baterije u hev

15
Luka Mihoci Baterije u HEV I Sadržaj Popis slika ......................................................................................................................... II Popis tablica...................................................................................................................... II 1. Baterije u hibridnim vozilima ...................................................................................... 1 1.1. Najvažnije karakteristike baterija ...................................................................... 1 1.2. Vrste baterija ..................................................................................................... 4 1.2.1. Karakteristike baterija koje se koriste u HEV ............................................ 4 1.2.2. Baterije u razvoju: ...................................................................................... 7 1.3. Primjer baterije u HEV ...................................................................................... 8 1.4. Pouzdanost baterija............................................................................................ 9 1.5. Ultrakondenzator ............................................................................................. 11 Popis literature ................................................................................................................ 13

Upload: luka-mihoci

Post on 25-Oct-2015

75 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Page 1: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

I

Sadržaj

Popis slika ......................................................................................................................... II

Popis tablica ...................................................................................................................... II

1. Baterije u hibridnim vozilima ...................................................................................... 1

1.1. Najvažnije karakteristike baterija ...................................................................... 1

1.2. Vrste baterija ..................................................................................................... 4

1.2.1. Karakteristike baterija koje se koriste u HEV ............................................ 4

1.2.2. Baterije u razvoju: ...................................................................................... 7

1.3. Primjer baterije u HEV ...................................................................................... 8

1.4. Pouzdanost baterija ............................................................................................ 9

1.5. Ultrakondenzator ............................................................................................. 11

Popis literature ................................................................................................................ 13

Page 2: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

II

Popis slika

Slika 1.1.1 Napon ćelije u ovisnosti o stupnju ispražnjenosti baterije ............................. 2

Slika 1.1.2 Gustoća baterija po kilogramu ili litri različitih vrsta baterija ....................... 3

Slika 1.1.3 Ovisnost životnog vijeka baterije o radnoj temperaturi ................................. 3

Slika 1.1.4 Stupanj samopražnjenja u odnosu na vrijeme i o ovisnosti o temperaturi ..... 4

Slika 1.3.1 Baterija iz Toyote Prius .................................................................................. 8

Slika 1.3.2 Razvoj baterije kroz 4 generacije Priusa.. ...................................................... 8

Slika 1.4.1 Stupanj samopražnjenja u odnosu na vrijeme i u ovisnosti o temperaturi ... 10

Slika 1.5.1. Razlike u konstrukciji kondenzatora) .......................................................... 11

Slika 1.5.2. Razlika performansi između olovne baterije, ultrakondenzatora i .............. 12

konvencionalnih kondenzatora ....................................................................................... 12

Popis tablica Tablica 1.2.1. Vrste baterija u HEV. ................................................................................ 6

Page 3: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

1

1. Baterije u hibridnim vozilima

Akumulatorska baterija je ključna komponenta u gotovo svim električnim vozilima. Funkcija baterija u HEV može se razlikovati. Baterija može biti glavni izvor energije, ali može se i koristiti u kombinaciji sa primarnim izvorom energije ovisno o razini potrebne energije za pogon. Kao posljedica, količina baterija u HEV može varirati od jedne baterije do paketa više baterija spojenih zajedno.

Kada se baterija koristi kao primarni izvor energije, inženjere HEV-a brine potrebna masa i volumen ugrađenih baterija koje trebaju isporučiti dovoljno energije vozilu.

Potreba da se proizvede baterija dovoljne snage i gustoće energije natjerala je HEV zajednicu da istraži mnogo vrsta baterija. Te nove vrste baterija također obećavaju veći broj ciklusa, veću snagu i kapacitet energije.

Baterija se sastoji od dvije ili više povezanih električnih ćelija. Ćelije pretvaraju kemijsku energiju u električnu energiju, a sastoje se od pozitivnih i negativnih elektroda povezanih elektrolitom. Kemijska reakcija između elektroda i elektrolita generira istosmjerni (DC) elektricitet. U slučaju sekundarnih (punjivih) baterija kemijska reakcija može se obrnuti promjenom smjera struje, te se tada baterija puni.

