Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИЙ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА'

ИССЛЕДОВАНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИЙ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
169
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОНДЕНСАТОР / КОМБИНИРОВАННАЯ МОЩНОСТЬ / ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Бигалиева Жанар Серикханкызы, Темиржанов Алишер Алибекулы, Утебаев Руслан Маратович

Целью данного исследования является разработка гибридной системы накопления энергии, состоящей из литий-ионных аккумуляторов и блока суперконденсаторов, для оценки снижения энергопотребления и увеличения выработки энергии за счет рекуперативного торможения в электрическом скутере.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDY OF SUPERCAPACITORS IN HYBRID ENERGY SOURCES OF ELECTRIC TRANSPORT

The aim of this study to design hybrid power storage system consisting li-on batteries and supercapacitor bank to evaluate decreasing of energy consumption and increasing energy generation by regenerative braking in electric scooter.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИЙ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА»

A UNiVERSUM:

№ 5 (98)_-V, r - - ._май. 2022 г.

DOI - 10.32 743/UniTech.2022.98.5.13 741

ИССЛЕДОВАНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИЙ

ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА

Бигалиева Жанар Серикханкызы

от. преподаватель,

Казахский национальный исследовательский технический университет

имени К.И. Сатпаева, Республика Казахстан, г. Алматы. E-mail: zhanka_s_81@mail. ru

Темиржанов Алишер Алибекулы

докторант,

Казахский национальный исследовательский технический университет

имени К.И. Сатпаева, Республика Казахстан, г. Алматы. E-mail: alik-25.01.9 7@mail. ru

Утебаев Руслан Маратович

канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Казахский национальный исследовательский технический университет

имени К.И. Сатпаева, Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: utebaev_r@mail. ru

STUDY OF SUPERCAPACITORS IN HYBRID ENERGY SOURCES OF ELECTRIC TRANSPORT

Zhanar Bigalieva

Senior Lecturer, KazNITU named after K.I. Satpayev Kazakhstan, Almaty

Alisher Temirzhanov

First year doctoral student, KazNITU named after K.I.Satpayev Kazakhstan, Almaty

Ruslan Utebaev

Ph.D., Senior Researcher, Al-Farabi Kazakh National University Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

Целью данного исследования является разработка гибридной системы накопления энергии, состоящей из литий-ионных аккумуляторов и блока суперконденсаторов, для оценки снижения энергопотребления и увеличения выработки энергии за счет рекуперативного торможения в электрическом скутере.

ABSTRACT

The aim of this study to design hybrid power storage system consisting li-on batteries and supercapacitor bank to evaluate decreasing of energy consumption and increasing energy generation by regenerative braking in electric scooter.

Ключевые слова: Конденсатор, комбинированная мощность, электромобиль. Keywords: сapacitor, Combined Power, Super Hybrid Electric Vehicle.

Библиографическое описание: Бигалиева Ж.С., Темиржанов А.А., Утебаев Р.М. ИССЛЕДОВАНИЕ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ В ГИБРИДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИЙ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 5(98). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/13741

№ 5 (98)

А1

UNIVERSUM:

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

май, 2022 г.

Введение

Электротранспорт(ЭТ) привлекают все большее внимание благодаря своим уникальным характеристикам, таким как низкий уровень выбросов, высокая КПД, бесшумная работа мотора и т.д. [1]. Химические батареи давно используются в качестве основной системы источника энергии во многих промышленных применениях. В наше время они стали доминирующей технологией в индустрии электромобилей. Однако химические батареи имеют много недостатков, таких как ограниченный срок службы, ограниченная удельная мощность, а также высокая стоимость [2]. Электрические двухслойные конденсаторы, известные как суперконденсаторы или ионисторы, представляют собой конденсаторы высокой емкости, которые обладают такими характеристиками, как высокая плотность мощности, длительный срок службы и широкий диапазон рабочих температур.

Хотя суперконденсатор обеспечивает лучшую производительность в большинстве условий, но он не может быть использован в качестве основного источника энергий, поскольку его плотность энергии относительно низка. Также, поскольку технология суперконденсаторов разработана недавно, они не так надежны, как обычные батареи. Дополнительные функции батарей и суперконденсаторов могут быть использованы в Гибридной системе хранения энергии(ГСХЭ)[3]. Применение ГСХЭ имеет много преимуществ, которые перечислены ниже:

Высокая плотность мощности суперконденсатора может быть использована для эффективного использования кинетической энергии

транспортного средства во время торможения. Суперконденсатор может помочь батарейному блоку при пиковых потребностях в мощности, что не только продлевает срок службы батареи, но и улучшает ускорение автомобиля.

