit účinnost jiné třídy hybridních vozidel, které využívají malé elektromotory, nazývané mikrohybridy.
Robustní výkon: Tento ultrakondenzátor se používá k zachycení energie z brzd v hybridních autobusech. Podobná zařízení by mohla brzy sloužit ke snížení nákladů na hybridní vozy.
Použití ultrakondenzátorů v hybridech není nový nápad. Ale klesající náklady na výrobu těchto zařízení a vylepšení elektroniky potřebné k regulaci jejich výkonu a koordinaci jejich interakce s bateriemi by je mohly brzy učinit praktičtějšími, říká Theodore Bohn, výzkumník z Argonne’s Advanced Powertrain Research Facility.
Přestože se baterie v posledních letech výrazně zlepšily, náklady na jejich výrobu jsou hlavním důvodem, proč hybridy stojí o tisíce dolarů více než konvenční vozidla. To platí zejména pro plug-in hybridy, které se spoléhají na velké baterie, které dodávají veškerou nebo většinu energie během krátkých cest. Akumulátorové sady jsou zčásti drahé, protože se časem degradují, a aby to výrobci kompenzovali, předimenzují je, aby zajistili, že budou moci poskytovat dostatek energie i po 10 letech používání ve vozidle.
Ultrakondenzátory nabízejí způsob, jak prodloužit životnost zdroje energie hybridního vozidla a snížit tak potřebu předimenzovat jeho bateriové sady. Na rozdíl od baterií se ultrakapacitory nespoléhají na chemické reakce při ukládání energie a během životnosti automobilu se výrazně nezhoršují, i když jsou nabíjeny a vybíjeny velmi intenzivními dávkami, které mohou poškodit baterie. Nevýhodou je, že ukládají mnohem méně energie než baterie – obvykle o řád méně. Pokud by však byly ultrakondenzátory spárovány s bateriemi, mohly by chránit baterie před intenzivními výboji energie, říká Bohn, jako jsou ty potřebné pro zrychlení, čímž by se prodloužila životnost baterií. Ultrakapacitory by také mohly zajistit, že auto dokáže na konci životnosti zrychlovat stejně dobře jako na začátku.
Snížení velikosti baterie vozidla o 25 procent by mohlo ušetřit asi 2 500 dolarů, odhaduje Bohn. Ultrakondenzátory a elektronika potřebné k jejich koordinaci s bateriemi by mohly stát mezi 500 a 1 000 dolary, což by vedlo k čistým úsporám ve stovkách dolarů.
Ultrakondenzátory by také umožnily přepracovat baterie tak, aby pojaly více energie. Obvykle existuje kompromis mezi tím, jak rychle lze baterie nabíjet a vybíjet a kolik celkové energie mohou uložit. To je částečně pravda, protože navržení baterie pro rychlé vybití vyžaduje použití velmi tenkých elektrod naskládaných v mnoha vrstvách. Každá vrstva musí být oddělena podpůrnými materiály, které zabírají místo v baterii, ale neukládají žádnou energii. Čím více vrstev je použito, tím více podpůrných materiálů je potřeba a tím méně energie lze uložit do baterie. Ve spojení s ultrakondenzátory by baterie nemusely dodávat návaly energie, a tak by mohly být vyrobeny pouze s několika vrstvami velmi silných elektrod, což snižuje množství potřebného podpůrného materiálu. To by mohlo umožnit uložit dvakrát tolik energie ve stejném prostoru, říká Bohn.
Ultrakondenzátory by také mohly být užitečné ve velmi odlišném typu hybridního vozidla zvaného mikrohybrid, říká Andrew Burke , výzkumný inženýr na Institutu dopravních studií na UC Davis. Jak jsou dnes navrženy, tato vozidla používají malé elektromotory a baterie k rozšíření benzinového motoru, což umožňuje motoru vypnout pokaždé, když se vůz zastaví, a znovu nastartovat, když řidič sešlápne plynový pedál. Baterie mikrohybridu mohou také zachytit malou část energie, která se při brzdění obvykle plýtvá jako teplo. Protože se ultrakapacitory mohou rychle nabíjet a vybíjet, aniž by se poškodily, bylo by možné navrhnout mikrohybridy, které by mnohem více využívaly elektromotor a poskytovaly krátké návaly energie, kdykoli je to potřeba pro zrychlení. Mohly by také nasbírat více energie z brzdění. Podle počítačových simulací provedených Burkem by takový systém zlepšil účinnost konvenčního motoru o 40 procent při jízdě ve městě. Konvenční mikrohybridy zlepšují účinnost pouze o 10 až 20 procent.
V plug-in hybridech i mikrohybridech by ultrakondenzátory nabízely lepší výkon v chladném počasí, protože se nespoléhají na chemické reakce, které se v chladu zpomalují. Ve velmi chladném počasí musíte zahřívat baterii, jinak nemůžete jet příliš rychle – měli byste velmi nízké zrychlení, říká Bohn. Naproti tomu ultrakondenzátory by mohly poskytnout rychlou akceleraci i při nízkých teplotách.
Mark Verbrugge, ředitel laboratoře materiálů a procesů v GM, říká, že ze dvou použití ultrakondenzátorů bude jednodušší je použít v mikrohybridech. V tomto případě by podle něj ultrakondenzátory jednoduše nahradily baterie, protože ukládají dostatek energie k rozšíření benzinového motoru bez pomoci baterií. V plug-in hybridech, které vyžadují mnohem více energie, by musely být ultrakondenzátory spárovány s bateriemi, což by vyžadovalo složitou elektroniku pro koordinaci mezi dvěma zařízeními pro ukládání energie. Celkově vzato, nikdy nechcete přidávat díly do auta, říká. Chcete co nejjednodušší systém, aby se méně věcí pokazilo.
Aby byly ultrakondenzátory v mikrohybridech praktické, říká Verbrugge, náklady na jejich výrobu se musí snížit asi o polovinu, což může být možné, protože mnoho částí výrobního procesu velkých ultrakondenzátorů ještě není automatizováno. Aby však ospravedlnil přidanou složitost u plug-in hybridů, říká, že celý systém by musel stát výrazně méně než použití samotných baterií.
Vědci z Argonne již podnikli kroky k prokázání, že ultrakondenzátory mohou tyto úspory poskytnout, když prokázali, že snižují tepelné namáhání baterií o třetinu. Pokračují v testování ultrakondenzátorů, aby prokázali, že mohou prodloužit životnost baterií, což by umožnilo výrobcům automobilů používat menší baterie a ušetřit peníze.