Odluka za korištenje određene vrste baterija ovisi o tome kako dobro određene karakteristike baterija zadovoljavaju potrebe dizajna HEV-a.

1.1. Najvažnije karakteristike baterija

• Kapacitet - prikazuje koliko energije baterija može uskladištiti. Ne može se jednostavno definirati jer na kapacitet utječe temperatura, stopa pražnjenja, starost i vrsta baterije. Zato se postoje tri kriterija koji opisuju kapacitet baterije:

- Amper-sati [Ah]: označuje jakost struje koje baterija može isporučiti pri konstantnoj stopi u određenom vremenskom periodu.

- Rezervni kapacitet: označava vrijeme, u minutama, u kojem baterija može može isporučiti određenu razinu struje.

- kWh kapacitet: označava metričku mjeru energije (volt*amper*vrijeme) potrebnu da se ispražnjena baterija napuni u potpunosti.

Page 4: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

2

• Napon - po definiciji baterija se sastoji od dvije ili više ćelija povezanih zajedno. Npr. ćelija olovne baterije proizvodi oko 2.1V. Napon se definira pri potpuno napunjenoj bateriji, te se on smanjuje sa pražnjenjem baterije. Na slici 1.1 prikazan je ovisnost napona o ispražnjenosti baterije

Slika 1.1.1 Napon ćelije u ovisnosti o stupnju ispražnjenosti baterije

• Dubina ciklusa - potpuno pražnjenje baterija često uništi bateriju ili značajno smanji kapacitet. Olovne baterije dubokih ciklusa se mogu isprazniti na 15-20% svog kapaciteta. Neovisno jesu li baterije duboko-ciklusne ili ne, duboko pražnjenje skraćuje životni vijek baterije. Duboko-ciklusne baterije mogu trajati 300 ciklusa punjenja pri 80% pražnjenja ili 600 ciklusa pri 50% pražnjenja.

• Težina/volumen - dizajneri moraju razmotriti težinu i volumen baterija pri dizajniranju vozila. Različite vrste baterija će pružiti dizajneru različite kapaciteta energije i snage za zadanu težinu ili volumen. Ključni kriterij pri izboru je specifična snaga/energija i gustoća snage/energije.

Page 5: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

3

• Gustoća energije [Wh/dm3] i specifična energija [Wh/kg] - predstavlja koliko se energije može izvući iz baterije po jedinici volumena ili mase baterije.

Slika 1.1.2 Gustoća baterija po kilogramu ili litri različitih vrsta baterija

• Gustoća snage [kW/dm3] i specifična snaga [kW/kg] - predstavlja koliko se snage može izvući iz baterije po jedinici volumena ili mase baterije. Visoka specifična snaga rezultira niskom specifičnom energijom jer brzo uzimanje energije iz baterije (pri visokoj snazi) snižava dostupnu energiju.

• Radna temperatura - baterije rade najbolje u ograničenom rasponu temperature. Mokro olovna ćelija ima najbolje performanse između 30 i 35°C. Pri temperaturama iznad 50°C se oštećuju i gube životni vijek. Performanse im se smanjuju pri temperaturama ispod 22°C, što je hladnije performanse su im lošije. Pri temperaturi smrzavanja (0°C) baterije djeluju tromo - ne izgube energiju, nego kemija sprječava isporuku energije.

Slika 1.1.3 Ovisnost životnog vijeka baterije o radnoj temperaturi

Page 6: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

4

• Sulfatizacija - pri slaboj napunjenosti baterije u olovnim baterijama može doći do sufatizacije koja može ozbiljno oštetiti bateriju. Pri slaboj napunjenosti kristali olova(PbSO4) koji se formiraju pri pražnjenju mogu postati tako veliki da se odupiru rastavljanju pri procesu punjenja. Sulfatizacija se pojavljuje kada je baterija duže razdoblje ostavljena pri slaboj napunjenosti.

