Молекулярный накопитель – Молекулярный накопитель энергии (МНЭ)

Молекулярный накопитель энергии (МНЭ)

Молекулярный накопитель энергии (МНЭ)

Молекулярный накопитель энергии используется в качестве дополнительного к аккумуляторным батареям мощного источника стартерного тока в системах электрического пуска с номинальным напряжением 24 В для двигателей автомобилей.

Совместное применение МНЭ и АКБ обеспечивает раскрутку коленвала двигателя до пусковых оборотов и тем самым обеспечивает надежный пуск двигателя при экстремальных температурах окружающей среды и/или снижении емкости АБ; одновременно увеличивается срок службы АКБ. Возможен пуск двигателя и временная эксплуатация средства без стартерной АКБ.

МНЭ буферной серии «Б», является конденсатором большой емкости, выполняет также функцию фильтра высоких и низких частот, эффективно подавляет импульсные перенапряжения, улучшает качество напряжения в бортовой сети, значительно увеличивает срок службы бортовой электроники.

МНЭ буферной серии «Б» допускают не только кратковременное подключение к АКБ на период пуска двигателя, но и длительное подключение к бортовой сети во время активной ежедневной эксплуатации транспортного средства как при движении (действует максимальное напряжение подзаряда МНЭ от генератора), так и остановках. На время длительного простоя транспортного средства рекомендуется отключение МНЭ от АКБ. Технические характеристики МНЭ представлены в таблице 7-3.

Технические характеристики МНЭ

Таблица 7-3.

Тип МНЭ

100/28БМ

Напряжение заряда. В

- номинальное

24,0

- максимальное

30,0

Номинальная электрическая ёмкость, Ф

100

Динамическая емкость при стартерном разряде не менее, Ф

75

Внутреннее сопротивление, Ом

0,005

Ток утечки не более, мА

6,0

Сопротивление изоляции между корпусом и токовыводами, не менее, МОм

20,0

Масса, кг

34

Длина по обечайке (при диаметре 230 мм), мм

420

Назначенный срок службы, лет

15

или пробег, тыс. км

220

Гарантийный срок эксплуатации, лет

7

Гарантийный срок хранения, лет

10

На автомобиле КАМАЗ установлены две аккумуляторные батареи 6ТСТС-100А, соединенные последовательно (рис. 7-5). Плюсовый вывод батареи соединяется с выводом стартера, а минусовый - с выключателем батарей, а через него - с корпусом автомобиля. Аккумуляторные батареи располагаются в ящике-гнезде, который крепится к раме автомобиля

сзади кабины с левой стороны. МНЭ подключается параллельно к АКБ. Выключатель аккумуляторных батарей установлен с боковой стороны ящика-гнезда ближе к кабине, а кнопка дистанционного управления расположена в кабине на панели щитка приборов.

Рис. 7-5. Схема подключения МНЭ.

Состав, устройство и работа МНЭ

Молекулярный накопитель энергии представляет собой конденсатор большой емкости, накопление заряда в котором осуществляется в двойном электрическом слое в объеме сверхпористого углерода.

Корпус МНЭ, представляющий из себя герметичный цилиндр диаметром 230 мм, изготавливается из нержавеющей стали или стали с антикоррозийным покрытием и состоит из обечайки и крышек, сваренных друг с другом аргонодуговой сваркой. Токовыводы расположены на торцевых сторонах цилиндра (по центру крышек).

Внутри корпуса находятся блоки накопительных элементов, представляющих собой многослойную тонкоплёночную конструкцию, состоящую из пористых углеродных электродов, сепаратора и токосъемных пластин.

Подсоединение МНЭ к электрической цепи осуществляется при помощи медных шин или многожильных проводов с поперечным сечением 50 - 90 мм2, которые крепятся к токовыводам при помощи болта М10 с установкой плоской и пружинной шайб, поставляемых совместно с изделием.

Плюсовой токовывод МНЭ находится со стороны крышки, имеющей шильдик с условным обозначением изделия и маркировку «+».

МНЭ устойчив к токам короткого замыкания.

МНЭ не содержит токсичных материалов.

Рабочее положение МНЭ при хранении и эксплуатации произвольное.

МНЭ в составе системы электростартерного пуска (СЭП) транспортного средства во время работы может находиться в следующих состояниях:

- заряд (подзаряд) накопителя до номинального напряжения от АБ при заглушенном двигателе;

- стартерный разряд совместно с АБ при пуске двигателя;

- подзаряд до напряжения бортовой сети (генератора) во время работы двигателя;

- саморазряд после отключения МНЭ от АБ на период длительного простоя транспортной машины.

При использовании в составе СЭП двух и более МНЭ они могут соединятся параллельно.

Внимание! Подсоединение не заряженного МНЭ к СЭП не допускается, так как это может привести к перегрузке АКБ и выходу её из строя.

Рис. 7-6. Установка батарей и МНЭ на автомобиле: 1 - гнездо аккумуляторных батарей; 2 - рамка крепления АКБ; 3 - крышка гнезда АКБ; 4 - стенка торцевая; 5 - провод-перемычка между аккумуляторными батареями; 6 - провод стартер - рама; 8 - палец 6x45; 9 - хомут; 10 - прокладка хомута; 11 - ручка запасного зажима; 12 - колпачок защитный наконечника проводов; 13 - аккумуляторные батареи 6TCTC-I00A; 14 - молекулярный накопитель энергии МНЭ-100/28БМ.

Перед подсоединением к СЭП автомобиля МНЭ следует зарядить. Предварительный заряд МНЭ может быть произведен через ограничивающий ток заряда резистор непосредственно от АКБ автомобиля. В качестве токоограничивающего резистора рекомендуется использовать штатную электролампу-переноску накаливания на 20/24 В мощностью порядка 100 Вт. Прекращение свечения лампы свидетельствует о завершении заряда МНЭ. Только после этого следует провести подключение МНЭ параллельно АКБ автомобиля.

Техническое обслуживание молекулярного накопителя энергии

Специального обслуживания МНЭ не требует. В процессе эксплуатации проводится проверка резьбовых соединений:

- надежности креплений;

- подтяжка ослабленных соединений;

- очистка от пыли и грязи;

- восстановление защитного слоя консистентной смазки на резьбовых соединениях.

Ремонт

МНЭ является неремонтируемым изделием.

Рис. 7-7. Выключатель «массы» 1400.3737

Выключатель аккумуляторных батарей («массы»)

Выключатель (рис. 7-7) предназначен для отключения аккумуляторных батарей от корпуса автомобиля при длительной стоянке, снятии и установке аппаратов и приборов электрооборудования.

Выключатель имеет следующее устройство. В корпусе 12 в пластмассовых втулках установлены зажимы 14, к которым крепятся провода от аккумуляторной батареи и корпуса автомобиля. К корпусу тремя винтами крепится электромагнит 4. Обмотка электромагнита с помощью кнопки, расположенной в кабине водителя, подключается к аккумуляторной батарее. В сердечник 8 ввернут толкатель 9, который упирается в шток 3 запорного устройства. Изменением длины толкателя регулируют четкое срабатывание запорного устройства. На штоке 3 закреплены подпружиненные контактные пластины 1 и 2. Шариковый фиксатор 10 и собачка 11 служат для удержания контактов в замкнутом положении. Кнопка 6, закрытая резиновым чехлом 5, служит для механического управления выключателем.

Работает выключатель аккумуляторных батарей следующим образом. При подключении обмотки электромагнита 4 к батарее сердечник 8, преодолевая усилие возвратной пружины 7, втягивается внутрь электромагнитом и толкателем 9 перемещает шток 3. Контактная пластина 1, а затем и 2 соединяют зажимы 14 между собой. Шариковый фиксатор 10 входит в углубление собачки 11, что обеспечивает удержание контактов в замкнутом состоянии. Когда водитель отпускает кнопку, то под действием возвратной пружины 7 сердечник и толкатель возвращаются в исходное положение. Для отключения батареи водителю необходимо вновь нажать кнопку дистанционного управления выключателем аккумуляторных батарей. При этом сердечник втягивается и толкателем нажимает на верхний рычаг собачки 11. Шариковый фиксатор 10 освобождается, и под действием двух пружин 13 контактные пластины 1 и 2 размыкают цепь батареи. Применение контактной пластины 1 значительно уменьшает эрозию основных контактных пластин 2.

Для недопущения отключения аккумуляторных батарей от корпуса автомобиля при работающем двигателе с помощью дистанционного выключателя «массы», на автомобилях КАМАЗ существует блокировка выключателя «массы». Работает она следующим образом: после поворота ключа выключателя приборов и стартера (ВПС) в первое положение электрический ток от клеммы "КЗ" ВПС через предохранитель на 8 А блока F3 поступает на обмотку реле К3, что приводит к размыканию контактов реле между его выводами "30" и "88", а следовательно, к невозможности подключения обмотки электромагнита выключателя «массы» К17 к аккумуляторным батареям.

www.remkam.ru

Молекулярный накопитель энергии МНЭ КАМАЗ

Молекулярный накопитель энергии МНЭ КАМАЗ - Автозапчасти и автоХитрости Перейти к контенту

Главное меню:

  • Начнем...
  • < manuals >
    • - ALL -
      • Autocom
      • Буквари
      • Knorr - Bremse
      • WABCO
      • Авт. отопители
      • Двигатели
      • КП
      • ЭБУ
      • Cummins
      • BOSCH
      • Тормозные системы
      • «Экран»
      • Тахограф
      • АКБ
      • Турбина VGT
    • MAN
      • Хитрости
      • ЦРУ
      • ЭПБ
      • MAN EURO 6
      • Тренинг персонала
      • Рем. зона
        • МАСТЕРСКАЯ
        • ПОЛЕВАЯ
      • Схемы ОНЛАЙН
      • OBD
      • Электросхемы
      • EDC
        • EDC MS 5
        • EDC MS 6.1
        • EDC MS 6.4
        • EDC 7
      • EBS 5 KNORR
      • EBS 2 KNORR
      • EBS 2 WABCO
      • AdBlue
      • FFR
      • ZBR 2
      • ECAS 2
      • AS-TRONIC
      • Климат TGA
      • Климат TGX
      • Приборы
      • Кондиционер TGS-TGX
      • Кондиционер TG
      • Курсовой контроль
      • Модуль двери TGX
      • Модуль двери TGA
      • Отопители
      • EST 48
      • ECAM
      • HydroDrive TGA
      • CAN
      • EHLA - ALA
      • RAS-EC1
      • F_L_M 2000
    • DAF
    • MERCEDES
    • IVECO
    • SCANIA
    • VOLVO
    • RENAULT
    • FOTON
    • FORD
    • HINO
    • HOWO
    • ISUZU
    • SHACMAN (SHAANXI)
    • HYUNDAI
    • MITSUBISHI
      • Canter EURO 3
      • Canter EURO 4
    • FREIGHTLINER
    • KENWORTH
    • МАЗ
    • КАМАЗ
    • УРАЛ
    • Автобусы
      • МАЗ
      • SCANIA
      • VOLVO
      • Daewoo
      • MAN

autogeriko.com

Молекулярный накопитель энергии (МНЭ) / Автомобили семейства МУСТАНГ / Техсправочник / Кама-Автодеталь

Молекулярный накопитель энергии (МНЭ)

Молекулярный накопитель энергии используется в качестве дополнительного к аккумуляторным батареям мощного источника стартерного тока в системах электрического пуска с номинальным напряжением 24 В для двигателей автомобилей.

