Гибридный привод транспортных средств

В качестве накопителя энергии используется емкостной накопитель на основе модулей электрохимических конденсаторов - суперконденсаторов. В современных гибридных автобусах в качестве альтернативы суперконденсаторам применяются аккумуляторные батареи (NiMH или LiIon), имеющие существенно большую удельную энергию. Тем не менее, их применение связано с ограничением режимов заряда и разряда, а главное – они как минимум вдвое уступают суперконденсаторам по ресурсу. Типичный ресурс эксплуатации аккумуляторной батареи современного автобуса с КТЭО – шесть лет, тогда как ресурс автобуса – десять-двенадцать лет. Это значит, что за время эксплуатации потребитель должен будет минимум один раз поменять мощную батарею. В то же время, суперконденсаторы не требуют замены в течение всего срока эксплуатации автобуса.

В таблице представлены сравнительные характеристики различных накопителей электроэнергии.

* при ухудшении показателей при отрицательных температурах;
** перспективная цена (промышленное отечественное производство)

В пользу выбора данного тапа накопителя свидетельствуют следующие аргументы:

• наивысшая удельная весовая и объемная энергоемкость;
• устойчивость к значительным перегрузкам по напряжению и перезаряду без выхода из строя и безопасность в эксплуатации, - низкий уровень саморазряда, - широкий диапазон рабочих температур, безуходность при эксплуатации;
• подтвержденная многолетними стендовыми испытаниями и эксплуатацией у потребителей высокая надежность изделий.

Электрохимические конденсаторы (ЭК) – новый класс накопителей энергии, появившийся сравнительно недавно. В ЭК запасается и используется электростатическая энергия, а также энергия электрохимических процессов. Как правило, в качестве электродов в таких устройствах применяются углеродные материалы с большой поверхностью (активированные угли), а в качестве электролитов водные или органические растворы. Основным преимуществом ЭК является то, что они могут очень быстро накапливать и отдавать более высокую энергию, чем традиционные конденсаторы. По сравнению с аккумуляторами ЭК имеют больший ресурс, не требуют технического обслуживания, хорошо работают в условиях экстремальных температур и имеют меньшую цену номинальной мощности. Использование ЭК позволяет решить ряд задач, которые не могут быть решены с помощью традиционных источников тока.

Важнейшим параметром накопителя в составе гибридной силовой установки является его циклический ресурс. Специфика движения городского автобуса, характеризующаяся частыми остановками, торможениями и ускорениями, требует от накопителя большое количество зарядно-разрядных циклов. Число их составляет в зависимости от интенсивности движения от 500 до1000 циклов в сутки, а за 10 лет эксплуатации – более 1 млн. циклов. Для того чтобы достичь таких показателей, современные аккумуляторы должны работать на небольшую глубину зарядно-разрядного цикла. В условиях работы транспорта с гибридным приводом ресурс свыше 150 тыс. циклов, соответствующий 1 году эксплуатации гибридного транспорта, достигается, когда аккумуляторы работают на глубину менее 5 % своей емкости (см. рис. 5 и 6).

Расчетный циклический ресурс для различных аккумуляторных батарей в зависимости от глубины разряда по данным компании VARTA.

Циклический ресурс для никель-кадмиевых аккумуляторных батарей в зависимости от глубины разряда по данным компании SAFT