• Samopražnjenje - baterija koja se ne koristi će se tokom vremena isprazniti sama od sebe. To vrijedi posebice za sekundarne (punjive) baterije u odnosu na primarne (ne punjive) baterije.

Slika 1.1.4 Stupanj samopražnjenja u odnosu na vrijeme i o ovisnosti o temperaturi

1.2. Vrste baterija

Postoje mnogo vrsta baterija koja se trenutno koriste ili razvijaju za korištenje u HEV-u. Neke vrste su dovoljno razvijene za primjenu, dok su druge još razvijaju. One se odabiru prema različitim kriterijima kao što su cijena, broj ciklusa punjenja-pražnjenja, uvjetima rada i sl. Vrste baterija i njihove karakteristike prikazane su na sljedećem popisu.

1.2.1. Karakteristike baterija koje se koriste u HEV

Olovna baterija: Sastavljene su od olovnih ploča koje su uronjene u elektrolitsku otopinu sumporne kiseline i vode. Prednosti olovnih baterija su niska cijena i dostupnost. Dok nedostatci su niska gustoća energija i nizak životni ciklus. Ova vrsta baterija se može uništiti sa potpunim pražnjenjem.

Napredna olovna baterija: Jednake su olovnima po sastavu, ali imaju veću gustoću energije i veći životni ciklus. Ventilsko regulirane olovne baterije (VRLA) pokazuju veliki potencijal.

Page 7: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

5

Nikal - kadmij baterija: Sastavljene su od katode od nikal hidroksida i anode od kadmija uronjene u alkalnu elektrolitnu otopinu. Prednost im je veća gustoća energije u odnosu na olovne te dostupnost. One mogu isporučiti veliku jakost struje pri konstantnom naponu i otporne su na fizička djelovanja. Nedostatak im je otrovnost i memorijski efekt. Ako se baterija samo djelomično isprazni prije punjenja, ćelije će se ponašati kao da imaju manji kapacitet neko što zapravo imaju. To je memorijski efekt. Može im se obnoviti kapacitet sa nekoliko ciklusa potpunog punjenja i pražnjenja.

Nikal - metal hidrat baterija: Sastoje se od metalne legure za pohranu vodika, od nikal-oksid katode i elektrolita od kalijevog hidroksida. Prednost tim je visoka efikasnost i mogu se brzo napuniti. Također su "eco-friendly".

Litij - ionska baterija: Litij se čini kao idealni materijal za baterije. Najlakši je metal te ima najveći električni potencijal od svih metala. Nažalost, litij je nestabilan metal, tako da baterije koje koriste litij moraju biti načinjene od iona litija kao što je litij-tionil klorid. Čak i od tako napravljenih baterija postoji opasnost. Mnogo anorganskih dijelova od kojih se baterija sastoji su uništeni od iona litija. U kontaktu sa vodom litij reagira i proizvodi vodik koji se može zapaliti ili može dovesti do stvaranja velikog tlaka u ćelijama. U slučaju taljenja litija (180°C), u kontaktu sa katodom uzrokuje nestabilne kemijske reakcije. Zbog navedenog, litij-ion baterije su ograničene na male veličine. Prednost im je da nemaju memorijski efekt i ne sadrže otrovne metale.

Cink - brom baterija: Sastoji se od dvije suprotno nabijene tekućine i membrane koja je izmjenjivač iona. Elektrolit je najčešće otopina cinka, kalij-bromida i klora. Prednost je visoka gustoća energije i dugi životni vijek. Nedostatak je složenost strukture baterije jer treba sadržavati pumpu, te otrovnost broma, koji je u tekućem i plinovitom obliku otrovan i jako iritantan.

Litij - polimer baterija: One pokazuju veliki potencijal za zadovoljavanje potreba HEV jer imaju visoku specifičnu snagu i energiju. Glavni nedostatak je toplina koju oslobađa baterija pri pražnjenju. Drugi nedostatak je vrijeme potrebno da baterija postigne radnu temperaturu.