Совместное применение МНЭ и АКБ обеспечивает раскрутку коленвала двигателя до пусковых оборотов и тем самым обеспечивает надежный пуск двигателя при экстремальных температурах окружающей среды и/или снижении емкости АБ; одновременно увеличивается срок службы АКБ. Возможен пуск двигателя и временная эксплуатация средства без стартерной АКБ.

МНЭ буферной серии «Б», является конденсатором большой емкости, выполняет также функцию фильтра высоких и низких частот, эффективно подавляет импульсные перенапряжения, улучшает качество напряжения в бортовой сети, значительно увеличивает срок службы бортовой электроники.

МНЭ буферной серии «Б» допускают не только кратковременное подключение к АКБ на период пуска двигателя, но и длительное подключение к бортовой сети во время активной ежедневной эксплуатации транспортного средства как при движении (действует максимальное напряжение подзаряда МНЭ от генератора), так и остановках. На время длительного простоя транспортного средства рекомендуется отключение МНЭ от АКБ. Технические характеристики МНЭ представлены в таблице 7-3.

Технические характеристики МНЭ

Таблица 7-3.

Тип МНЭ

100/28БМ

Напряжение заряда. В

- номинальное

24,0

- максимальное

30,0

Номинальная электрическая ёмкость, Ф

100

Динамическая емкость при стартерном разряде не менее, Ф

75

Внутреннее сопротивление, Ом

0,005

Ток утечки не более, мА

6,0

Сопротивление изоляции между корпусом и токовыводами, не менее, МОм

20,0

Масса, кг

34

Длина по обечайке (при диаметре 230 мм), мм

420

Назначенный срок службы, лет

15

или пробег, тыс. км

220

Гарантийный срок эксплуатации, лет

7

Гарантийный срок хранения, лет

10

На автомобиле КАМАЗ установлены две аккумуляторные батареи 6ТСТС-100А, соединенные последовательно (рис. 7-5). Плюсовый вывод батареи соединяется с выводом стартера, а минусовый - с выключателем батарей, а через него - с корпусом автомобиля. Аккумуляторные батареи располагаются в ящике-гнезде, который крепится к раме автомобиля

сзади кабины с левой стороны. МНЭ подключается параллельно к АКБ. Выключатель аккумуляторных батарей установлен с боковой стороны ящика-гнезда ближе к кабине, а кнопка дистанционного управления расположена в кабине на панели щитка приборов.

Рис. 7-5. Схема подключения МНЭ.

Состав, устройство и работа МНЭ

Молекулярный накопитель энергии представляет собой конденсатор большой емкости, накопление заряда в котором осуществляется в двойном электрическом слое в объеме сверхпористого углерода.

Корпус МНЭ, представляющий из себя герметичный цилиндр диаметром 230 мм, изготавливается из нержавеющей стали или стали с антикоррозийным покрытием и состоит из обечайки и крышек, сваренных друг с другом аргонодуговой сваркой. Токовыводы расположены на торцевых сторонах цилиндра (по центру крышек).

Внутри корпуса находятся блоки накопительных элементов, представляющих собой многослойную тонкоплёночную конструкцию, состоящую из пористых углеродных электродов, сепаратора и токосъемных пластин.

Подсоединение МНЭ к электрической цепи осуществляется при помощи медных шин или многожильных проводов с поперечным сечением 50 - 90 мм2, которые крепятся к токовыводам при помощи болта М10 с установкой плоской и пружинной шайб, поставляемых совместно с изделием.

Плюсовой токовывод МНЭ находится со стороны крышки, имеющей шильдик с условным обозначением изделия и маркировку «+».

МНЭ устойчив к токам короткого замыкания.

МНЭ не содержит токсичных материалов.

Рабочее положение МНЭ при хранении и эксплуатации произвольное.

МНЭ в составе системы электростартерного пуска (СЭП) транспортного средства во время работы может находиться в следующих состояниях:

- заряд (подзаряд) накопителя до номинального напряжения от АБ при заглушенном двигателе;

- стартерный разряд совместно с АБ при пуске двигателя;

- подзаряд до напряжения бортовой сети (генератора) во время работы двигателя;

- саморазряд после отключения МНЭ от АБ на период длительного простоя транспортной машины.

При использовании в составе СЭП двух и более МНЭ они могут соединятся параллельно.

Внимание! Подсоединение не заряженного МНЭ к СЭП не допускается, так как это может привести к перегрузке АКБ и выходу её из строя.

Рис. 7-6. Установка батарей и МНЭ на автомобиле: 1 - гнездо аккумуляторных батарей; 2 - рамка крепления АКБ; 3 - крышка гнезда АКБ; 4 - стенка торцевая; 5 - провод-перемычка между аккумуляторными батареями; 6 - провод стартер - рама; 8 - палец 6x45; 9 - хомут; 10 - прокладка хомута; 11 - ручка запасного зажима; 12 - колпачок защитный наконечника проводов; 13 - аккумуляторные батареи 6TCTC-I00A; 14 - молекулярный накопитель энергии МНЭ-100/28БМ.

Перед подсоединением к СЭП автомобиля МНЭ следует зарядить. Предварительный заряд МНЭ может быть произведен через ограничивающий ток заряда резистор непосредственно от АКБ автомобиля. В качестве токоограничивающего резистора рекомендуется использовать штатную электролампу-переноску накаливания на 20/24 В мощностью порядка 100 Вт. Прекращение свечения лампы свидетельствует о завершении заряда МНЭ. Только после этого следует провести подключение МНЭ параллельно АКБ автомобиля.

Техническое обслуживание молекулярного накопителя энергии

Специального обслуживания МНЭ не требует. В процессе эксплуатации проводится проверка резьбовых соединений:

- надежности креплений;

- подтяжка ослабленных соединений;

- очистка от пыли и грязи;

- восстановление защитного слоя консистентной смазки на резьбовых соединениях.

Ремонт

МНЭ является неремонтируемым изделием.

Рис. 7-7. Выключатель «массы» 1400.3737

Выключатель аккумуляторных батарей («массы»)

Выключатель (рис. 7-7) предназначен для отключения аккумуляторных батарей от корпуса автомобиля при длительной стоянке, снятии и установке аппаратов и приборов электрооборудования.

Выключатель имеет следующее устройство. В корпусе 12 в пластмассовых втулках установлены зажимы 14, к которым крепятся провода от аккумуляторной батареи и корпуса автомобиля. К корпусу тремя винтами крепится электромагнит 4. Обмотка электромагнита с помощью кнопки, расположенной в кабине водителя, подключается к аккумуляторной батарее. В сердечник 8 ввернут толкатель 9, который упирается в шток 3 запорного устройства. Изменением длины толкателя регулируют четкое срабатывание запорного устройства. На штоке 3 закреплены подпружиненные контактные пластины 1 и 2. Шариковый фиксатор 10 и собачка 11 служат для удержания контактов в замкнутом положении. Кнопка 6, закрытая резиновым чехлом 5, служит для механического управления выключателем.

Работает выключатель аккумуляторных батарей следующим образом. При подключении обмотки электромагнита 4 к батарее сердечник 8, преодолевая усилие возвратной пружины 7, втягивается внутрь электромагнитом и толкателем 9 перемещает шток 3. Контактная пластина 1, а затем и 2 соединяют зажимы 14 между собой. Шариковый фиксатор 10 входит в углубление собачки 11, что обеспечивает удержание контактов в замкнутом состоянии. Когда водитель отпускает кнопку, то под действием возвратной пружины 7 сердечник и толкатель возвращаются в исходное положение. Для отключения батареи водителю необходимо вновь нажать кнопку дистанционного управления выключателем аккумуляторных батарей. При этом сердечник втягивается и толкателем нажимает на верхний рычаг собачки 11. Шариковый фиксатор 10 освобождается, и под действием двух пружин 13 контактные пластины 1 и 2 размыкают цепь батареи. Применение контактной пластины 1 значительно уменьшает эрозию основных контактных пластин 2.

Для недопущения отключения аккумуляторных батарей от корпуса автомобиля при работающем двигателе с помощью дистанционного выключателя «массы», на автомобилях КАМАЗ существует блокировка выключателя «массы». Работает она следующим образом: после поворота ключа выключателя приборов и стартера (ВПС) в первое положение электрический ток от клеммы "КЗ" ВПС через предохранитель на 8 А блока F3 поступает на обмотку реле К3, что приводит к размыканию контактов реле между его выводами "30" и "88",а следовательно, к невозможности подключения обмотки электромагнита выключателя «массы» К17 к аккумуляторным батареям.

kama-avtodetal.ru

Молекулярный накопитель энергии — Портал о стройке

Емкостные накопители электрической энергии являются перспективным видом источника бортового питания электромобиля. До недавнего времени использование емкостных накопителей считалось малоперспективным и трудоемким из-за характеристики разряда. Появление емкостных накопителей с большой удельной энергоемкостью позволяет рассматривать их как перспективный накопитель энергии.

Преимуществами емкостных накопителей по сравнению с аккумуляторными батареями являются:

  • • экологическая чистота;
  • • способность быстро разряжаться и заряжаться;
  • • не требуют ухода;
  • • длительный срок;
  • • большая удельная мощность.

Взаимосвязь основных параметров конденсатора описывается формулами:

С-К А ?0; р = К Е2,

б 2

где С — электрическая емкость конденсатора;

К — относительная диэлектрическая постоянная;

А — площадь пластины;

  • ?0 — диэлектрическая проницаемость вакуума; б — толщина диэлектрического слоя;
  • ? — энергия; и — напряжение;

Е — напряженность электрического поля; р — плотность энергии.

