Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание
• Введение

1. Немного истории

2. Ионистор

3. Силовые электрохимические конденсаторы

3.1 Применение ЭХК в энергетических установках с нестабильными характеристиками

3.2 Применение ЭХК для энергетических установок ограниченной мощности

3.3 Принципы работы, конструкции, характеристики силовых электрохимических конденсаторов

• Заключение


Введение

Развитие мировой экономики и повышение уровня жизни базируются на стремительном увеличении потребления энергии. Сопоставление этих зависимостей во времени показывает, что на единицу прироста внутреннего валового продукта и показателя уровня жизни приходится все больше потребляемой энергии, что в условиях конечности запасов энергоресурсов ставит перед мировой экономикой нетривиальные задачи поиска новых источников энергии и разработки новых энергосберегающих технологий.

Известен еще один способ обеспечения прироста энергоресурсов - утилизация потребленной энергии. Это весьма значительный потенциал прироста энергоресурсов, который в общем виде составляет значение равное [(1 - кпд) *(потребленная энергия)].

К сожалению в настоящее время не существует надежных и экономически обоснованных методов утилизации тепловой энергии и поэтому продукция металлургических и иных энергоемких производств, охлаждаемые технические устройства по прежнему нагревают атмосферу.

Однако для утилизации кинетической энергии движущихся технических устройств в режиме торможения существует уникальное инженерное решение в виде суперконденсатора - накопителя аномального количества энергии, позволяющего в течение нескольких десятых долей секунд подхватить тормозную энергию движущегося объекта с массой от мопеда до большегрузного железнодорожного состава.

Таким образом, суперконденсатор является единственным техническим устройством, позволяющим рекуперировать энергию торможения, что дает возможность утилизировать до 25% потребленной энергии.



1. Немного истории

В 1878 г. Р. Кольрауш обнаружил, что граница между электродом и раствором ведет себя по отношению к переменному току, как электрический конденсатор большой емкости. Его объяснение этому явлению было максимально простым по тому времени, при пропускании переменного тока на электроде создастся не видимая глазом газовая пленка из выделяющегося кислорода и водорода. И ведет она себя как некий изолятор, разделяющий заряды электрода и заряды ионов раствора. В итоге образуется конденсатор большой емкости.

В 1881 Г. Гельмгольц, предположил, что на границе электрод - раствор создастся двойной электрический слой (ДЭС) зарядов: один - на металле, другой в виде ионов - у поверхности электрода. Им было теоретически описано строение двойного электрического слоя на поверхности электродов и предсказано использования этого явления в устройствах для запасания энергии.

В 1878 г. ученик А.Г. Столетова, профессор Казанского университета Р. А. Колли показал, что находящиеся в двойном слое ионы удерживаются от разряда благодаря взаимодействию с растворителем.

В 1924 г. Отто Штерн, профессор Гамбургского университета, Нобелевский лауреат, предложил учитывать адсорбцию ионов, происходящую под влиянием химических сил. В своей модели двойного слоя он объединил модели Гельмгольца и Гюи-Чапмена. Модель Штерна объясняла явления перезарядки поверхности в электрокинетических измерениях и очень хорошо согласовывалась с экспериментальными данными.

В 40-х годах XX века американский ученый Дональд Грэм предположил, что существуют две плоскости Гельмгольца: одна, внутренняя, плоскость электрических центров специфически адсорбированных ионов или молекул растворителя и другая, внешняя, плоскость центров неорганических катионов, которые специфически не адсорбируются. Таким образом, в пространстве между поверхностью металла или твердого тела и раствором имеются как бы три последовательно соединенных конденсатора: электростатическая емкость пространства между металлом и внутренней плоскостью Гельмгольца, электростатическая емкость пространства между двумя плоскостями Гельмгольца и емкость диффузного слоя.

Работы по улучшению свойств электрохимических конденсаторов привели к появлению в конце 20 века суперконденсаторов с удельной емкостью до 10 Вт*ч/кг, что позволило использовать суперконденсаторы для нужд гибридного и электротранспорта.