Natrij - nikal - klor baterija: Sastoji se tekućeg natrija koji je negativne elektrode i od čvrste pozitivne elektrode koja sadrži nikal i nikal-klorid. Elektrolit i elektrode su smješteni u metalno kućište koje je ujedno i negativni pol ćelije. Prednost je visoka gustoća energije i veliki životni ciklus. Dok su nedostaci vrlo visoka radna temperatura i veliki stupanj samopražnjenja.

Cink - zrak baterija: Baterija koristi anodu od cinka i elektrolit kalijev hidroksid kao bazu, dok je katoda baterije izrađena od poroznog ugljika koji apsorbira kisik iz zraka. Prednost im je visoka gustoća energije, dok im je nedostatak nizak životni ciklus, niska gustoća energije, mala efikasnost i puno veći napon punjenja od napona koji može isporučiti.

Vanadij - redoks baterija: Sastoji se od dva elektrolita na bazi vanadija i membrane koja je protonski izmjenjivač. Izraz redoks znači redukcijska oksidacija. Baterija proizvodi struju tako da se jedan elektrolit reducira, dok drugi oksidira tj. jedan predaje elektrone, a drugi prima elektrone. Prednost baterije je da se može isprazniti do kraja bez oštećenja i visoka efikasnost. Glavni nedostatak baterije je relativno niska gustoća energije, kompleksnost sustava i visoka cijena. Baterija je još uvijek u razvoju ali ima veliki potencijal za korištenje u električnim vozilama.

Page 8: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

6

Vrsta baterije

Gustoća energije [Wh/dm3]

Specifična snaga

[W/kg]

Broj ciklusa

Radna temp.

[°C]

Stupanj

samopražnjenja

[% na mjesec]

Zrelost Cijena

[$/kWh]

Olovna 23 - 35 75 - 130 200 - 400

-18 - +70

2 - 3 U proizvodnji

100-125

Napredna olovna

60 - 75 240 - 412 500 - 800

-18 - +70

2 - 3 U proizvodnji

500

Nikal-metal hidrat

143 - 300 250-1000 500 -1000

-30 - +75

2 - 30 U proizvodnji

525-540

Nikal - kadmij

50 - 150 50 - 200 1000- 2000

-40 - +60

10 - 20 U proizvodnji

Litij - Ion

100 - 150 300 400 - 1200

-50 - +70

8 - 31 Laboratorij 1300

Cink - brom

16 - 39 100 2000 20 - 30

~0 Laboratorij 300

Litij - polimer

300 260- 450 400 - 1000

60 - 100

5 laboratorij 1300

Natrij - nikal - klor

90 155 3000 270 - 350

400 Prototip 300

Cink - zrak

1500 100 240 - 450

-20 - +60

20 - 50 prototip 300

Vanadij redoks

15 - 25 110 10000 -5 - +50

~0 prototip 300

Tablica 1.2.1. Vrste baterija u HEV. Prikazuje vrste baterija koje se koriste u HEV, poredane od najviše korištene do najmanje korištene. Gustoća snage se mjeri kao 20 sekundno pražnjenje baterije za 80%. Broj cikluse se mjeri pri pražnjenju baterije za 80%.

Page 9: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

7

1.2.2. Baterije u razvoju:

Postoji nekoliko drugih vrsta baterija koje su znanstvenici razmatraju za korištenje kod HEVa, ali njihova upotreba nije uobičajena. Na sljedećem popisu prikazane su njihove prednosti i nedostaci: Aluminij - zrak baterija: Ima dugi rok trajanja i visoku gustoću energije. Radi na principu reakcije aluminija i zraka. Zrak se mora filtrirati, te se mora ukloniti CO2 i vlaga. Voda i elektrolit se moraju pumpati, te se mora održavati određena radna temperatura. Takva izvedba je vrlo kompleksna. Osim kompleksnosti negativna strana baterije je i niska efikasnost. Baterije se ne pune električno već se "pune" zamjenom aluminijskih anoda i vode.