Исходя из вышеуказанных зависимостей роста удельной энергоемкости можно достичь увеличением емкости С или достижением предельной напряженности электрического поля Е, одновременно

А „

оптимизируя величины — и К.

Для решения этой задачи используют два подхода:

  • • создание диэлектрических молекулярных пленок с высшими значениями К и Е, что позволяет увеличить удельную энергию конденсаторов почти в 10 раз;
  • • создание энергоемких конденсаторов путем оптимизации вели-

д

чины — (применение конденсаторов с двойным диэлектриче-б

ским слоем).

Электростатические накопители энергии или емкостные накопители энергии большой емкости конструктивно подразделяются на два типа по используемому электролиту: щелочному и органическому. Российскими производителями ЕНЭ на щелочном электролите являются МНПО «ЭКОНД» (г. Москва) и АОЗТ «ЭЛИТ» (г. Курск). ЕНЭ на органическом электролите представлены различными фирмами, лучшими из них являются изделия фирмы Maxwell и Epcos. Разработанные и изготовленные к настоящему времени ЕНЭ имеют удельные показатели: массовой энергоемкости 5—10 Втч/кг, объемной энергоемкости 1 — 1,5 Вт ч/л, мощности 4—5 кВт/кг. Видно, что ЕНЭ не могут конкурировать с ТАБ по энергоемкости, однако их основными преимуществами по сравнению с ТАБ являются экологическая чистота, большая удельная мощность, высокая динамичность (способность быстрого заряжения), безуходность и большой срок службы.

Суперконденсатор призван побороться с традиционными аккумуляторными батареями за право поставлять энергию современным мобильным устройствам. Если раньше конденсаторы использовались только для кратковременного хранения небольшого электрического заряда, то в настоящее время так называемые «суперконденсаторы» могут хранить в сотни раз больше энергии, чем традиционные емкостные элементы, причем делать это на протяжении долгого времени без утечки заряда. Еще одним важным преимуществом суперконденсаторов по сравнению с батареями является способность быстрого разряда, в ходе которого развивается практически любая мощность, необходимая потребителю.

Приставку «супер» они получили благодаря своей емкости, которая примерно на три порядка больше, чем у обычных конденсаторов тех же габаритов. Вместе с тем суперконденсаторы остаются традиционными двухвыводными компонентами. Выпускаются они самых разнообразных форм — от малогабаритных монтируемых на поверхность приборов размером с монетку до крупногабаритных призматических или цилиндрических компонентов с винтовым креплением. Основное назначение — источники высокой импульсной энергии и дублирование основного источника питания (батареи).

В сущности, суперконденсатор не отличается от обычного электрического конденсатора, и значение его емкости рассчитывается по известной со школы формуле. Большая емкость достигнута за счет максимизации эффективной площади обкладок и уменьшения эффективного расстояния между ними до нескольких нанометров. В большинстве представленных на рынке суперконденсаторов электроды выполнены из углерода (гранулированного или порошкового).

Между ними расположен разделитель, пропитанный электролитом (водным или органическим раствором) с высокой концентрацией подвижных ионов. При контакте электрода с электролитом с двух сторон их межфазовой границы формируются слои с избыточными носителями противоположной полярности. Межфазовая граница раздела двух материалов толщиной всего несколько нанометров служит диэлектриком конденсатора. Таким образом, собственно конденсаторный элемент образуют два слоя с избыточной концентрацией носителей и граница их раздела.

Отсюда второе название суперконденсаторов — электрохимические двухслойные конденсаторы. С другой стороны разделителя формируется точно такая же структура, но с противоположной первой полярностью носителей в образующих ее слоях. Таким образом, практически один компонент объединяет два включенных последовательно конденсатора с различными значениями последовательного сопротивления.

Основные достоинства суперконденсаторов — большое значение емкости при малых габаритах, отсутствие необходимости применять специальные схемы зарядки или схемы управления процессом разрядки, дружественность окружающей среде (отсутствие вносимых загрязнений), возможность пайки выводов и благодаря этому высокая стабильность контактов (в отличие от батарей).

Для зарядки суперконденсаторов можно использовать источники постоянного тока, постоянного напряжения, включенную параллельно с конденсатором батарею, топливный элемент, преобразователь постоянного тока и т. п. В случае применения батареи для снижения зарядового тока конденсатора и продления срока жизни батареи целесообразно последовательно с конденсатором включать резистор с низким сопротивлением (при этом следует обратить внимание на то, чтобы клеммы конденсатора были присоединены к нагрузке непосредственно, а не через резистор). Максимально рекомендуемый зарядный ток I = У0/5Я, где У0 — зарядное напряжение, а Я - полное сопротивление суперконденсатора. Разогрев конденсатора из-за перегрузки по зарядному току или напряжению может привести к выделению паров электролита, сокращению жизненного цикла или даже к разрушению прибора.

Рабочее напряжение большинства суперконденсаторов равно 2,3—2,5 В. Они хорошо выдерживают кратковременные перегрузки по напряжению, но превышение рекомендуемого значения рабочего напряжения в течение длительного периода может привести к разложению электролита, а это вызывает увеличение тока утечки или разрушение корпуса. Сейчас, правда, уже выпускаются суперконденсаторы на напряжение 3 или 4 В. Но при таких значениях напряжения их параметры быстро деградируют.

Вот почему основная область применения суперконденсаторов на «высокое» напряжение — электронные игрушки, для которых короткий жизненный цикл используемых компонентов не имеет большого значения. Если же необходимо длительно работать при повышенном напряжении, то, как и в случае традиционных компонентов, приходится включать конденсаторы последовательно или параллельно/последовательно, и при этом также, как обычно, значение эффективной емкости уменьшается.

При последовательном соединении конденсаторов возникает проблема неравномерного падения напряжения отдельных компонентов и вероятность превышения допустимого значения напряжения из-за рассогласования их параметров.

Избежать этого можно путем пассивного или активного симметрирования напряжений конденсаторного блока. При пассивном методе параллельно каждому конденсатору включается резисторный делитель напряжения.

Причем значение сопротивления резисторов следует выбирать так, чтобы ток зарядки/разрядки был больше приведенного в технических условиях тока утечки и вместе с тем не вызывал сокращения срока службы батареи. При низких значениях тока утечки рекомендуется использовать резисторы с сопротивлением 470 кОм — 1,2 МОм.

При таком симметрировании напряжения матричного модуля любой конденсатор матрицы, напряжение которого превышает установленный уровень, разряжается.

Как правило, диапазон рабочих температур суперконденсаторов составляет -20—70 °С.

Превышение указанного в ТУ максимального значения температуры на 10 °С может привести к сокращению срока службы прибора в два раза, в основном из-за увеличения Е811.

Поэтому рекомендуется работать при минимально возможной температуре. Если же это не удается, целесообразно уменьшать рабочее напряжение. Например, при температуре 85 °С снижение рабочего напряжения до 1,8 В позволит компенсировать негативные эффекты, вызываемые перегревом прибора. В случае работы при низких температурах можно слегка повышать напряжение по сравнению с его значением в ТУ.

При длительной работе (и хранении) пропитка суперконденсаторов «высыхает» (как у электролитических конденсаторов). Но при правильном использовании они могут выдержать более 500 тыс. циклов зарядки/разрядки без изменения емкости, а их минимальный срок службы достигать 10 лет.

Следует также помнить, что влияние окружающей среды и условий работы на основные параметры суперконденсаторов отличается от их воздействия на характеристики обычных конденсаторов.

Сегодня активно ведутся работы по созданию суперконденсаторов, в которых средой накопления заряда служат проводящие полимеры. Молекулы таких органических веществ, подобно молекулам полупроводниковых материалов, имеют центры захвата ионов, а их механизм проводимости аналогичен электронно-дырочной проводимости полупроводников.

Благодаря тому, что ионы накапливаются в объеме полимера, а не на поверхности проводящего электролита, емкость таких конденсаторов значительно выше, чем «обычных» суперконденсаторов. Изучается возможность сочетания полимеров с материалами, формирующими суперконденсатор, например, полипропилена с углеродными нанотрубками.

Правда, пока самый большой заряд был накоплен в «чисто» полимерной системе.

Современные энергоемкие электрические и электронные системы выдвигают жесткие требования к источникам питания. Разнообразное оборудование — от цифровых камер и портативных электронных устройств до электрических трансмиссий «гибридных» автобусов, грузовиков и легковых автомобилей — нуждается как в аккумулировании, так и в подаче необходимой энергии.

Современный разработчик может решить эту задачу двумя способами: использовать аккумулятор (или источник питания), способный обеспечить большой импульс тока, или присоединить параллельно менее мощной батарее суперконденсатор («гибридное» решение). Во втором случае назначение суперконденсатора — «страховка» основного источника питания (как правило, батареи) на случай падения его напряжения.

При падении напряжения батареи или необходимости подачи большого импульса тока на нагрузку функции источника питания выполняет суперконденсатор. Это обусловлено тем, что общий уровень (плотность) энергии батарей высокий, а плотность их мощности мала, тогда как у суперконденсаторов, наоборот, плотность энергии мала, а плотность мощности велика. В простейшем случае суперконденсатор дублирует батарею, обеспечивая ток зарядки на нагрузку.

В последнее время большое внимание уделяется применению суперконденсаторов в системах гибридных автомобилей, в которых для управления генератором используется двигатель внутреннего сгорания, а приводится автомобиль в движение с помощью электрического двигателя (или двигателей).

В этом случае двигатель внутреннего сгорания работает с почти постоянной скоростью и выходной мощностью, т. е. с наибольшей эффективностью, а суперконденсатор служит источником тока в начале движения или при ускорении «подзаряжается» при торможении.

Несомненно, суперконденсаторы не могут заменить аккумулятор транспортного средства, но их применение значительно расширяет возможности системы питания, улучшая стартовые свойства при низких температурах (благодаря большему пусковому крутящему моменту), стабилизируя напряжение системы питания и сохраняя энергию, выделяемую при торможении. В общем случае в системе питания транспортных средств целесообразно применять суперконденсаторы, время зарядки/разрядки которых составляет 5—60 с.

4.2.2. Справочные данные

Состояние, перспективные показатели и характеристики различных типов ЕНЭ прелставлены в табл. 4.2—4.6.

