211service.com
Ultracaps kunne øge hybrideffektiviteten
Energilagringsenheder kaldet ultrakondensatorer kan sænke omkostningerne på batteripakkerne i plug-in hybridbiler med hundreder eller endda tusindvis af dollars ved at halvere størrelsen af pakkerne, ifølge skøn fra forskere på Argonne National Laboratory i Argonne, IL. Ultrakondensatorer kan også dramatisk forbedre effektiviteten af en anden klasse hybridbiler, der bruger små elektriske motorer, kaldet mikrohybrider, ifølge en nylig undersøgelse fra University of California, Davis.
Robust kraft: Denne ultrakondensator bliver brugt til at fange energi fra bremserne i hybridbusser. Lignende enheder kan snart bruges til at reducere prisen på hybridbiler.
Brugen af ultrakondensatorer i hybrider er ikke en ny idé. Men de faldende omkostninger ved at lave disse enheder og forbedringer af den elektronik, der er nødvendig for at regulere deres udgangseffekt og koordinere deres interaktion med batterier, kan snart gøre dem mere praktiske, siger Theodore Bohn, en forsker ved Argonnes Advanced Powertrain Research Facility.
Selvom batterier er blevet væsentligt forbedret i de seneste år, er omkostningerne ved at fremstille dem hovedårsagen til, at hybrider koster tusindvis af dollars mere end konventionelle køretøjer. Det gælder især plug-in hybrider, som er afhængige af store batteripakker til at levere hele eller det meste af strømmen under korte ture. Batteripakker er til dels dyre, fordi de nedbrydes over tid, og for at kompensere for dette overdimensionerer bilproducenterne dem for at sikre, at de kan levere nok strøm selv efter 10 års brug i et køretøj.
Ultrakondensatorer tilbyder en måde at forlænge levetiden af et hybridbils strømkilde, hvilket reducerer behovet for at overdimensionere dets batteripakker. I modsætning til batterier er ultrakondensatorer ikke afhængige af kemiske reaktioner for at lagre energi, og de nedbrydes ikke væsentligt i løbet af en bils levetid, selv når de oplades og aflades i meget intense udbrud, der kan beskadige batterier. Ulempen er, at de lagrer meget mindre energi end batterier – typisk en størrelsesorden mindre. Hvis ultrakondensatorer imidlertid blev parret med batterier, kunne de beskytte batterier mod intense strømudbrud, siger Bohn, som dem, der er nødvendige for acceleration, og derved forlænge batteriernes levetid. Ultrakondensatorer kunne også sikre, at bilen kan accelerere lige så godt i slutningen af sin levetid som i begyndelsen.
At reducere størrelsen af et køretøjs batteripakke med 25 procent kan spare omkring $2.500, vurderer Bohn. De ultrakondensatorer og elektronik, der er nødvendige for at koordinere dem med batterierne, kan koste mellem $500 og $1.000, hvilket resulterer i hundredvis af dollars i nettobesparelser.
Ultrakondensatorer ville også gøre det muligt at redesigne batterier til at holde mere energi. Der er typisk en afvejning mellem, hvor hurtigt batterier kan oplades og aflades, og hvor meget samlet energi de kan lagre. Det er til dels rigtigt, fordi design af et batteri til at aflade hurtigt kræver brug af meget tynde elektroder stablet i mange lag. Hvert lag skal adskilles af støttematerialer, der optager plads i batteriet, men som ikke lagrer energi. Jo flere lag der bruges, jo flere støttematerialer er der brug for, og jo mindre energi kan der lagres i batteriet. Parret med ultrakondensatorer behøvede batterier ikke at levere strømudbrud, og de kunne derfor laves med kun et par lag meget tykke elektroder, hvilket reducerer mængden af nødvendigt støttemateriale. Det kunne gøre det muligt at lagre dobbelt så meget energi i samme rum, siger Bohn.
Ultrakondensatorer kunne også være nyttige i en meget anden type hybridbil kaldet en mikrohybrid, siger Andrew Burke , en forskningsingeniør ved Institute of Transportation Studies ved UC Davis. Som designet i dag, bruger disse køretøjer små elektriske motorer og batterier til at forstærke en benzinmotor, så motoren kan slukke, hver gang bilen stopper og genstarte, når føreren trykker på speederen. En mikrohybrids batterier kan også opfange en lille del af den energi, der typisk går til spilde som varme under opbremsning. Fordi ultrakondensatorer hurtigt kan oplades og aflades uden at blive beskadiget, ville det være muligt at designe mikrohybrider til at gøre meget større brug af en elektrisk motor, der giver korte strømudbrud, når det er nødvendigt for acceleration. De kunne også indsamle mere energi fra bremsning. Ifølge computersimuleringer udført af Burke ville et sådant system forbedre effektiviteten af en konventionel motor med 40 procent under bykørsel. Konventionelle mikrohybrider forbedrer kun effektiviteten med 10 til 20 procent.
I både plug-in hybrider og mikrohybrider ville ultrakondensatorer tilbyde forbedret koldt vejr ydeevne, da de ikke er afhængige af kemiske reaktioner, der bremser i kulden. I meget koldt vejr skal du opvarme batteriet, ellers kan du ikke køre meget hurtigt - du ville have meget lav acceleration, siger Bohn. I modsætning hertil kunne ultrakondensatorer give hurtig acceleration selv i kolde temperaturer.
Mark Verbrugge, direktør for materiale- og proceslaboratoriet hos GM, siger, at af de to anvendelser af ultrakondensatorer vil det være lettere at bruge dem i mikrohybrider. I dette tilfælde, siger han, ville ultrakondensatorer simpelthen erstatte batterier, da de lagrer nok energi til at forstærke benzinmotoren uden hjælp fra batterier. I plug-in hybrider, som kræver meget mere energi, vil ultrakondensatorer skulle parres med batterier, og dette ville kræve kompleks elektronik til at koordinere mellem de to energilagringsenheder. I det store og hele vil man aldrig tilføje dele til en bil, siger han. Du vil have det enklest mulige system, så der er færre ting, der kan gå galt.
For at ultrakondensatorer skal være praktiske i mikrohybrider, siger Verbrugge, skal omkostningerne ved at fremstille dem falde med omkring halvdelen, hvilket kan være muligt, fordi mange dele af fremstillingsprocessen for store ultrakondensatorer endnu ikke er automatiseret. Men for at retfærdiggøre den ekstra kompleksitet i plug-in hybrider, siger han, ville hele systemet skulle koste betydeligt mindre end at bruge batterier alene.
Forskerne ved Argonne har allerede taget skridt til at bevise, at ultrakondensatorer kan give disse besparelser, efter at have vist, at de reducerer varmebelastningen på batterier med en tredjedel. De fortsætter med at teste ultrakondensatorer for at demonstrere, at de kan få batterier til at holde længere, hvilket ville gøre det muligt for bilproducenter at bruge mindre batterier og spare penge.