Ion - zrak baterija: Karakterizira ju visoka gustoća energije, dok su joj negativne strane kompleksnost, kratak životni ciklus i visok stupanj samopražnjenja. Baterija koristi elektrode načinjene od željeza i ugljika. Elektrode od ugljika daju kisik za elektrokemijsku reakciju. Ova vrsta baterija se može električno puniti. Temperatura znatno utječe na performanse ovih baterija, tako da baterije pri temperaturama manjim od 0°C imaju jako loša svojstva.

Litij - željezni sulfid baterija: Sastavljena je od litijeve anode i katode od željeznog sulfida koje su smještene u elektrolit od rastopljene soli. Prednost im je visoka gustoća energije, a negativno im je visoka radna temperatura.

Nikal - željezo baterija: Sastavljena je od anode od cinka i katode od oksida nikla. Prednost im je visoka gustoća energije i dobro podnošenje vibracija i visokih temperatura. Nedostatak im je visoka cijena i visok stupanj samopražnjenja.

Nikal - cink baterija: Ova vrsta baterije koristi katodu od oksida nikla i anodu od cinka, te su one smještene u maloj količini elektrolita od kalijevog hidroksida. Prednost im je visoka gustoća energije, a negativno im je kratak životni ciklus. Također imaju komplicirano punjenje u smislu da se cink smjesti u područja gdje nije poželjan, što dovodi do fizičkog slabljenja i mogućeg kvara elektrode.

Srebro - cink baterija: Katoda ove baterije je sastavljena od srebrenih folija zalijepljenih sa srebrenim oksidom. Anoda je porozna ploča od cinka. Elektrode su smještene u otopini kalijevog hidroksida zasićenog sa cink-hidroksidom. Prednost im je visoka gustoća energije, dok im je negativno visoka cijena i kratak životni ciklus. Visoka cijena je rezultat velike količine srebra potrebne za konstrukciju baterije.

Natrij - sumpor baterija: Ova vrsta baterija za razliku od ostalih koristi kruti elektrolit od beta aluminija i tekuće elektrode od otopljenog sumpora i natrija. Da bi radila, ovu vrstu baterija treba zagrijati na 325°C jer pri toj temperaturi sumpor i natrij postaju tekući. Prednost joj je visoka gustoća energije i visoka efikasnost, a nedostaci su joj visoka radna temperatura. Ova vrsta baterije se već koristila u električnom automobilu Ford Ecostar.

Cink - klor baterija: Rade na istom principu kao i cink brom baterija, jedino što ova baterija zahtijeva još i hlađenje prilikom punjenja. Prednost joj je visoka gustoća energije i dug životni ciklus. Nedostatak joj je kompleksnost, otrovnost i zahtijeva hlađenje.

Page 10: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

8

1.3. Primjer baterije u HEV Za primjer ćemo uzeti bateriju u danas najrazvijenijem hibridnom električnom vozilu - Toyoti Prius. Toyota Prius od prve generacije vozila koristi NiMH bateriju, te ju sa svakom generacijom poboljšava.

Slika 1.3.1 Baterija iz Toyote Prius

Baterija u 4. generaciji vozila se sastoji od 28 modula sa sveukupno 168 ćelija, te teži 1040 g po modulu. Radi na naponu od 201.6V i ima kapacitet od 6.5 Ah. Može isporučiti snagu od 21 kW. Baterija je predviđena da traje najmanje 280000 kilometara i Toyota daje 8 godina garancije na nju. U 3. i 4. generaciji vozila u slučaju kvara baterije izvan garantnog roka ona se može reparirati, dok se kod starijih generacija morala mijenjati cijela baterije koja košta otprilike 4000$ (25000kn). Za buduće generacije vozila Toyota razvija magnezij-sulfat bateriju. Ona ima veliki potencijal jer ima gotovo duplo veći kapacitet od današnjih litij-ionskih baterija. Također Toyotini inženjeri razvijaju druge napredne baterije koje sadrže komponente od aluminija ili kalcija, da bi se postigla zadovoljavajuća autonomija baterija i brzina punjenja.