Первый конденсатор с двойным слоем на пористых угольных электродах был запатентован в 1957 году фирмой General Electric. Так как точный механизм к тому моменту времени был не ясен, было предположено, что энергия запасается в порах на электродах, что и приводит к образованию «исключительно высокой способности накопления заряда». Чуть позже, в 1966 фирма Standard Oil of Ohio, Cleveland (SOHIO), USA запатентовала элемент, который сохранял энергию в двойном слое.

Столкнувшись с фактом небольшого объёма продаж, в 1971 году SOHIO передала лицензию фирме NEC, которой удалось удачно продвинуть продукт на рынке под именем «Supercapacitor». В 1978 году фирма Panasonic выпустила на рынок «Gold capacitor» («Gold Cap»), работающий на том же принципе. Эти конденсаторы имели относительно высокое внутреннее сопротивление, ограничивающее отдачу энергии, так что эти конденсаторы применялись только как накопительные батареи для SRAM.

Фирмы Maxwell Technology, Evans Capacitor для мощных военных систем впустила конденсаторные батареи моделей 3STHQ3 и 3PTHQ3 на СК серии THQ3 (компания называет их гибридными конденсаторами. Емкость СК серии лежит в диапазоне 3,3-150 мФ при напряжении от 125 до 10 В. Диапазон рабочей температуры конденсаторов - -55…125°С. СК серий THQA2-HT и HC-HT емкостью 68-580 мкФ, рассчитанные на работу при температуре 200°С. Напряжение конденсаторов при 200°С составляет 30-75 В.

СК для сильноточных систем выпускает компания Wima (Германия). Напряжение их конденсаторов серий SuperCap равно 2,7 В по постоянному току, емкость - 110-600 Ф, рабочий и импульсный токи - до 100 и 800 А, соответственно. Первые ионисторы с малым внутренним сопротивлением для применения в мощных схемах были разработаны фирмой PRI в 1982 году. На рынке эти ионисторы появились под именем «PRI Ultracapacitor». В России производством электрохимических силовых конденсаторов занимаются компания ЭСМА, Елецкий завод «Энергия», ЗАО "Научно Производственное Объединение "ТехноКор", ИНКАР-М. Их продукция в основном идет на экспорт.

Рис.1 Тенденции снижения стоимости 1 кДж запасаемой энергии и 1Ф емкости ЭХК к 2012 году.



2. Ионистор

Изделия применяемые для электронной техники принято называть ионисторами. Не смотря на то что они аналогичны подобным изделиям другого назначения, их свойства отличаются от силовых ЭХК и уступают им по некоторым параметрам, поэтому о них надо сказать отдельно.

Ионисторам присущи уникальные свойства: высокая удельная емкость, длительность и надежность сохранности заряда.

Они могут безотказно функционировать в цепях постоянного и пульсирующего тока в широком диапазоне механических и климатических воздействий.

Ионистор - это энергонакопительный конденсатор, заряд в котором накапливается на границе раздела двух сред - электрода и электролита (в двойном электрическом слое). Энергия в ионисторе содержится в виде статического заряда. Накопление совершается, если к его обкладкам будет приложена разность потенциалов (постоянное напряжение). Концепция создания ионисторов появилась недавно, и в настоящее время они заняли свою нишу применения. Ионисторы успешно могут заменять химические источники тока в качестве резервного (микросхемы памяти) или основного подзаряжаемого (часы, калькуляторы) источника питания.

Если обычный конденсатор представляет собой обкладки из фольги, разделенные диэлектриком, то ионистор - это комбинация конденсатора с электрохимической батареей -- электрохимический конденсатор. В нем применяются специальные материалы для обкладок и электролит. В качестве обкладок используются материалы одного из трех типов: обкладки большой площади на основе активированного угля, оксиды металлов и проводящие полимеры.

Использование высокопористых угольных материалов позволяет достичь плотности емкости порядка 10 Ф/см3 и больше. Ионисторы на базе активированного угля наиболее экономичны в изготовлении. Их еще называют двухслойными или DLC - конденсаторами, потому что заряд сохраняется в двойном слое, образующемся на поверхности обкладки.

Электролит ионисторов может быть водным либо органическим. Ионисторы на основе водного электролита обладают небольшим внутренним сопротивлением, но напряжение заряда для них ограничено 1 В. А ионисторы на основе органических электролитов обладают более высоким внутренним сопротивлением, но обеспечивают напряжение заряда 2...3 В.