Поскольку энергия торможения может быть эффективно сэкономлена, дальность хода транспортного средства может быть значительно увеличена[4].

В этой статье представлена гибридный источник энергии (ГИС) для электротранспорта. Аккумуляторная система с энергетической емкостью, достаточной для перемещения транспортного средства на некоторое расстояние с умеренной скоростью на одном заряде в полностью электрическом режиме, может быть недостаточно для удовлетворения периодов пиковой нагрузки и переходных колебаний нагрузки электромобиля. В таком случае емкость аккумулятора должен быть увеличен, чтобы обеспечить дополнительную мощность, необходимую для преодоления этих ограничений, что увеличивает вес, объем и стоимость, а также количество и глубину циклов зарядки / разрядки. Все эти факторы приводят к уменьшению срока службы батареи, что является одним из самых сильных сложностей, препятствующих к быстрой коммерциализации электромобилей. Использование суперконденсаторов, как правило, приводит к более эффективному улавливанию энергии торможения, особенно в условиях резкого торможения, и это еще больше увеличит экономию энергий, поскольку большие токи могут поглощаться и отдаваться быстрее.

Структура предлагаемой ГИС показана на рис. 1.

Рисунок 1. Иллюстрация ЭТс батареей(1), суперконденсатором(2), драйвером(З) и электродвигателем(4)

Модуль суперконденсатора подключается к аккумуляторной батарее затем к драйверу. ГИС используется для питания электродвигателя через драйвер.

Параметры суперконденсатора на основе рекуперативного торможения

Для поглощения максимальной энергии торможения гипотеза процесса поглощения предполагает, что батарея в оптимальном состоянии может поглощать часть энергии обратной связи, а суперконденсатор в состоянии перебоя энергии может поглощать большую часть энергии торможения,

регенерируемой двигателем, что составляет около 80% от общей энергии. Банк суперконденсаторов состоит из 20 суперконденсаторов с номинальным напряжением 2,7 вольта и емкостью 20 Фарад. Суперконденсаторы были соединены последовательно. Последовательное подключение нескольких суперконденсаторов необходимо для увеличения рабочего напряжения и уменьшения значений тока зарядки и разрядки. Следовательно, эффективное напряжение представляет собой количество конденсаторов, умноженное на напряжение одной ячейки

№ 5 (98)

Аит

UNIVERSUM:

ЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

май, 2022 г.

54 вольта и емкость 1 фарад. Однако блок суперконденсаторов заряжается от батареи напряжением 42 вольта и будет иметь напряжение батареи. Суперконденсатор работает между его номинальным напряжением и половиной этого. Таким образом, половина номинального напряжения устанавливается в качестве другого напряжения отключения, которое составляет 27 вольт. Электрическая энергия, которая может быть использована из банка суперконденсаторов, рассчитывается в соответствии с уравнением 1.

E = -C(V2 - ^2)

(1)

Эксперимент

Был собран стенд для исследования привода на базе синхронного двигателя постоянными магнитами и ионистора состоит из следующих элементов

Рисунок 2. Стенд

Стенд на рис.2 для исследования привода на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами и ионистора состоит из следующих элементов. Синхронный двигатель на постоянных магнитах 36В 350Вт(1), литий-ионного аккумулятора 36В 4,4Ач(2), драйвера(З), батарея ионисторов состоящая из 20 суперконденсаторов общей емкостью 1Ф и максимальным напряжением 54В(4), системы сбора данных(5).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенной работы получили следующие результаты:

1. Гибридный источник энергий за счет использования супер конденсатора может улучшить

динамические характеристики электрического транспорта и снизить загрязнения окружающей среды.

2. Емкость суперконденсатора может эффективно поглощать энергию при рекуперативном торможении, что значительно улучшает использование электромобиля.

Эти результаты доказывают, что интеграция литиевых ионных аккумуляторов и суперконденсаторов является многообещающим методом снижения энергопотребления, улучшения характеристик рекуперативного торможения, продления срока службы аккумуляторов и, следовательно, сокращения отходов аккумуляторов.

Список литературы:

1. Бушуев В.В. и др. Развитие "умных" городов: электротранспорт "умного" мегаполиса // Вестник гражданских инженеров - 2018. - № 4(69). С - 167-174.

2. Маевский В.О. Вариант развития электротранспорта в России // Оригинальные исследования - 2020. -№ 10(6). С - 298-306.

3. Шамак В.А. и др. Гибридные энергетические системы: структура, методы и алгоритмы оптимизации // 3-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых Наука молодых - будущее России. С - 271-274.

4. Хрипач Н.А. и др. Гибридный накопитель энергии для зарядных станций электротранспорта // - 2020. Патент на полезную модель RU 195683 Ш

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.