Slika 1.3.2 Razvoj baterije kroz 4 generacije Priusa. Vidljivo je da je povećana

specifična snaga i specifična energija baterije što znači da za isti volumen baterije vozilo može proći više kilometara i isporučiti veću snagu.

Page 11: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

9

1.4. Pouzdanost baterija

Rad baterija se temelji na vrlo reaktivnim kemijskim reakcijama koje pod određenim okolnostima mogu dovesti do neželjenih toplinskih prekoračenja koje mogu rezultirati ozbiljnim fizičkom oštećenjem. To može biti posebno opasno kod baterija velikih formata. Katastrofalni kvarovi koje nisu uzrokovane fizičkim oštećenjem su izuzetno rijetki i obično su nasumični događaji kao što su onečišćenje aktivnih kemikalija. Mogu se okarakterizirati sa vrlo niskom ali prilično konstantnom učestalošću kvara.

Od prvog predstavljanja baterija pa do danas, mnogo rada se posvetilo u cilju poboljšanja sigurnosti baterija. Poboljšane su u smislu sigurnijih kemijskih ćelija i bolje kontrole u njihovoj proizvodnji, te u smislu vanjske zaštite ćelija i elektronike koje se nalaze u bateriji. Iako je sa povećanom sigurnošću smanjen broj kvarova, baterije svejedno predstavljaju potencijalnu opasnost zbog toga jer do havarije baterije može doći zbog istrošenosti baterija koje je jako teško predvidjeti.

Kako nove baterije u HEV-u mogu koštati kao i cijelo vozilo u kojem se koriste, korisnici očekuju da traju tako dugo kao i vozilo. To je uobičajeno 8 do 10 godina. Problem je u tome da većina baterija koje se primjenjuju u HEV ne postoje tako dugo, pa se stoga ne može točno odrediti trajanje baterije. Određivanje vijeka trajanje baterije je prilično teško. Podatci o vijeku trajanja nisu općenito pristupačni, a njihovo mjerenje je skupo zbog toga jer se veliki broj baterija mora testirati do uništenja. Nadalje, potrebno vrijeme za testiranje kojim se provjeravaju predviđanja je često veće nego vrijeme za donošenje važnih komercijalnih odluka. Baterije velikih kapaciteta imaju jako dugo vrijeme punjenja i pražnjenja. Korištenje ubrzanog testiranja za određivanje vijeka trajanja baterije vrlo vjerojatno daje pogrešne rezultate zbog toga jer vijek trajanja baterije ovisi o temperaturi, brzini i dubini pražnjenja. Zbog toga pri uvjetima kod ubrzanog testiranja će doći do različitih novih i nereprezentativnih vrsta kvarova.

Dok su predviđanja pouzdanosti u određenim sektorima jako korisna, kao što su primjena u konstantno kontroliranom okružju, uvjetima rada i opterećenju. Međutim veliki broj baterija, pogotovo one korištene u automobilima, rade u različitim uvjetima rada sa velikom varijacijom opterećenja. Pa stoga predviđanje životnog vijeka tih baterija je mnogo kompliciranije.

Najčešća mjera za životni vijek baterije je broj ciklusa punjenja i pražnjenja. Definira se kao ukupan broj ciklusa punjenja i pražnjenja pri kojem kapacitet baterije padne ispod 80% kapaciteta nove baterije. Kod baterija visoke snage ukupan broj ciklusa se definira kada se otpor baterije duplo poveća u odnosu na otpor nove baterije. Važno je da se pri testiranju definira dubina pražnjenja baterije jer sa manjom dubinom pražnjenja broj ciklusa punjenja i pražnjenja eksponencijalno raste. Životni vijek je definiran kao vrijeme u kojem kapacitet baterije padne ispod 80% i prikazan je na slici 1.4.1.