Рис.2 Зависимость тока утечки ионистора К58-3 от приложенного напряжения.

Хорошо видно резкое увеличение тока утечки при напряжении более 2,5 В. Из рисунка 2, наглядно видно, что его ток утечки растет при напряжениях превышающих 2,5 -- 2,7 В, что определяется электрохимическими процессами в электролите. т. е. их применение при таких напряжениях нецелесообразно и опасно для ионисторов, потому что в начинается электролиз и соответственно газовыделение.

Для питания электронных схем нужны более высокие напряжения, чем обеспечивают ионисторы. Для получения нужного напряжения их включают последовательно. 3-4 ионистора обеспечивают напряжение достаточной величины. Величина энергетической емкости ионисторов на самом деле огромна и измеряется в фарадах (Ф). В ионисторах достижима энергетическая плотность до 10 Вт/кг. Она больше, чем у типичных конденсаторов, но меньше, чем у лучших аккумуляторов. Относительно низкое внутреннее сопротивление ионисторов обеспечивает хорошую проводимость.

Ионистор может запасать энергию, примерно равную 1/10 энергии никель металл гидридного аккумулятора. В то время как аккумулятор выдает относительно постоянное рабочее напряжение, напряжение на ионисторе, как у всякого конденсатора, понижается линейно от рабочего значения до нуля и ему не присущи такие плоские зоны характеристики разряда, как у аккумуляторов.

Ионисторы могут работать и в буфере с батареями в целях защиты их от резких скачков тока нагрузки: при низком токе нагрузки батарея подзаряжает суперконденсатор, и если ток резко возрастет, суперконденсатор отдаст запасенную энергию, чем уменьшит нагрузку на батарею. При таком варианте использования его размещают либо непосредственно возле аккумуляторной батареи, либо внутри ее корпуса.

Преимущества ионисторов:

· большой срок службы;

· малое внутреннее сопротивление;

· быстрый заряд;

· работа ионистора при любом напряжении, не превосходящем номинального;

· неограниченное число циклов заряд/разряд;

· отсутствие необходимости контроля за режимом зарядки;

· использование простых методов заряда;

· широкий диапазон рабочих температур: -25...+70 °С;

· относительная дешевизна ионисторов.

Недостатки ионисторов:

· не обеспечивают достаточного накопления энергии;

· маленькая энергетическая плотность;

· низкое напряжение на некоторых типах ионисторов;

· для получения требуемого напряжения необходимо последовательное подключение нескольких элементов;

· высокий саморазряд.

Применение ионисторов:

- буферные источники питания в:

· таймерах различных электронных устройств,

· резервное питание памяти, что с появлением флеш памяти стало менее актуально,

- электронные счетчики электрической энергии;

- охранная сигнализация;

- электронные измерительные приборы и т. п.

- для продления срока службы батарей цифровых фотоаппаратов и камер,

- для замещения электролитических танталовых конденсаторов,

- для улучшения характеристик источников на основе литиевых и NiMH элементов при температурах ниже 0°С и в других случаях.

Таблица 1. Характеристики серийно выпускаемых ионисторов.

Тип ионистора	Емкость, Ф	Номинальное напряжение, В	Внутреннее сопротивление, Ом	Масса, г
К58-3	2,00	2,5	30	2,0
К58-9а	0,47	2,5	80	0,5
К58-9а	2,00	2,5	30	2,0
К58-96	0,62	5,0	60	11.0
К58-96	1,00	5,0	60	11,0
К58-96	0,62	6,3	90	11,0
К58-98	1,00	5,0	60	8,0
К58-98	0,62	6,3	90	10,0



3. Силовые электрохимические конденсаторы

Не смотря на то что силовые электрохимические конденсаторы (ЭХК) принадлежат к той же группе конденсаторов с двойным слоем к ним предъявляются специфические требования. Высокая удельная плотность энергии, длительный ресурс (соизмеримый с ресурсом изделий на которых они устанавливаются), высокий КПД (низкое сопротивление потерь ESR и низкие утечки), высокий ток в нагрузке и самое главное широкий рабочий температурный диапазон. Работы по улучшению свойств электрохимических конденсаторов привели к появлению в конце 20 века СЭК с емкостью до 10 Вт*ч/кг, а в 2011 году появились образцы с удельной емкость 85.6 ватт-часов на килограмм при комнатной температуре и 136 Вт-ч/кг при 80 °C (Суперконденсатор из графена лучше химических батарей), что позволяет использовать ЭХК в качестве буферных накопителей энергии:

· для энергетических установок с нестабильными энергетическими характеристиками. Таких как ветро - электрогенерирующие установки, электростанции с полупроводниковыми солнечными панелями, приливные электростанции

· для энергетических установок с ограниченной мощностью в случае их применения для питания нестабильных нагрузок, например топливные элементы. В том числе как буферные в электротранспорте с аккумуляторными источниками питания, позволяет применить АБ на меньшие пиковые токи, что удлинняет срок из службы.

· для приводов и гибридных транспортных средств, где характерны кратковременные пиковые нагрузки при трогании и разгоне.

3.1 Применение ЭХК в энергетических установках с нестабильными характеристиками

ЭХК являясь по сути именно конденсаторами позволяют накопить энергию в пиках отдачи мощности генерирующими устройствами запасти энергию, с тем чтобы при снижении или в паузе отдать ее в нагрузку. Это позволяет вывести качество подобных электроустановок на уровень промышленных стандартов. А применение преобразующих DC/DC установок, которые в принципе присутствуют в таких системах, позволит увеличить используемую долю запасенной в ЭХК более 50%.

3.2 Применение ЭХК для энергетических установок ограниченной мощности

При работе нагрузок с постоянно изменяющимися мощностями отбора от энергетических установок с большим внутренним сопротивлением применение ЭХК позволяет выровнять отбор мощности на допустимом уровне при сохранении необходимой динамики нагрузки.

Применение ЭХК для нужд гибридного и электротранспорта.

Суть применения ЭХК заключается все в том же накоплении энергии и кратковременной отдаче ее в привод в моменты трогания с места, разгона транспортного средства. Это позволяет например на транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания 60 кВт иметь общую мощность на колесах до 120 кВт (с помощью электропривода 60 кВт на колеса) в режиме строгания или разгона. При средней мощности все те же 60кВт. Это позволяет снизить расход топлива до 50% и увеличить ресурс двигателя.

Другая особенность применения ЭХК в транспортных средствах, это возможность «активного торможения», в процессе которого энергия движения транспортного средства преобразуется обратно в электрическую энергию которая в свою очередь возвращается в ЭХК. Это рекуперация энергии. В результате энергия полученная при торможении электроприводом может повторно использоваться при последующем разгоне.

Примеры применения ЭХК:

Бортовые системы пуска дизелей тяжелых грузовых автомобилей включают ЭХК и комплект специально разработанных НИИСТА аккумуляторных батарей (АБ), образующие единый энергоблок для пуска (1-3 с) и прокрутки (10-15 с) двигателей при температурах до минус 50°С. ЭХК обеспечивает пиковую мощность на стартере, необходимую для раскручивания коленвала до пусковых оборотов особенно при низких температурах и недостаточной степени заряженности АБ. Энергоблоки имеют два схемных решения: по простой схеме имеет место «буферное» подключение с помощью дополнительного выключателя массы ЭХК к АБ на период пуска и движения автомобиля; во втором случае осуществляется автоматическое подключение ЭХК к АБ перед пуском и автоматическое отключение ЭХК от бортовой сети после пуска двигателя. «Отключаемый» вариант позволяет использовать ЭХК со значительно (1,75-2,0 раза) большими энергией и мощностью в тех же габаритах

Рисунок 3.

Опыт применения ЭХК для перемещения поезда метро до ближайшей станции, в случае потери сети: Метропоезд:

- вес - 160 Т, конденсатор ионистор технический

- расстояние - 800 М - скорость - 15 км/час

- время - 280 СЕК

ЭХ конденсаторы:

- напряжение - 640 В;

- емкость - 5,6 Ф;

- энергия - 1,3 мДж;

- количество в батарее- 14;

- общий вес - 530 Кг.

Рисунок 4.