Таблица 4.2. Состояние и перспективные показатели ЕНЭ

Современное состояние

По проекту

Технология

Разработчик

Втч/кг

(Дж/г)

описание

Композиция

Maxwell

1,5-2,0

Уголь/никель водные

3-4

уголь/металово-

локно

(5,4-7,2)

электрические ячейки 20 см, 20 см2

(11-14)

Aurubun

Уголь/алюминий органические электрические ячейки 80 см2

Окончание табл. 4.2

Технология

Разработчик

Современное состояние

По проекту (Втч/кг) (Дж/г)

Втч/кг

(Дж/г)

описание

Монолит — вспе-неный уголь

Lawrence Livermore Nat. Labori (LLNL)

Аэрогель-уголь, органические, электрические ячейки, 80 см2

Смесь окислов металлов (керамики) на металлической фольге

Pinnacle

Research

Оксид металлов, водная электрическая сборка на 32 и 100 В, 80 см2. То же, сборка на 8 В

Частицы пеноугле-рода со связующем

Sandia

Nat. Lab.

Улучшенный пено-уголь со связующим

7(25)

Двойные слои полимера на угольных листах

Los Alamos Nat. Lab.

Двойные полимеры с органическими элементами типа (Ш). Ячейка на 3,3

15(54)

Углерод по 7-осям

Federal Fabrics

Водная электрическая 20 см2 ячейка на 20 В

10(36)

Многослойная наноструктура

LLNL

Пленки ТЮ2 1 мм,

50 см2, потери %

3(11)

Импульсная батарея из лития полимера

Standford Research Inst.

50 В, биполярная лента 7 мм, очень высокая мощность

70 (250)

Таблица 4.3. Характеристики ЕНЭ выпускаемых ЗАО «ЭСМА» (г. Курск)

Параметры

Предпочтительные области применения

стартерный пуск двигателей

тяговые

источники энергии

системы рекуперации на электротранспорте

Тип конденсаторов

ЭК401

ЭК 103

ЭК 104

ЭК203

ЭК251

ЭК301

ЭК302

Диапазон рабочих напряжений. В

ОС

CN

О

сп

оо

Сч

о

СП

CV

1,3-0,3

ос

Сч

о

СП

CV

1,3-0,8

1,3-0,8

1,3-0,8

Окончание табл. 4.3

Параметры

Предпочтительные области применения

стартерный пуск двигателей

тяговые

источники энергии

системы рекуперации на электротранспорте

Емкость, кФ

10

3,2

3,2

45

50

30

20

Внутренне

сопротивление,

мОм

0,2

0,5

0,6

0,4

0,2

0,2

0,1

Запасаемая энергия, кДж

5,2

1,7

2,6

23,6

26,2

15,7

10,5

Удельная энергия, кДж/кг

3,7

5,0

7,6

8,4

9,3

5,6

3,2

Ток утечки при напряжении 1,3 В, мА

40-80

30-50

30-50

50-100

50-100

50-100

Ресурс, тыс. циклов

>50

>50

>50

>50

>50

>200

500

Размеры, мм

82 х 32 х

х 207

25 х 60 х

х 120

25 х 60 х

х 120

82 х 98 х

х 237

82 х 98 х

х 237

82 х 98 х

х 207

82 х 98 х

х 207

Масса, кг

1,4

0,34

0,34

2,8

2,8

2,8

3,3

Таблица 4.4. Характеристики конденсаторных модулей «тягового» типа ЗАО «ЭСМА»

Тип

модуля

Диапазон рабочих напряжений, В

Емкость,

кФ

Внутреннее сопротивление при

25 °С (-30 °С), мОм

Запасаемая

энергия,

МДж

(кВтч)

Масса, кг (габариты, мм)

Отдаваемая энергия при

разряде током 50 А при 25 °С (-25 °С), МДж

60ЭК203

96-48

1,8

56

6,2

175

5,4

(40)

(1,7)

(530 х 606 х

(4,4)

х 455)

60ЭК251

160-80

2,1

26

7,2

175

6,2

(40)

(2,0)

(530 х 606 х

(5,2)

х 455)

Окончание табл. 4.4

Тип

модуля

Диапазон рабочих напряжений, В

Емкость,

кФ

Внутреннее сопротивление при

25 °С (-30 °С), мОм

Запасаемая

энергия,

МДж

(кВтч)

Масса, кг (габариты, мм)

Отдаваемая энергия при

разряде током 50 А при 25 °С (-25 °С), МДж

300ЭК251

160-80

3,3

  • 950
  • (2650 х 606 х х 455)

300ЭК251

160-80

3,9

  • 950
  • (2650 х 606 х х 455)

Таблица 4.5. Характеристики конденсаторных модулей ЗАО «ЭСМА», предназначенных для коротких режимов разряда

Тип конденсаторного модуля

Диапазон рабочих

напря

жений,

В

Емкость,

Ф

Внутреннее сопротивление

при 25 °С (-30 °С), мОм

Запа

саемая

энер

гия,

кДж

Масса, кг (габариты, мм)

Отдаваемая энергия при

разряде на

нагрузку

7 мОм при 25 °С (-30 °С), кДж

Средняя

мощность

при разряде

на нагрузку

  • 7 мОм при
  • 25 °С (-30 °С), кВг

10ЭК103

13-7

320

5,0

19

5

(7,0)

(291 хбЗх

х 166)

20ЭК103

13-7

640

2,5

38

10

12

8,8

(3,5)

(291х125х

(5)

(8,5)

X 166)

40ЭК103

13-7

1280

1,3

77

20

40

11

(1,8)

(291х254х

(24)

(9,7)

х 166)

80ЭК103

13-7

2560

0,6

154

40

105

12

(0,9)

(291х508х

(69)

(П,0)

х 166)

8ЭК103

13-7

800

4,0

48

4,5

(6,0)

(243 х 63 х

X 166)

Окончание табл. 4.5

Тип конденсаторного модуля

Диапазон рабочих

напря

жений,

В

Емкость,

Ф

Внутреннее сопротивление

при 25 °С (-30 °С), мОм

Запа

саемая

энер

гия,

кДж

Масса, кг (габариты, мм)

Отдаваемая энергия при

разряде на

нагрузку

7 мОм при 25 °С (-30 °С), кДж

Средняя

мощность

при разряде

на нагрузку

  • 7 мОм при
  • 25 °С (-30 °С), кВг

16ЭК103

13-7

1600

96

(16)

(8,2)

32ЭК103

13-7

3200

192

  • 18
  • (243 х 254 х х 166)

(46)

(9,6)

64ЭК103

13-7

6400

384

  • 36
  • (243 х 508 х х 166)

(Ю4)

(П)

10ЭК301

13-7

3000

180

8ЭК301

13-7

6000

360

(39)

(7,9)

Таблица 4.6. Номенклатура и основные технические характеристики ЕНЭ производства компании «ЭЛИТ» (г. Курск)

Тип

изделия

Номинал рабочего

напря

жения,

В

Элек

триче

ская

ем

кость,

Ф

Ток разряда, А

Импеданс на

частоте

1 кГц, Ом

Пол

ный

энерго

запас,

кДж

Размеры: длина х ширина х высота, мм

Вес,

кг

Рекомендуемая область применения

12

55

0,003

4

105 х 172 х

х 184

5,8

Пуск ДВС автомобиля класса ВАЗ

І2ПП-6/

0,003

12

85

0,003

6

120х 172х

х 184

6,5

Пуск ДВС автомобиля класса «Волга» и микроавтобусов

Окончание табл. 4.6

Тип

изделия

Номинал рабочего

напря

жения,

В

Элек

триче

ская

ем

кость,

ф

Ток разряда, А

Импеданс на

частоте

1 кГц, Ом

Пол

ный

энерго

запас,

кДж

Размеры:

длина х ширина х высота, мм

Вес,

кг

Рекомендуемая область применения

І2ПП-10/

0,002

12

150

0,002

10

197 х 172 х

х 184

13,2

Пуск ДВС автомобиля класса ЛЮКС и дизельных микроавтобусов

12

210

0,001

15

210 х 175 х

х 205

15,0

Пуск ДВС грузовиков среднего класса ГАЗ, ЗИЛ, автобусов

24

50

0,004

15

180 х 175 х

х 205

14,0

Пуск дизелей класса КамАЗ

до -5 °С

24

100

0,003

30

365х 175х

х 205

26,0

Пуск дизелей класса КамАЗ

Гаражно

пусковая

установка

«ГАРПУН»

12, 24

400

20 000— 24 000

0,001

115

555 х 500 х

х 580

100,0

Пуск ДВС всех типов автомобилей и другой

техники

stroyka.ahuman.ru

Найден ключевой молекулярный "накопитель жира"

Ожирение – это не просто эстетический изъян и невозможность "вписаться" в понравившуюся одежду или стандартные размеры кресел самолётов, поездов и кинотеатров. К сожалению, это серьёзное заболевание, которое давно стало глобальной проблемой здравоохранения. И неудивительно, ведь избыток жира – это серьёзный риск развития диабета второго типа, сердечно-сосудистых заболеваний, инсульта и даже рака.

Генетические и молекулярные механизмы, отвечающие за количество и места отложения жира в организме, – это альфа и омега понимания процессов ожирения. Однако до сих пор эти скрытые процессы остаются до конца не изученными.

Недавно эксперты из Медицинского центра Юго-Западного Техасского университета обнаружили, что ключевую роль в развитии ожирения играет одного из семейств микроРНК, а именно miR-26.

Поясним, что микроРНК – это небольшие некодирующие молекулы РНК. Они способны влиять на активность генов, подавляя их работу.

В экспериментах на животных учёные выяснили, что семейство miR-26 контролирует уровень одного из белков, необходимого для производства новых жировых клеток.

"Раньше этот белок не связывали с образованием жира или ожирением, поэтому полученный нами результат был весьма неожиданным", – отмечает в пресс-релизе один из ведущих авторов нового исследования профессор Джошуа Менделл (Joshua Mendell).

Поясним, что разновидности микроРНК давно интересуют генетиков. Прежние исследования уже продемонстрировали важную роль семейства miR-26 в подавлении злокачественных опухолей и регулировании чувствительности к инсулину.

Тем не менее более широкие функции этих микроРНК оставались неизвестными. Дело в том, что для детального изучения данных молекул у млекопитающих необходимо изолировать три гена, кодирующих всё семейство miR-26, а сделать это непросто.

Чтобы преодолеть такое техническое препятствие, исследователи использовали технику редактирования генов CRISPR/Cas9. С её помощью учёные удалили все гены, кодирующие miR-26, из генома мыши. "Операция" помогла экспертам обнаружить любопытное явление.

Мыши с отсутствующими микроРНК разновидности miR-26 совершенно нормально развивались в детстве. Однако по мере взросления они начинали в два-три раза обгонять своих обычных ровесников по количеству белого жира в организме (того самого, что образует досадные объёмы на животе, бёдрах и ягодицах). И это несмотря на нормальную сбалансированную диету.