Page 12: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

10

Slika 1.4.1 Stupanj samopražnjenja u odnosu na vrijeme i u ovisnosti o temperaturi

S obzirom da je starenje baterija gotovo linearno tokom perioda mjerenja, ono se nastoji ekstrapolirati da se dobe performanse za duže razdoblje. Linearan pad performansi nam govori da na trošenje utječe samo jedan faktor, pa stoga nema garancije da baterija neće zakazati zbog nekog drugog razloga.

Page 13: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

11

1.5. Ultrakondenzator

U nastojanju da se poveća pohrana energije kod hibridnih električnih vozila razvijeni su ultrakondenzatori. Ova tehnologija puno obećava jer ultrakondenzator je ujedno baterija i kondenzator. Njihova prednost je što se jako brzo pune i imaju veliki broj ciklusa punjenja i pražnjenja.

Tehnologija ultrakondenzatora se temelji na električnom dvoslojnom fenomenu. Kao i u konvencionalnom kondenzatoru, u ultrakondenzatoru dva vodiča i dielektrično sredstvo stvaraju električno polje gdje je spremljena energija. Dvostruki sloj je stvoren tako da se elektrode odvoje sa intervenirajućim izolatorom. Tako ti kondenzatori imaju virtualne ploče koje su u stvari dva sloja istog supstrata. Njihova elektrokemijska svojstva, takozvana "električni dvostruki sloj", rezultiraju učinkovitim odvajanjem naboja unatoč zanemarivo tankim fizičkim odvajanjem slojeva. Nedostatak potrebe za velikim slojem dielektrika i poroznosti korištenog materijala omogućuje pakiranje ploča(elektorda) sa mnogo većom površinom u određenom volumenu, što rezultira velikim kapacitetom u praktičnoj veličini kondenzatora.

Slika 1.5.1. Razlike u konstrukciji kondenzatora (desno je prikazan dupli sloj koji je

temelj proizvodnje ultrakondenzatora)

Ultrakondenzatori imaju jako veliki kapacitet do 3000 F, ali njihov radni napon iznosi samo otprilike 2V. U odnosu na baterije prednost visok stupanj korisnog djelovanja, visoka gustoću snage, mnogo manje vrijeme punjenja, mali serijski otpor, rad pri niskim temperaturama i veliki broj ciklusa punjenja i pražnjenja.

Na slici 1.5.2. je prikazana razlika između olovnih baterija, konvencionalnih kondenzatora i ultrakondenzatora.

Page 14: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

12

Slika 1.5.2. Razlika performansi između olovne baterije, ultrakondenzatora i konvencionalnih kondenzatora

Ultrakondenzatori se primjenjuju u HEV za pohranu kinetičke energije kod kočenja jer mogu preuzeti veću količinu energije u kratkom vremenskom intervalu, koja se kasnije može iskoristiti kod većih opterećenja. Oni također mogu zamijeniti dodatne baterije koje se koriste za dobavu energije pri vršnim opterećenjima, te se na taj način može poboljšati mehanički sustav i smanjiti veličina sustava.

U slučaju ultrakondenzatorski HEV glavni izvor energije bi bilo motor s unutarnjim izgaranjem koji bi se koristio za kontinuirano opterećenje i osnovne električne potrebe. Uloga ultrakondenzatora bi bila kao sekundarni izvor energije, te bi se koristio kod kratkoročnih većih opterećenja.

Ultrakondenzatori neće u potpunosti zamijeniti baterije u HEVu jer njihova prednost je u velikoj specifičnoj snazi, a ne u velikoj specifičnoj energiji. Zbog toga će se u HEV kombinirati baterije i ultrakondenzatori, te će se na taj način iskoristiti najbolja svojstva od njih.

Page 15: Baterije u HEV

Luka Mihoci Baterije u HEV

13

Popis literature [1] http://www.thermoanalytics.com/support/publications/batterytypesdoc.html

[2]http://rumors.automobilemag.com/toyota-looking-magnesium-batteries-hybrids-electrics-13411.html

[3] http://www.toyotapriusbattery.com/index.html

[4] http://www.mpoweruk.com/

[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Rechargeable_battery