Проект гибридного локомотива с супер конденсаторами

Технические характеристики:

· Формула ходовой части 1о+1+1о-1о+1+1о,

· Масса локомотива, 120 т,

· Скорость конструкционная - 95 км/ч,

· Емкость накопителя, - 10 МДж,

· Вес накопителя - 24 т,

· Экономия топлива - 50 - 80%

Рисунок 5

ё-мобиль - проектируемый российский гибридный автомобиль, комбинированная силовая установка: электрическая трансмиссия с питанием от генератора, вращаемого газово бензиновым двигателем, и ёмкостного накопителя энергии. В качестве накопителя энергии используется блок ЭХК (суперконденсаторов) ЗАО «ЭЛТОН» весом 100 кг, размещаемый под задними сидениями. Для его полной зарядки требуется 10 минут.

· максимальная скорость в 120 км/ч.

· Кросс купе ускоряется за 7 секунд до 100/км.ч

· межсервисный пробег -- 40 тыс. км.

Рисунок 6

Список моделей гибридных авто западных фирм:

BMW Active Hybrid X6, Audi A8 Hybrid, Volkswagen Touareg Hybrid, Hyundai Sonata Hybrid, BMW 5-Series Active Hybrid, Subaru Hybrid Tourer, Lexus CT 200h, Mitsubishi i-MiEV. В многих из них (по крайней мере в тех по которым есть информация) привод отличается от типового, электромеханического привода (как у Volvo C30 ReCharge ), где:

Мотор - генераторная установка вырабатывает электрическую энергию, NiMH аккумуляторная батарея, используется как накопитель энергии,

Система управления -- обеспечивает управление и регулирование мощности на ходовую часть, Мотор - колеса или электромотор на приводной оси обеспечивает передачу мощности на колеса.

Существуют и экзотические модели, где на типовой задний привод ставится дополнительный электромотор на кардан или полуось.

Практически все значимые производители отметились планами производства и новыми моделями гибридных авто.

3.3 Принципы работы, конструкции, характеристики силовых электрохимических конденсаторов

Механизм образования двойного слоя

При погружении металла в раствор его соли в зависимости от концентрации раствора одинаково вероятен как переход ионов металла из кристаллической решетки металла в раствор, так и обратный процесс. И в том и в другом случае на электроде создастся либо избыток, либо недостаток электронов. В связи с этим к электроду притягиваются те или иные ионы. Так на границе электрода с раствором образуются два слоя противоположных зарядов: один на самом электроде, другой в растворе, в непосредственной близости от электрода. Заряд на электроде может возникать и за счет внешнего источника тока. Тогда на одном электроде образуется избыток отрицательных зарядов, и около него сосредотачиваются катионы раствора, а на другом электроде - избыток положительных зарядов, и около него сосредотачиваются анионы. В любом случае на границе между электродом и раствором всегда образуется двойной электрический слой. Ионы, однако, обладают вполне определенным радиусом, а раз так, то их электрические центры могут подойти к поверхности электрода только на расстояние этого радиуса, от которого и зависит толщина слоя (называют его плотным слоем, а его границу в честь автора первой теории двойного электрического слоя - плоскостью Гельмгольца). Такой плоский конденсатор необычен. Расстояние между его "обкладками" равно радиусу ионов, то есть стомиллионным долям сантиметра. Если разность потенциалов равна одному вольту, то напряженность электрического тока достигает при этом миллиона вольт на сантиметр. Это очень высокая напряженность. Даже в мощных электростатических ускорителях заряженных частиц она гораздо меньше. Естественно предположить, что при такой высокой напряженности электрического поля реакционная способность веществ меняется, изменяются вообще химические свойства вещества. На катоде такие поля способны извлечь электроны из металлов и вызвать нейтрализацию катионов. А на аноде они обусловливают начальный акт растворения - переход металла из кристаллической решетки в двойной слой в виде ионов.

Существует несколько основных конструкций ЭХК

В большинстве представленных на рынке ЭХК электроды выполнены из разных сортов нанопористого углерода. Между электродами расположен сепаратор, проницаемый для ионов водного или жидкого органического электролита. При подаче разности потенциалов на электродах формируются двойной электрический слой (ДЭС), образуемые избыточными носителями противоположной полярности. Ёмкости ДЭС электродов C₁ и C₂ соединены последовательно через электролит, так что общая ёмкость ЭХК C = C₁C₂/(C₁ + C₂), а при C₁ = C₂ величина C = C₁/2. Для увеличения ёмкости ЭХК размеры нанопор анода (катода) подбираются так, чтобы в поры могли входить отрицательные (положительные) ионы электролита, имеющие разные размеры.