Чтобы изучить роль miR-26 в образовании жира, учёные использовали другую генно-инженерную линию мышей. На этот раз организм подопытных производил избыток интересующей учёных микроРНК.

Далее исследователи вскармливали модифицированную и контрольную группу обычных грызунов жирной пищей. Как и ожидалось, у нормальных животных наблюдался резкий рост веса и увеличение содержания жира до 40 процентов от общей массы тела. А вот у их генетически преобразованных "коллег" дела обстояли совсем иначе.

Мыши с повышенным уровнем miR-26 были очень устойчивы к набору веса и, несмотря на идентичную диету, практически не толстели. Учёные отмечают также, что у этих подопытных был более низкий уровень сахара и липидов в крови по сравнению с контрольной группой.

"Наше исследование раскрывает новый механизм контроля выработки жира в организме. Более глубокое понимание этого процесса приведёт к появлению новых методов лечения ожирения, например, при помощи повышения активности miR-26 или подавления мишеней этой микроРНК" – считает профессор Менделл.

Подробные результаты исследования были опубликованы в издании Genes & Development.

К слову, авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее рассказывали о другом гене, "вызывающем" ожирение, а также о неожиданном методе борьбы с этим недугом.

Оставайтесь в курсе самых интересных новостей науки, подписывайтесь на наши группы в социальных сетях: ВК, Facebook, Twitter, "Одноклассники". Есть мы и в Яндекс.Дзене.

nauka.vesti.ru

Накопители энергии: наибольшей энергоемкостью обладает

Тест по биологии «Органические вещества клетки: углеводы и липиды»

Тест по теме «Химический состав клетки.

Органические вещества: углеводы и липиды»

Вариант 1

  1. Из органических веществ в клетке в наибольшем количестве содержатся (1 балл)

1) жиры 3) углеводы

2) белки 4) нуклеиновые кислоты

  1. Глюкоза – это мономер (1 балл)

1) белков 3) полисахаридов

2) липидов 4) нуклеиновых кислот

  1. Какое соединение относят к сложным сахарам? (1 балл)

1) фруктозу 3) дезоксирибозу

2) глюкозу 4) целлюлозу

  1. Какую функцию в клетке выполняют углеводы? (1 балл)

1) ферментативную 3) информационную

2) строительную 4) транспортную

  1. Молекулы жиров состоят из (1 балл)

1) глицерина и жирных кислот

2) аминокислот и нуклеотидов

3) моносахаридов и остатков фосфорной кислоты

4) азотистых оснований и полисахаридов

  1. Запасы каких веществ дают возможность пустынным животным длительное время обходиться без поступления воды из внешней среды?

1) жиров 3) углеводов (1 балл)

2) белков 4) нуклеиновых кислот

  1. Какую функцию выполняют липиды в плазматической мембране?

1) каталитическую 3) запасающую (1 балл)

2) структурную 4) энергетическую

  1. Установите соответствие между характеристикой и веществом, к которому её относят. Для этого к каждому элементу из первого столбца подберите элемент из второго столбца. (2 балла)

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕЩЕСТВО

А) плохо растворяется в воде 1) глюкоза

Б) по строению относят к полимерам 2) крахмал

В) при избытке в организме человека

превращается в молекулы гликогена

Г) обладает сладким вкусом

Д) запасное питательное вещество клеток растений

Е) в состав входят шесть атомов углерода

А

Б

В

Г

Д

Е

Критерии оценивания проверочной работы:

0-3 балла → 2 6-7 баллов → 4

4-5 баллов → 3 8-9 баллов → 5

Тест по теме «Химический состав клетки.

Органические вещества: углеводы и липиды»

Вариант 2

  1. Какие вещества обладают наибольшей энергоёмкостью? (1 балл)

1) жиры 3) белки

2) углеводы 4) жирные кислоты

  1. Какое вещество относится к мономерам? (1 балл)

1) АТФ 3) глюкоза

2) жир 4) РНК

  1. К полисахаридам относят (1 балл)

1) глюкозу 3) рибозу

2) фруктозу 4) крахмал

  1. Какую функцию в клетке выполняют углеводы? (1 балл)

1) транспортную 3) ферментативную

2) информационную 4) энергетическую

  1. По химической природе некоторые половые органы человека являются (1 балл)

1) нуклеотидами 3) липидами

2) углеводами 4) аминокислотами

  1. Какую функцию в клетке выполняют липиды? (1 балл)

1) ферментативную 3) информационную

2) строительную 4) транспортную

  1. Наиболее богаты энергией молекулы (1 балл)

1) белков 3) углеводов

2) липидов 4) нуклеиновых кислот

  1. Установите соответствие между признаком и группой веществ, для которой он характерен. Для этого к каждому элементу из первого столбца подберите элемент из второго столбца. (2 балла)

ПРИЗНАК ГРУППА ВЕЩЕСТВ

А) с уменьшением молекулярной массы 1) углеводы

веществ растворимость их в воде возрастает 2) липиды

Б) покрывают листья и плоды многих

растений защитным глянцевым слоем

В) обеспечивают прочность покровных

структур растений, грибов, животных

Г) благодаря низкой теплопроводности

защищают многие организмы от переохлаждения

Д) в состав группы входят простые и сложные сахара

А

Б

В

Г

Д

Критерии оценивания проверочной работы:

0-3 балла → 2 6-7 баллов → 4

4-5 баллов → 3 8-9 баллов → 5

Ответы к тесту «Химический состав клетки.

Органические вещества: углеводы и липиды»

Вариант1 Вариант 2

Индуктивный накопитель энергии

и. ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалистическихРеспублик 11690988(И) М, Кп.зН 01 Э 3/02 Н 05 Н 5/00 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет, -Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытий(088,8 ) Опубликовано 30,12,82 Бюллетень Йо 48 Дата опубликования описания 05,01,83(7 ) Заявитель Изобретение относится к области высоковольтной техники и может быть применено в ускорителях для получения пучков заряженных частиц с энергией до нескольких МэВ, длительностью 10 с и током до сотен кА.Известно несколько схем индуктивных накопителей энергии, содержащих источник питания, соленоид и размыкатель тока 1 . Однако, несмотря на вывысокую энергоемкость индуктивного накопителя, они не получили широкого применения из-за отсутствия быстродействующих размыкателей, способных пропусКать большие токи и выдерживать большое напряэение при размйка-нии.l Известен индуктивный накопитель 121, содержащий соленоид, источник питания и электрически взрываемый проводник, соединенные последовательно. При взрыве проводника возникающее на соленоиде напряжение подается на нагреэку, в качестве которой используется ускорительная трубка. Недостатком такой схемы является то, что величина разрывного напряжения и его длительность ограничены из-эа быстрого образования 4,»Р,(Н 4) индУКТИВНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИЭт44)П;ь 1″ ГН 4,ьехорошо проводящей плазмы при взрыве проводника,Целью изобретения является увеличение разрывного напряжения и егодлительности.Для достижения указанной целиэлектрически взрываевый проводник помещен в вакуумную камеру и расположенвнутри соленоида перпендикулярно егооси. При этом силовые линии магнитного поля, создаваемого соленоидом,перпендикулярны взрываемому проводнику и препятствуют образованиюсплошного плазменного шнура, замыкающего концы взрывающегося проводника.На фиг. 1 приведена схема индуктивного накопителя, содержащая источник питания 1, соленоид накопителя 2,нагрузку 3, электрически взрываемыйпроводник 4, вакуумную камеру 5 ивспомогательный соленоид б,На фиг, 2 приведена схема накопителя для случая, когда в качественагрузки 3 используется сильноточная ускорительная трубка.Взрываемый проводник 4.расположен в вакуумной камере 5 (фиг.1)или в камере ускорительной трубки 3(фиг, 2) перпендикулярно силовымлиниям магнитного поля, создаваемого690988 Формула изобретения ВНИИПИТираж 7 каз 10667/1 Подписноедополнительным соленоидом 6 (фиг, 1) или соленоидом накопителя 2 (фиг. 2). Проводник 4 (фиг. 2) может быть изогнут в плоскости, перпендикулярной пересекающим ее силовым линиям магни тно го поля5Схема накопителя работает следующим образом.От источника 1 (см. Фиг. 1) черезсоленоид 2 и проводник 4 пропускают ток и запасают энергию магнитного 10 поля в соленоиде 2. Часть энергии в ;виде тепла выделяется в проводнике 4, что приводит к его взрыву. При этом разрывается электрическая цепь соленоида 2, и возникающее на нем ва- )5 пряжение подается на нагрузку 3. Сечение проводника выбирают так, чтобы взрыв происходил при достижении током максимальной величины. Длину проводника и величину магнитного поля, создаваемого дополнительным соленоидом 6, выбирают так, чтобы обеспечить требуемую электрическую прочность между концами проводника. Проводник может быть изогнут так, чтобы электрическая прочность по вакууму между любыми его участками была, не ниже прочности между этими же участками проводника по образовавшейся при его взрыве плазме, При использовании соленоида 2 в качестве источника поперечного магнит ного поля (см. фиг, 2) количество витков соленоида и его размеры выбирают так, чтобы величина создаваемого им магнитного поля была достаточна для поддержания требуемой электро- прочности взрывающегося проводника .до момента, когда основная доля запасенной в соленоиде энергии бубет израсходована.Изобретение позволяет увеличить разрывное напряжение и время его осу ществления. Индуктивный накопитель энергии, содержащий по крайней мере один соленоид, источник питания и электрически взрываемый проводник, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разрывного напряжения и его длительности электрически взрываемый проводник помещен в вакуумную камеру и расположен внутри соленоида перпендикулярно к его оси. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 326928, кл. Н 05 Н 5/00, 1968.2. Месяц Г.Л. Генерирование мощных наносекундных импульсов, М.,

Смотреть

Лекция 11. Индуктивные накопители энергии

Накопление энергии может осуществляться не только в конденсаторах, но также и в катушках индуктивности. Эта накопленная энергия может быть использована для создания импульсов тока апериодической формы в генераторах импульсных токов. Принципиальная схема с использованием импульсного накопителя энергии приведена на рис. При зарядке от источника питания ИП постоянного тока коммутатор К1 замкнут и через индуктивность протекает возрастающий ток до момента t1, когда коммутатор К1 размыкается. В этот период времени напряжение на индуктивности не превышает напряжения ИП. Энергия, запасенная в индуктивности, постепенно увеличивается по мере увеличения протекающего тока E=L×I2/2. По достижении требуемого запаса энергии источник питания отключается коммутатором К1, а коммутатором К2 к катушке подключают нагрузку Rн. Происходит разряд на нагрузку энергии, накопленной в катушке индуктивности L. При активной нагрузке амплитуда тока в ней спадает по экспоненте с постоянной времени, определяемой величиной L и Rн. В момент коммутации напряжение на нагрузке скачком возрастает с напряжения источника до величины U=I×Rн. Приведенная схема применима при больших величинах Rн и сравнительно малых скоростях выделения энергии (токи до 100КА, время импульса больше 50мкс).

