Izvori el energije u HEV i EV 1

Izvori el. energije u HEV i EV 1

Izvori el. energije u HEV i EV • Baterije (hemijski izvori struje i akumulatori energije) • Gorive ćelije (hemijski izvori struje) • Super-kondenzatori (akumulatori električne energije sa velikom specifičnom snagom) • Zamajci (mehanički akumulatori električne energije) 2

Specifična gustina energije • • Vodonik Benzin Biodizel Prirodni gas Ugalj Olovne baterije Li-polimer Zamajac 33000 Wh/kg 12500 Wh/kg 12000 Wh/kg 9300 Wh/kg 8200 Wh/kg 108/50 Wh/kg 420/200 Wh/kg ? /200 Wh/kg 3

Osnovni tipovi koji se koriste • • • Olovne Nikal-metal-hidrid (Ni. MH) Litijum jon (Li-ion) Litijum polimer (Li-poly) Natrijum sulfatne (Na. S) – Velika specifična energija – Zahteva temperaturu oko 300 C – Problemi sa bezbednošću 4

Specifična gustina energije Ni. MH Li-ion 70 150 -200 5

Olovne baterije • Sa tečnom sumpornom kiselinom • Sa geliranom smešom Dobre strane: – – Jeftina Široko rasprostanjene sirovine Jednostavna proizvodnja Dobro ponašanje na niskim temperaturama 6

Karakteristike baterija • KAPACITET BATERIJE QT – Grubo: Proizvod struje i vremena koliko baterija može da proizvodi tu struju. – Meri se u Ah. • Karakteristična konstanta C – Predstavlja struju pri kojoj bi se baterija ispraznila za 1 h. – Po dimenziji je struja. 7

Karakteristike baterija • Maks. struja pražnjenja (punjenja) Imax • Raspoloživa snaga baterije [k. W] – Proizvod Imax i napona baterije. • Stanje napunjenosti So. C – Preostali kapacitet posle pražnjenja strujom I za vreme t 0. – Često u % u odnosu na kapacitet. 8

Karakteristike baterija • Potrošena količina naelektrisanja So. D – Količina naelektrisanja potrošena pražnjenjem strujom I za vreme t 0. Za promenljivo I(t): • Dubina ispražnjenosti Do. D – Potrošena količina naelektrisanja So. D u % u odnosu na ukupni kapacitet baterije. 9

Karakteristike baterija • Baterija se može predstaviti: – Elektromotornom silom baterije Ev i – Rednom otpornošću Ri 10

Karakteristike baterija • U praksi, kapacitet zavisi od struje pražnjejna 11

12 450

45 13

Poređenje baterija Baterija Olovni Ni-MH Li-Ion Gustina energije (Wh/kg) 40 80 130 Energija/veličina (Wh/l) 75 300 270 Gustina snage (W/kg) 150 200 300 Efikasnost(%) 80% 66% 99. 9% Cena ($/k. Wh) 200 350 450 Samopražnjenje (% za mesec dana) 10% 3% Životni vek (80% ciklusi) ~600 oko 30% za 1 g Nominalni napon ćelije(V) 2. 0 ~1, 500 ~2, 200 1. 2 3. 6/ 3. 7 14

Cena baterija 2017. – 147 k komada (SAD+Evropa) 15

Gorive ćelije 16

Super kondenzatori • Kondenzatori ogromnog kapaciteta – Do nekoliko hiljada F. – Relativno mali radni napon po pravilu do 3 V. – Vezuju se u baterije kondenzatora. • Moguće je ostvariti veliku spec. snagu – Trenutni cilj: 4000 W/kg uz 15 Wh/kg 17

Super kondenzatori (6 kom. ) (18 kom. ) Qmax = 6500 C = 1, 8 Ah 18

Super kondenzatori 19

Super kondenzatori 20

21

Eksperimenti • Kondenzatori 10 kom. 2. 5 V, 2600 F / 28 kom. 2. 0 V, 2700 F • Baterije 50 V / 100 V, 60 Ah Ni. MH • DC/DC 160 k. W, 330 A 2 -kvadranta • DC/DC konvertor 22

Eksperiment Baterija: 100 V, Super C: 56 V; 96. 4 F 23

Example -Simplified system for a city bus, 220 k. W Ni. MH-battery + EC Ni. MH-battery Battery EC DC/DC 310 kg 280 kg 90 kg Battery DC/DC 1150 kg 45 kg Total weight 680 kg Total weight 1195 kg Weight reduction: 43 % 24

Odnos snage i energije 25

Prodaja baterija za HEV 26

Pogled u budućnost 27

L/100 km 7, 8 3, 9 6, 3 4, 6 28

29

30

31

32

33

34

35

36