Разработан ряд электрохимических конденсаторов асимметричной конструкции, в которых один электрод (обычно отрицательный) выполнен из активированного углеродного материала и является идеально поляризуемым, а на другом электроде в процессе зарядно - разрядного цикла идут фарадеевские процессы (неполяризуемый электрод), сопровождающиеся изменением массы электрода и переносом заряда через гетерограницу электрод/электролит. Ёмкость положительного электрода обычно более чем на порядок превышает ёмкость отрицательного электрода при одинаковых размерах. Ёмкость асимметричного ЭХК определяется ёмкостью поляризуемого электрода: С = С₁.

По электрохимическому поведению ЭХК можно разделить на следующие типы:

ЭХК с органическим электролитом, с идеально поляризуемыми электродами (симметричные ЭХК), например, со следующими структурами: Au--30-% водный раствор KOH-Au+; C--38-% водный раствор H₂SO₄-C+; Pt--органический электролит-Pt+. В таких ЭХК на электродах в рабочем интервале напряжений электрохимические реакции не протекают, поэтому по величине энергии, мощности, температурному диапазону и количеству циклов заряд - разряд они ближе всего к оксидно - электролитическим конденсаторам.

ЭХК с водным щелочным электролитом с идеально поляризуемым электродом и неполяризуемым/слабополяризуемым вторым электродом (асимметричные ЭХК), например, со следующими структурами: Ag--твердый электролит RbAg₄I₅-C+; C--30-% водный раствор KOH-NiOOH+. В конденсаторе с твёрдым электролитом RbAg₄I₅ (суперионным проводником) реакция протекает на катоде: Ag+ + e - Ag0, а в конденсаторе с 30-% водным раствором KOH реакция на аноде имеет вид: Ni₂+ - e - - Ni₃+. Эти реакции накладывают диффузионные и кинетические ограничения на скорость зарядки и разрядки ЭХК, поэтому по своим характеристикам асимметричные ЭХК ближе к аккумуляторам, чем к симметричным ЭХК.

По типу используемых в качестве электролитов материалов ЭХК можно разделить на следующие группы:

· жидкостные,

· твердотельные,

· полимерные,

Полимерные электролиты представляют собой растворы солей в полимере. На макроскопическом уровне такие вещества ведут себя как твёрдые тела, что обеспечивается контактными взаимодействиями макромолекул полимера, а на микроскопическом уровне они демонстрируют черты поведения жидкостей.

Применение ЭХК на основе твёрдых электролитов обеспечивает ряд преимуществ. Для электроники важна возможность создания тонкоплёночных ЭХК с использованием микроэлектронных технологий. Перспективно использовать в ЭХК высокопроводящие твёрдые электролиты - так называемые «передовые суперионные проводники» (ПСИП) - вещества с рекордно высоким уровнем ион - транспортных характеристик. ЭХК на основе ПСИП могут конкурировать с высокоёмкими конденсаторами на основе сегнетоэлектрических материалов.

В ЭХК на основе ПСИП, так же как в ЭХК с жидкими электролитами, энергия электрического поля запасается в ДЭС молекулярной толщины. Вызываемые проникающими ионизирующими излучениями токи утечки конденсаторов повышаются с увеличением объёма, занимаемого электрическим полем.

Энергетические характеристики электрохимических конденсаторов:

Сравним электрические характеристики сборок электрохимических конденсаторов (ЭХК) двух Российских производителей, фирм Maxwell и Wima (Германия) помещенных в таблицу 2:

Таблица 2

Предлагаемые производителями модели ЭХ конденсаторов :ТехноКор

КСП - Конденсаторная система пуска дизелей тепловозов с молекулярными накопителями энергии (ЭХК)

Таблица 3. Технические характеристики

Параметр	КСП-75-2	КСП-75-3	КСП-110-2	КСП-110-3
Количество конденсаторов	2	3	2	3
Напряжение заряда, Вном/пред	75/85	75/85	110/125	110/125
Емкость, Ф	50	75	18	27
Ток заряда, А	50-200	100-300	50-200	100-300
Ток нагрузки, А	500-2000
Сопротивление изоляции не менее	5 МОм
Условия эксплуатации - М25 по ГОСТ 17516.1 на высоте над уровнем моря до 2000 м
Климатическое исполнение - У2 по ГОСТ 15150-69
Гарантийный срок хранения - 4 года ,эксплуатации - 3 года.