Увеличение тока (мощности) может быть достигнуто в трансформаторной схеме (рис.2) и многокатушечной схеме с переключением катушек накопителя с последовательного соединения при зарядке на параллельное соединение при разряде (рис.3.). Эффективность индуктивных накопителей энергии при питании индуктивной нагрузки мала, поэтому такие накопители не используются для создания сильных магнитных полей.

Технически достижимая плотность накопленной энергии в магнитном поле на два –три порядка выше, чем в электрическом. При создании накопителей с энергией выше 106 Дж индуктивные накопители становятся экономически более выгодными, чем емкостные. Вне конкуренции индуктивные накопители при энергиях108¸109 Дж, которая требуется в установках термоядерного синтеза. В настоящее время разработаны и используются индуктивные накопители с обычными катушками на энергию 107 Дж, которые применяются в качестве источника импульсных токов для питания мощных ускорителей, импульсной зарядки конденсаторов и формирующих линий, для испытания коммутирующей аппаратуры в линиях электропередач постоянного тока.

В отличие от емкостного накопителя индуктивный при полной зарядке должен потреблять от источника питания постоянного тока энергию, компенсирующую потери на активном сопротивлении при протекании тока. Даже при зарядке потери могут приближаться к накопленной или даже превышать ее. При использовании сверхпроводящих селеноидов в качестве катушек индуктивности позволяет избежать этих потерь. Для нормальной работы сверхпроводящие селеноиды из традиционных низкотемпературных сверхпроводников требуют охлаждения их дорогостоящим жидким гелием до температуры 4,2К. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости в 1986 году открыло широкие перспективы по созданию сверхпроводящих катушек с охлаждением их дешевым жидким азотом.

Самым сложным элементом схем, приведенных на рис.1,2,3 является коммутатор к1(к3). По существу он представляет собой выключатель постоянного тока с током отключения равным зарядному и напряжением равным произведению тока на сопротивление нагрузки. Используются следующие коммутирующие устройства:

1. Управляемые полупроводниковые коммутаторы.

2. Сверхпроводящие коммутаторы.

3. Вакуумные выключатели высокого напряжения.

4. Взрывающиеся проводники в комбинации с вакуумными выключателями.

Управляемые полупроводниковые коммутаторы – обычно силовые тиристоры с устройствами управления. Ток отключения I < 1 кA при напряжении U < 2-3 кВ для одного тиристора. Для получения требуемой величины тока и напряжения применяют последовательное и параллельное соединение многих элементов. Для обеспечения надежной работы всего коммутатора необходимо выравнивать напряжение на отдельных элементах. Эти коммутаторы имеют ограничение по времени, громоздки и дорогостоящи.

Сверхпроводящие коммутаторы- тонкая фольга из сверхпроводника, включаемая последовательно с катушкой в зарядную цепь. При коммутации элемент переводится в нормальное состояние с R > Rн. Ток отключения I < 5 кA при напряжении U < 10 кВ.

Вакуумные выключатели высокого напряжения — ток отключения I < 2-3 кA при напряжении U ~50-100 кВ. Для повышения напряжения на коммутаторе вакуумные выключатели сравнительно легко могут быть соединены последовательно. Для работы требуется вспомогательный колебательный контур для перевода тока через нуль. Контур состоит из конденсатора емкостью 0,1¸1мкф заряженной до напряжения нескольких киловольт, а также индуктивности соединительных проводов. При коммутации ток разряда емкости направлен против коммутируемого тока, в результате ток, протекающий через вакуумный выключатель, переходит через нуль и дуга в выключателе гаснет.

Взрывающиеся проводники в комбинации с вакуумными выключателями. Принципиальная схема такого коммутатора приведена на рис.4. Зарядный ток накопителя протекает через выключатель высокого напряжения. При коммутации тока в момент t1 контакты выключателя начинают расходиться, и между ними горит дуга. Через определенный момент t2, когда контакты выключателя разошлись на достаточное расстояние, срабатывает вспомогательный блок-контакт К, подключающий взрывной проводник ВП. Размеры и сопротивление ВП подобраны так, что ток из выключателя переключается в шунтирующий канал ВП (сопротивление ВП << сопротивления дуги). Процесс переключения тока требует некоторого времени с t2 до t3, которое определяется сопротивлением дуги и индуктивностью шунтирующей цепи. Дуга в выключателе гаснет. С момента t3 весь ток протекает через ВП. Спустя некоторое время сопротивление проводника ВП начинает возрастать (проводник нагревается) и, соответственно, растет падение напряжения на нем. В этот момент происходит подключение нагрузки коммутатором К2 (время t4). При нагревании проводник ВП разрушается со взрывом. В этот момент возможны превышения напряжения по сравнению С произведением тока на сопротивление нагрузки. Длительность коммутации определяется временем t5-t4, т.е. временем между подключением нагрузки и спадом зарядного тока до нуля (набором полного тока нагрузки). Этот интервал составляет 1-10мкс при общем времени t5-t1=1-10мс. Особо важным условием работы коммутатора является восстановление электрической прочности промежутка между контактами выключателя к моменту появления напряжения при взрыве проводника. Для сокращения длины (массы взрывающегося проводника) и увеличения электрической прочности после взрыва проводник помещают в плотную среду – чаще всего в кварцевый песок. В этом случае шунтирующий элемент напоминает предохранитель высокого напряжения. Разница заключается в том, что в предохранителе предпринимаются меры по снижению пика перенапряжений в момент разрыва цепи, то в коммутаторе такой пик способствует облегчению условий переключения тока в нагрузку. Основной недостаток – малая скорость разведения контактов (обычно меньше 5м/с). Следствие этого долгое горение дуги и низкая скорость восстановления электрической прочности, которая зависит от времени горения дуги. Рассматриваемые коммутаторы работают при токах до 40КА и напряжениях до 40КВ. Дальнейшее повышение напряжения возможно с использованием воздушных или элегазовых быстродействующих выключателей, обладающих высоким быстродействием и высокой скоростью восстановления электрической прочности.

Для малых времен коммутации используют также взрывные проводники на воздухе. При этом сокращается время возрастания тока в нагрузке (передний фронт импульса тока).

Контур Горева. Синтетические схемы испытаний выключателей.

Одним из ответственейших аппаратов электрических систем являются силовые выключатели, основное назначение которых – прерывание цепей коротких замыканий. От надежной работы этих устройств зависит надежность работы энергетической системы. При испытаниях выключателей на способность отключать токи КЗ традиционно используют специально сконструированные ударные генераторы. Отличительной особенностью работы ударных генераторов является кратковременный режим работы при больших скачках токов КЗ. При таких режимах работы возникают высокие механические нагрузки на лобовые вязки стержней ротора, сильный тормозящий момент на валу ротора, проблемы с электродинамической стойкостью обмоток статора и т.п. Часто в качестве ударных генераторов используют старые турбогенераторы и тихоходные гидрогенераторы. При использовании их в качестве ударных генераторов усиливают вязки лобовых частей и создают дополнительный запас механической энергии на валу путем посадки на вал дополнительных маховиков. Срок службы ударных генераторов невелик, а эксперименты с их использованием дорогостоящи. С целью удешевления экспериментов по испытанию выключателей в 1937 г. профессор ЛПИ Горев предложил использовать резонансно настроенный на частоту 50 Гц колебательный контур. Испытательные установки с таким контуром получили название установки с контуром Горева. Существует большое разнообразие схем с контуром Горева. Одним из главных недостатков большинства схем является большой декремент затухания колебаний. Модернизацией схем контура Горева стали современные схемы, получившие название синтетических.

При испытаниях выключатели либо пропускают ток, либо не пропускают. При замкнутых контактах и горящей между расходящимися контактами дуге протекает большой ток, а напряжение на контактах мало. При разомкнутых контактах и погасшей дуге ток не протекает, а на контактах быстро восстанавливается напряжение до номинального с коэффициентом перенапряжения, который зависит от схемы сети. В синтетических схемах учитывается эти два режима: 1. большой ток и малое напряжение; 2.малый ток (нулевой) и высокое напряжении. Синтетических схем достаточно большое разнообразие. На рис. изображена синтетическая двухчастотная схема СПбТУ.

Рис. Схема испытаний высоковольтных выключателей с ударным генератором

Молекулярный накопитель энергии (МНЭ)

Молекулярный накопитель энергии (МНЭ)

Молекулярный накопитель энергии используется в качестве дополнительного к аккумуляторным батареям мощного источника стартерного тока в системах электрического пуска с номинальным напряжением 24 В для двигателей автомобилей.

Совместное применение МНЭ и АКБ обеспечивает раскрутку коленвала двигателя до пусковых оборотов и тем самым обеспечивает надежный пуск двигателя при экстремальных температурах окружающей среды и/или снижении емкости АБ; одновременно увеличивается срок службы АКБ. Возможен пуск двигателя и временная эксплуатация средства без стартерной АКБ.

МНЭ буферной серии «Б», является конденсатором большой емкости, выполняет также функцию фильтра высоких и низких частот, эффективно подавляет импульсные перенапряжения, улучшает качество напряжения в бортовой сети, значительно увеличивает срок службы бортовой электроники.

МНЭ буферной серии «Б» допускают не только кратковременное подключение к АКБ на период пуска двигателя, но и длительное подключение к бортовой сети во время активной ежедневной эксплуатации транспортного средства как при движении (действует максимальное напряжение подзаряда МНЭ от генератора), так и остановках. На время длительного простоя транспортного средства рекомендуется отключение МНЭ от АКБ. Технические характеристики МНЭ представлены в таблице 7-3.

Технические характеристики МНЭ

Таблица 7-3.

Тип МНЭ

100/28БМ

Напряжение заряда. В

— номинальное

24,0

— максимальное

30,0

Номинальная электрическая ёмкость, Ф

Динамическая емкость при стартерном разряде не менее, Ф

Внутреннее сопротивление, Ом

0,005

Ток утечки не более, мА

6,0

Сопротивление изоляции между корпусом и токовыводами, не менее, МОм

20,0

Масса, кг

Длина по обечайке (при диаметре 230 мм), мм

Назначенный срок службы, лет

или пробег, тыс. км

Гарантийный срок эксплуатации, лет

Гарантийный срок хранения, лет

На автомобиле КАМАЗ установлены две аккумуляторные батареи 6ТСТС-100А, соединенные последовательно (рис. 7-5). Плюсовый вывод батареи соединяется с выводом стартера, а минусовый — с выключателем батарей, а через него — с корпусом автомобиля. Аккумуляторные батареи располагаются в ящике-гнезде, который крепится к раме автомобиля

сзади кабины с левой стороны. МНЭ подключается параллельно к АКБ. Выключатель аккумуляторных батарей установлен с боковой стороны ящика-гнезда ближе к кабине, а кнопка дистанционного управления расположена в кабине на панели щитка приборов.

Рис. 7-5. Схема подключения МНЭ.

Состав, устройство и работа МНЭ

Молекулярный накопитель энергии представляет собой конденсатор большой емкости, накопление заряда в котором осуществляется в двойном электрическом слое в объеме сверхпористого углерода.

Корпус МНЭ, представляющий из себя герметичный цилиндр диаметром 230 мм, изготавливается из нержавеющей стали или стали с антикоррозийным покрытием и состоит из обечайки и крышек, сваренных друг с другом аргонодуговой сваркой. Токовыводы расположены на торцевых сторонах цилиндра (по центру крышек).

Внутри корпуса находятся блоки накопительных элементов, представляющих собой многослойную тонкоплёночную конструкцию, состоящую из пористых углеродных электродов, сепаратора и токосъемных пластин.

Подсоединение МНЭ к электрической цепи осуществляется при помощи медных шин или многожильных проводов с поперечным сечением 50 — 90 мм2, которые крепятся к токовыводам при помощи болта М10 с установкой плоской и пружинной шайб, поставляемых совместно с изделием.

Плюсовой токовывод МНЭ находится со стороны крышки, имеющей шильдик с условным обозначением изделия и маркировку «+».

МНЭ устойчив к токам короткого замыкания.

МНЭ не содержит токсичных материалов.

Рабочее положение МНЭ при хранении и эксплуатации произвольное.

МНЭ в составе системы электростартерного пуска (СЭП) транспортного средства во время работы может находиться в следующих состояниях:

— заряд (подзаряд) накопителя до номинального напряжения от АБ при заглушенном двигателе;

— стартерный разряд совместно с АБ при пуске двигателя;

— подзаряд до напряжения бортовой сети (генератора) во время работы двигателя;

— саморазряд после отключения МНЭ от АБ на период длительного простоя транспортной машины.

При использовании в составе СЭП двух и более МНЭ они могут соединятся параллельно.

Внимание! Подсоединение не заряженного МНЭ к СЭП не допускается, так как это может привести к перегрузке АКБ и выходу её из строя.

Рис. 7-6. Установка батарей и МНЭ на автомобиле: 1 — гнездо аккумуляторных батарей; 2 — рамка крепления АКБ; 3 — крышка гнезда АКБ; 4 — стенка торцевая; 5 — провод-перемычка между аккумуляторными батареями; 6 — провод стартер — рама; 8 — палец 6×45; 9 — хомут; 10 — прокладка хомута; 11 — ручка запасного зажима; 12 — колпачок защитный наконечника проводов; 13 — аккумуляторные батареи 6TCTC-I00A; 14 — молекулярный накопитель энергии МНЭ-100/28БМ.

Перед подсоединением к СЭП автомобиля МНЭ следует зарядить. Предварительный заряд МНЭ может быть произведен через ограничивающий ток заряда резистор непосредственно от АКБ автомобиля. В качестве токоограничивающего резистора рекомендуется использовать штатную электролампу-переноску накаливания на 20/24 В мощностью порядка 100 Вт. Прекращение свечения лампы свидетельствует о завершении заряда МНЭ. Только после этого следует провести подключение МНЭ параллельно АКБ автомобиля.

Техническое обслуживание молекулярного накопителя энергии

Специального обслуживания МНЭ не требует. В процессе эксплуатации проводится проверка резьбовых соединений:

— надежности креплений;

— подтяжка ослабленных соединений;

— очистка от пыли и грязи;

— восстановление защитного слоя консистентной смазки на резьбовых соединениях.

Ремонт

МНЭ является неремонтируемым изделием.

Рис. 7-7. Выключатель «массы» 1400.3737

Выключатель аккумуляторных батарей («массы»)

Выключатель (рис. 7-7) предназначен для отключения аккумуляторных батарей от корпуса автомобиля при длительной стоянке, снятии и установке аппаратов и приборов электрооборудования.

Выключатель имеет следующее устройство. В корпусе 12 в пластмассовых втулках установлены зажимы 14, к которым крепятся провода от аккумуляторной батареи и корпуса автомобиля. К корпусу тремя винтами крепится электромагнит 4. Обмотка электромагнита с помощью кнопки, расположенной в кабине водителя, подключается к аккумуляторной батарее. В сердечник 8 ввернут толкатель 9, который упирается в шток 3 запорного устройства. Изменением длины толкателя регулируют четкое срабатывание запорного устройства. На штоке 3 закреплены подпружиненные контактные пластины 1 и 2. Шариковый фиксатор 10 и собачка 11 служат для удержания контактов в замкнутом положении. Кнопка 6, закрытая резиновым чехлом 5, служит для механического управления выключателем.

Работает выключатель аккумуляторных батарей следующим образом. При подключении обмотки электромагнита 4 к батарее сердечник 8, преодолевая усилие возвратной пружины 7, втягивается внутрь электромагнитом и толкателем 9 перемещает шток 3. Контактная пластина 1, а затем и 2 соединяют зажимы 14 между собой. Шариковый фиксатор 10 входит в углубление собачки 11, что обеспечивает удержание контактов в замкнутом состоянии. Когда водитель отпускает кнопку, то под действием возвратной пружины 7 сердечник и толкатель возвращаются в исходное положение. Для отключения батареи водителю необходимо вновь нажать кнопку дистанционного управления выключателем аккумуляторных батарей. При этом сердечник втягивается и толкателем нажимает на верхний рычаг собачки 11. Шариковый фиксатор 10 освобождается, и под действием двух пружин 13 контактные пластины 1 и 2 размыкают цепь батареи. Применение контактной пластины 1 значительно уменьшает эрозию основных контактных пластин 2.

Для недопущения отключения аккумуляторных батарей от корпуса автомобиля при работающем двигателе с помощью дистанционного выключателя «массы», на автомобилях КАМАЗ существует блокировка выключателя «массы». Работает она следующим образом: после поворота ключа выключателя приборов и стартера (ВПС) в первое положение электрический ток от клеммы «КЗ» ВПС через предохранитель на 8 А блока F3 поступает на обмотку реле К3, что приводит к размыканию контактов реле между его выводами «30» и «88», а следовательно, к невозможности подключения обмотки электромагнита выключателя «массы» К17 к аккумуляторным батареям.

svyazist-izh.ru

Кинетический Накопитель Энергии |НПК ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Обзор существующих технологий накопления электроэнергии

В настоящее время проблема эффективного использования электрической энергии является актуальной задачей для всех сфер деятельности. Одним из путей повышения эффективности энергопользования может стать применение систем, аккумулирующих энергию генератора и выдающие ее в сеть по мере такой необходимости. Современные системы накопителей энергии способны решить различные задачи хранения и преобразования энергии, реализации оптимальных режимов работы оборудования, питания потребителей с нестандартными параметрами.

Среди ключевых функций накопителей можно выделить:
  • Способность выравнивания графиков нагрузки в сети;
  • Реализация системной надежности потребителей;
  • Обеспечение бесперебойного питания особо важных объектов, собственных нужд электростанций и подстанций;
  • Сглаживание колебаний мощности, стабилизации работы малоинерционных систем распределенной генерации.

Накопители электрической энергии в будущем станут важнейшим элементом интеллектуальных (активно-адаптивных) сетей нового поколения, без которых невозможен дальнейший качественный рост экономики.

Основные типы накопителей:

В настоящее время существует множество различных классификаций накопителей электрической энергии. Однако, с практической точки зрения, наиболее точной представляется классификация накопителей на электрохимические и физические. Первые – преобразуют электрическую энергию в химическую энергию веществ, вторые – в механическую энергию.

К электрохимическим накопителям энергии относятся:

  • аккумуляторные батареи;
  • накопители энергии на основе молекулярных конденсаторов.

К физическим накопителям электроэнергии относятся два вида комплексов:

  • гравитационные накопители энергии (ГАЭС);
  • кинетические накопители энергии (маховики).

Электрохимические накопители энергии

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Данная электрохимическая система является одной из самых распространенных среди аккумуляторов в виду своей дешевизны, отработанной технологии производства и большому опыту эксплуатации. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях ( далее СКА) электролитом является раствор серной кислоты, активным веществом положительных пластин – двуокись свинца РbО2, отрицательных пластин – губчатый свинец Рb.

Свинцово-кислотные аккумуляторы достаточно широко распространены, однако, наряду с достоинствами, обладают и существенными недостатками – малой энергоемкостью (на уровне 10–30 Вт·ч/кг), малым количеством циклов заряд/разряд и низкой допустимой глубиной разряда у большинства их разновидностей.

В настоящее время доступны аккумуляторы с улучшенными ресурсными характеристиками, достигающими 3000 циклов при глубине разряда 50 %. Однако и цена таких аккумуляторов выше, чем у стандартных систем.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккумуляторы также известны достаточно давно. Принцип действия основан на формировании гидроокиси кадмия на аноде и гидроокиси никеля – на катоде. Их энергоемкость почти в два раза выше, чем у СКА, они работоспособны при низких температурах, при этом допустимые токи заряда и разряда также существенно выше. Эти достоинства позволили никель-кадмиевым аккумуляторам найти широкое применение на транспорте, в авиации и стационарных системах, несмотря на то, что они более дороги.

Однако, никель-кадмиевым аккумуляторам присущ такой недостаток как эффект памяти – их энергоемкость резко падает при не полном разряде или заряде, для ее восстановления требуются специальные алгоритмы заряда. Также они наиболее критичны из всех типов электрохимических аккумуляторов к точному соблюдению требований по правильной эксплуатации.

Натрий-серные аккумуляторы

Энергоемкость данной системы может достигать 925 Вт·ч/кг, однако в реальности достигнуты гораздо меньшие цифры, 100–150 Вт·ч/кг. Есть ряд существенных нюансов – электролит в данной системе керамический, что обуславливает высокую рабочую температуру аккумулятора (290–360 °С).