ЭСМА

Конденсаторные модули для пуска двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств c 12 В электрической системой (таблица 4):

Таблица 4

Тип конденсаторного модуля	Емкость, Ф	Диапазон рабочих напряжений, В	Максимальная мощность, кВт	Запасаемая энергия в диапазоне напряжений, кДж	Внутреннее омическое сопротивление при +25 °С (-30° С), мОм
				14.5-4 В	13-6.5 В
10ЭК104 S	1	14.5-4	8.7	30	20	6 (9)
10ЭК402 S	2,8	14.5-4	17.5	95	60	3 (4)
20ЭК402 S	5,6	14.5-4	35.0	190	120	2 (3)
10ЭК501 S	1,6	14.5-4	17.5	55	35	3 (5)
20ЭК501 S	3,3	14.5-4	35	110	70	2 (3)

Конденсаторные модули для пуска двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств c 24 В электрической системой (таблица 5):

Таблица 5

Тип конденсаторного модуля	Емкость, Ф	Диапазон рабочих напряжений, В	Максимальная мощность, кВт	Запасаемая энергия в диапазоне напряжений, кДж	Внутреннее омическое сопротивление при +25 °С (-30 °С), мОм
				29-8 В	26-13 В
20ЭК104 S	0,47	29-8	17.5	60	40	12 (18)
20ЭК402 S	1,4	29-8	35	190	120	6 (8)
20ЭК501 S	0,82	29-8	35	110	70	6 (9)

Конденсаторные модули для гибридного транспорта и для автомобилей с 42 В электрической системой (таблица 6):

Таблица 6

Тип конденсаторного модуля	Емкость, Ф	Диапазон рабочих напряжений, В	Максимальная мощность, кВт	Запасаемая энергия в диапазоне рабочих напряжений, кДж	Внутреннее омическое сопротивление при +25 °С, мОм
30ЭK104 H	0,18	45-12	28	100	18
30ЭК402 H	0,56	45-12	56	310	9
30ЭК405 H	0,67	45-12	34	370	15
30ЭК501 H	0,33	45-12	56	180	9

Конденсаторные модули для электротранспорта (таблица 7):



Таблица 7

Модуль	Емкость, Ф	Диапазон рабочих напряжений, В	Запасаемая энергия, МДж	Отдаваемая энергия при разряде током 50 А при +25 °С, МДж	Внутреннее омическое сопротивление при +25 °С (-30 °С), мОм
30ЭК204 T	7,9	48-24	2.3	2.0	15 (30)
30ЭК353 T	7,9	48-24	2.3	2.0	15 (30)

Технические характеристики ЭХК в два раза выше, чем у кислотных аналогов. В числе главных достоинств - большая емкость отдачи энергии и способность в течение всего 10-15 минут вновь накапливать ее, подзарядившись даже от разряженного аккумулятора. Конденсатор в считанные секунды запускает двигатель.

В отличие от обычного аккумулятора, срок службы электрохимического конденсатора составляет десять лет, он дает от пятисот тысяч до одного миллиона циклов «заряд - разряд». Но самостоятельно конденсатор не используется, их собирают в компактные модули, состоящие из взаимозаменяемых пакетов, и устанавливают в машине параллельно аккумулятору.

Перспективны применение ЭХК в:

Буферные накопители для работы в энергоустановках с меняющейся выходной мощностью для поддержания стабильной выходной мощности (солнечные батареи, ветроэнергетические установки, приливные ГЭС).

Буферные накопители позволяют обеспечить устойчивую работу источников электрической энергии ограниченной мощности на меняющуюся нагрузку, что позволит не применять в данных системах источники рассчитанные на пиковую мощность, поскольку последнее снижает их экономическую эффективность.