Сегодня достигнутые на практике ресурсные характеристики натрий-серных аккумуляторов демонстрируют значения от 2000 до 4000 циклов при глубине разряда до 80-90 %. Наибольших успехов в разработке и производстве высокотемпературных аккумуляторов достигла японская компания NGK Insulators LTD.

Несмотря на неспособность хранить запасенную энергию в течение длительного времени (вся она будет израсходована на поддержание рабочей температуры электролитов), натрий-серные аккумуляторы оказались востребованы для регулирования графиков выдачи мощности и поддержания частоты переменного тока в крупных сетях Японии и США, как для возобновляемой, так и централизованной энергетики. Отсутствие дорогостоящих материалов привело к тому, что стоимость запасенной энергии для данной системы находится на уровне СКА.

Литий-ионные аккумуляторы.

Для данного типа аккумуляторов характерны высокая энергоемкость, глубокие циклы заряда разряда (70–80 %), отсутствие эффекта памяти. В то же время ресурс и стоимость таких аккумуляторов зависят от типа электрохимических систем, применяемых на катоде и аноде, а также от температуры и режимов эксплуатации.

Основной причиной незначительного распространения данного типа аккумуляторных батарей стала их взрывоопасность. Вероятность короткого замыкания и взрыва ограничивала применение литий-ионных аккумуляторов большого размера – например, в масштабах, необходимых для питания электротранспорта или применения в качестве сетевых накопителей энергии, где нужны тысячи киловатт-часов энергии.

Новое поколение данных аккумуляторных батарей, использующих ферро-фосфат лития (LiFePO4) в качестве катодного материала появилось лишь в 2003 году. . Ферро-фосфат лития оказался очень удачным материалом для использования в аккумуляторах. Он способен отдать практически весь накопленный литий, оставаясь устойчивым. При этом сохраняется главное свойство литий-ионных аккумуляторов – большая удельная емкость.

Суперконденсаторы.

Суперконденсатор представляет собой импульсное электрохимическое устройство, предназначенное для компенсации быстрых переходных процессов в различных электрических схемах. От аккумуляторов различных типов он отличается существенно меньшей энергоемкостью (единицы Вт·ч/кг) и повышенной удельной мощностью (2–10 кВт/кг). Процесс запасания энергии в суперконденсаторах осуществляется за счет разделения заряда на двух электродах с достаточно большой разностью потенциалов между ними.

Так как химических превращений веществ в процессе работы суперконденсатора не происходит (если не допускать превышения зарядных напряжений), ресурс системы достаточно велик и может превышать 100 000 циклов заряда разряда. Учитывая вышеупомянутые особенности суперконденсаторов, целесообразно их использование в гибридных схемах с аккумуляторами. В этом случае суперконденсатор реагирует на короткие пики генерации или потребления электроэнергии, увеличивая ресурс аккумулятора и снижая время отклика всей системы на внешние воздействия.

Стоит отметить, что все представленные электрохимические накопители энергии (кроме Суперконденсаторов) имеют общие существенные недостатки, в т.ч.:

  • Высокая удельная стоимость систем.

  • Необходимость соблюдения регламента зарядки/разрядки.

  • Специальные экологические требования к размещению и утилизации.

  • Необходимость регулярного обслуживания и проверки системы.

  • Ограниченный цикл заряда/разряда.

  • Невозможность реагировать на короткие всплески потребления (кроме суперконденсаторов).

Накопители энергии на основе молекулярных конденсаторов

Молекулярные накопители являются новым продуктом в сфере накопителей и в настоящее время проходят стадию создания и испытания опытных образцов.

Среди данного класса накопителей практическое применение в настоящее время нашёл лишь Сверпроводниковый Индуктивный Накопитель Энергии (СПИНЭ) небольшой энергоемкости (до 106 Дж.).

При этом промышленное внедрение СПИНЭ станет возможным лишь после разработки и создания СПИНЭ на базе высокотемпературных сверхпроводников.

СПИНЭ могут находить применение в электроэнергетике как одно из эффективных средств повышения режимной надежности и устойчивости электроэнергетических систем. При этом выделяются такие свойства индуктивных накопителей, как быстродействие, высокий КПД, возможность полной автоматизации ввода и вывода энергии, большая удельная энергоемкость, регулирование активной и реактивной мощности.

Ожидается, что к 2016-2020 гг. на базе СПИНЭ будут созданы недорогие системы хранения энергии достаточной энергоемкости, но пока технические решения по ним все еще в стадии разработки.

Физические накопители электроэнергии

Среди физических накопителей электроэнергии, получивших практическое применение в энергетике можно выделить накопители, использующие естественную гравитацию – к ним относятся Гидроаккумулирующие станции (ГАЭС) и накопители, использующие кинетическую энергию вращения маховика – так называемые накопители кинетической энергии (НКЭ).

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС).

ГАЭС являются одной из самых ранних технологий запасания больших объемов энергии. Основными факторами, определяющими возможность постройки ГАЭС, её максимальную емкость и стоимость, являются особенности рельефа местности, а также необходимость затопления значительных территорий.

Применение ГАЭС может оказаться эффективным в том случае, когда регулируется работа не одной электростанции на основе традиционных технологий или возобновляемых источников энергии, а более крупной энергосистемы, как например энергосеть крупного мегаполиса.

Строительство ГАЭС осуществляется в мире уже более 100 лет. Первая ГАЭС — Леттем (Швейцария), мощностью около 100 кВт, была введена в эксплуатацию в 1882 году. Сейчас общее количество ГАЭС в мире составляет более 460 станций, а их суммарная мощность превышает 300 млн. киловатт.

Гидроаккумулирующая электростанция является уникальным гидроэнергетическим сооружением, посредством которого удается аккумулировать (запасать) электрическую энергию, возвращая её в энергосистему по мере необходимости. В часы, когда в энергосистеме избыток электрической энергии, (преимущественно — ночью), гидроагрегаты ГАЭС работают в качестве насосов и, потребляя дешевую избыточную электроэнергию, перекачивают воду из нижнего бассейна в верхний аккумулирующий бассейн на высоту несколько десятков или сотен метров. В часы, когда в энергосистеме образуется дефицит генерирующей мощности, преимущественно — в утренние и вечерние часы, гидроагрегаты ГАЭС работают в качестве генераторов и превращают энергию потока воды — в электрическую. Она поступает в объединенную систему.

Учитывая высокую маневренность гидроэнергетического оборудования, число пусков обратимых гидроагрегатов ГАЭС, в отличие от обычных ГЭС, достигает нескольких сот (500-700) в месяц, а иногда составляет около 30 пусков в сутки.

На сегодняшний день в России таких станций всего 2: Загорская ГАЭС в Подмосковье и Ставропольская ГАЭС на трассе Большого Ставропольского канала (БСК).

Основным предназначением Загорской ГАЭС является автоматическое регулирование частоты и перетоков мощности, а также покрытие суточных пиковых нагрузок в Московской и Центральной энергосистемах.

Первая очередь Загорской ГАЭС мощностью 1200 МВт была построена в 1980—2003 годах, с 2007 года ведётся строительство второй очереди мощностью 840 МВт.

1-ая и 2-ая очередь Загорской ГАЭС способны лишь частично компенсировать дефицит маневренной регулирующей мощности в Центральном регионе России, которая сейчас составляет более 3,0 млн. кВт, в том числе в Москве и Московской области — около 2 млн. кВт.

Существенными недостатками ГАЭС являются:

  • Малая удельная энергоемкость,

  • низкий КПД,

  • высокие требования к месту установки,

  • необходимость существенного вмешательства в экологию района,

  • чрезвычайно высокая удельная стоимость строительства

(свыше 2 000 долл. за 1 кв. электрической мощности).

Накопители кинетической энергии (НКЭ)

Среди физических накопителей энергии на сегодняшний день наиболее перспективными являются агрегаты, работающие на принципе накопления кинетической энергии во вращающихся маховиках. Такие установки носят название накопителей кинетической энергии (НКЭ).

В качестве вращающегося и накапливающего энергию элемента могут быть использованы классические (монолитные) маховики или более современные и перспективные супермаховики. Супермаховик – это маховик высокой удельной энергоемкости, изготовленный методом навивки с натягом на упругий центр материалов с высокой одноосной прочностью – проволок, лент, волокон со связкой (склейкой). Эксплуатируется супермаховик не в воздушной среде, а в среде с пониженными сопротивлениями вращению, например вакууме.

В мире получило распространение применение модулей НКЭ, состоящих из нескольких агрегатов, для резервирования питания ответственных потребителей электроэнергии (таких как медицинские центры, банковские хранилища, атомные объекты и т.д.), а также для чистотного регулирования и сглаживания графика нагрузок в сети.

Накопители кинетической энергии имеют ряд преимуществ перед вышеуказанными системами электрохимических и физических накопителей. Их отличает:

  • высокая удельная объемная энергоемкость;
  • высокая, недостижимая другими накопителями, удельная мощность;
  • разрыво- и взрывобезопасность. Экологическая безопасность;
  • не требуется специальных защитных сооружений для установки;
  • возможность работы в широком температурном диапазоне -40 — +80;
  • простота эксплуатации и обслуживания;
  • срок эксплуатации свыше 20 лет.
Сравнительная характеристика представленных накопителей энергии представлена ниже:

Параметры \

накопители

НКЭ на основе супермаховика

Супер

Конденсаторы

(ионисторы)

Аккумуляторы

с жидким

электролитом

Натрий-серные (горячие) аккумулятор

Удельная мощность (без сопутствующих устройств), Вт/кг

>10000

>1000

80-200

150

Удельная массовая энергоемкость(без сопутствующих устройств), Вт-ч/кг.

Удельная объемная энергоемкость(без сопутствующих устройств), Вт-ч/куб. дм.

15-300

60-550

10-30

15-45

20-100

30-150

200

300

Срок службы, лет

> 20

< 15

До 10 000

циклов

До 4 000

Циклов

Удельная стоимость стр-ва,( долл. США за 1 кВтч)

800 — 1200

1450

3500

2500

Удельная стоимость обслуживания, ( долл. США за 1 кВт в год)

80

85

800

600

Как показывает сравнительная таблица, Накопители кинетической энергии (НКЭ) являются наиболее «гибкими» системами, отличающимися высокими эксплуатационными характеристиками, при этом обладающие самым низким удельным показателем стоимости строительства и обслуживания.

В большинстве случаев, накопители кинетической энергии (НКЭ), могут стать экономичным и выгодным решением, замещающим использование электрохимических систем накопления.

Восстановление АКБ с гарантией на срок службы

mig-energo.ru

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о