Примером этого может быть высоко динамичный электротранспорт в том числе:

· питающийся по контактным сетям, где применение ЭХК снизит нагрузку на контактную сеть за счет исключения пиковых токов в режиме повышенной нагрузки;

· ЭХК батареи перспективны для применения в средствах транспорта:

· пусковые - подключаются параллельно аккумуляторной батареи для улучшения пусковых качеств и длительности жизни последней,

· буферные - для использования в гибридных (в том числе и электрических) средствах транспорта, отличаются относительно низкой емкостью и большой выходной мощностью,

· тяговые - для применения в качестве основного источника питания электромобиля (правда пока на электротранспорте с небольшой продолжительностью поездок).

Преимущества и недостатки батарей ЭХК:

Преимущества:

· наибольшая плотность мощности из всех разновидностей аккумуляторов - как объемная, так и весовая,

· долговечность - свыше 10 лет и 100000 циклов заряда/разряда (уже подтверждена практическим использованием ЭХ конденсаторов),

· очень быстрый процесс заряда батарей - до 100% емкости от 15 до 40 минут (зависит, в основном, от возможностей зарядного устройства),

· нет необходимости в обслуживании - ЭХ конденсаторов герметичны,

· относительно низкий показатель саморазряда - до 10% в месяц,

· дружественность окружающей среде - большинство ЭХ конденсаторов построены на основе активированного угля, щелочи, гидроксида никеля и никелевых электродов, для ЭХ конденсаторов на основе свинцовых электродов имеется уже отработанная технология переработки,

· возможность работы при низких температурах без существенного снижения характеристик,

· простота определения уровня заряда ЭХ конденсаторов - однозначная зависимость от уровня напряжения на конденсаторе.

· Возможность получения больших пусковых токов.

Недостатки:

· вес - лучшие производимые ЭХ конденсаторов имеют плотность энергии на уровне 10-12 Вт*ч/кг, массовые - 5-6 Вт*ч/кг

· большое падение напряжения при разряде

· высокая стоимость, до 10 USD за килоджоуль накопленной энергии, но эта стоимость, в основном, определяется мелкосерийным процессом производства ЭХК, и при росте спроса и появлении настоящей конкуренции может быть уменьшена в 7-10 раз,

· большая запасаемая энергия в ЭХК требует обратить особое внимание на взрывную или пожарную безопасность объектов где они применяются, и соответственно на конструктивное исполнение объектов с применением ЭХК, а также на качество исполнения электрооборудования, электрозащиты и электрической изоляции цепей управления и нагрузки.



Заключение

ЭХК понемногу занимают свое место в современных системах электропитания и энергоснабжения. Пока высокая цена ограничивает их массовое применение, но с ростом объемов их производства цена будет продолжать падать. Когда их применение станет экономически целесообразным они займут достойное место. Из Рисунка 1 видно, что за 14 лет удельная стоимость за 1 кДж упала в более чем 220 раз, а за 1Ф емкости ЭХК - в 150 раз и падение продолжается. Уже сейчас существуют отрасли, где их применение оправдано их характеристиками. В первую очередь они будут применяться там, где заменить ЭХК просто нечем. Это установки требующие больших токов в нагрузке - пусковые системы двигателей внутреннего сгорания. Где их применение облегчает запуск двигателей в холодную погоду, снижая нагрузку на аккумуляторы и продлевая их срок службы. Становится возможным применение менее энергоемких и тяжелых аккумуляторов.

Наиболее оправданно применение ЭХК, в настоящее время, можно считать в:

системах усиления и обработки сигналов низких и инфра низких частот большой мощности, позволяет повысить пиковую мощность систем электропитания на инфра низких частотах. (Но при этом должны учитываться особенности применения ЭХК).

Буферных накопители для работы в энергоустановках с меняющейся выходной мощностью для поддержания стабильной выходной мощности (солнечные батареи, ветроэнергетические установки, приливные ГЭС). Буферных накопителях электротранспорта, для повышения его динамических свойств.

Буферные накопители позволяют обеспечить устойчивую работу источников электрической энергии ограниченной мощности на меняющуюся нагрузку, что позволит не применять в данных системах источники рассчитанные на пиковую мощность, поскольку последнее снижает их экономическую эффективность.

Размещено на Allbest.ru