| |
|
| |
|
|
|
| |
Сейчас много пишут о различных исследованиях в области разработки и внедрения различных гибридных авто, но почему - то забывают сказать, что впервые это изобретение было зарегистрировано в СССР лет этак 40 тому назад и сделал это инженер московского научно-исследовательского института автомобильного транспорта, который переделал свой старенький "Москвич" в гибрид. Уже тогда было известно, что для перемещения машины "Волга" по ровной поверхности требуется двигатель мощностью всего 5 л. с. Этот инженер поставил на машину двигатель в 20 л.с., который работал на генератор, а генератор заряжал КОНДЕНСАТОРНЫЙ АККУМУЛЯТОР. Электородвигатель, через коробку передач, вращал колеса. Уже тогда, при той технологии и тех конденсаторах, объем конденсаторного аккумулятора (спаянного из отдельных конденсаторов) занимал не более двух 20 литровых канистр. В журнале "Изобретатель-рационализатор" было даже обращение к Премьер-министру СССР Рыжкову Николаю Ивановичу, наладить в СССР выпуск таких экологически чистых и экономически выгодных авто, но у нас как всегда, в Правительстве одни политики, а значит "проходимцы", то есть сегодя там, а завтра в другом месте "руководят". Сегодня подобную машину предлагает Правительству РФ НПО "ЭНЕРГИЯ", это Мишка", на базе "ОКА", но и здесь нет поддержки! Сейчас все ведущие компании в мире ведут интенсивные разработки в создании "суперконденсаторов", но у них есть один огромный недостаток, это если наступит пробой, то произойдет такой взрыв, что мало не покажется. Самый простой путь для автолюбителей, это набирать необходимые фарады путем пайки отдельных конденсаторов большой энергоемкости в блок, благо такие конденсаторы уже есть на рынке, как у нас, так и зарубежные. Если раньше автолюбители на могли мечтать о мотор-колесах, малогабаритных и экономичных, то теперь они есть в продаже. Предлагаю на данном сайте даже выделить отдельный раздел по этой тематике. E-mail: moskua@ukr.net |
||
| |
|
|
|
| |
Идея совместить двигатель с колесом так, чтобы отпала нужда в трансмиссии, была реализована даже не в прошлом, а позапрошлом веке. На выставке World Expo, проходившей в Париже 14 апреля 1900 года, был выставлен электромобиль Lohner-Porsche. Его привод разработал молодой инженер Фердинанд Порше (фото 2), тот самый, который позже делал танки для Гитлера и автомобили для людей. Передние колеса Lohner-Porsche вращались как ротор электродвигателя постоянного тока, а статор был закреплен на оси. По сути это были настоящие мотор-колеса. Не имея коробки передач и прочих узлов трансмиссии, эта конструкция обладала крайне малыми потерями на трение - КПД достигал 83%, что в эпоху паровых котлов было фантастикой. Характеристики автомобиля, прославившего Порше, сегодня выглядят забавно. Поначалу он был только электрическим, и при весе в одну тонну 410 кг приходилось на комплект свинцовых батарей. Сорок четыре последовательно соединенные ячейки выдавали напряжение 80 В и имели емкость 300 Ачас. Передние колеса весили по 115 кг (а гидроусилителей руля тогда не было), и на крейсерской скорости в 37 км/час машина могла проехать 50 км. Это было скромно даже по тем временам, так что очень скоро Порше установил сзади вспомогательный бензомотор с генератором, который постоянно заряжал батареи. Вес машины перевалил за две тонны, зато получилось первое в мире гибридное авто, ехавшее, пока в баке был бензин. Один из первых экземпляров заказал себе австрийский кронпринц Франц-Фердинанд - тот самый, с убийства которого началась Первая мировая. Конструкция оказалась столь удачной, что венский кузовных дел мастер Людвиг Лонер сумел продать около десятка экземпляров различным заказчикам, сильно меняя параметры каждой машины. Например, сохранилось фото гоночного варианта со всеми четырьмя мотор-колесами. В 1906 году патент на оригинальный привод купила компания Daimler. Всего она изготовила больше трехсот гибридных автомобилей конструкции Порше. Они широко использовались в пожарной охране, медицинской службе, для перевозки товаров и т. д., а к 1911 году в Германии и Австрии было десять троллейбусных линий, на которых курсировали троллейбусы с мотор-колесами системы Лонера-Порше. С развитием бензиновых двигателей мотор-колеса утратили популярность, но сама идея не была забыта. Когда к весу и габаритам не предъявлялись жесткие требования, конструкторы частенько сливали колесо и ротор электродвигателя в одну или почти одну деталь, получая громоздкие, но для своих задач вполне эффективные решения - троллейбусы, стотонные карьерные самосвалы, железнодорожные локомотивы. Однако для использования в автомобилях, а тем более велосипедах мотор-колесу не хватало "самой малости" - достаточного крутящего момента. Напомним читателям, что кроме мощности у каждого двигателя с вращающимся валом есть характеристика, по которой можно судить, насколько трудно его остановить, взявшись за вал рукой. С мощностью эта характеристика коррелирует неоднозначно: можно сделать относительно слабенький двигатель, способный запускаться под большой нагрузкой. И наоборот - мощный двигатель может иметь такой слабый крутящий момент, что для запуска нужна помощь со стороны. Очевидно, крутящий момент для велосипедного мотор-колеса должен быть достаточным, чтобы поднимать человека хотя бы на пологую горку. Сделать такой электродвигатель, конечно, можно. Загвоздка в том, чтобы, будучи установленным в колесо, он оказался лучше обычного мотора, подключенного через цепь и звездочки. Проще говоря, трудно создать дешевый, плоский и легкий двигатель с высоким крутящим моментом и одной-единственной вращающейся деталью. Судя по всему, Василий Шкондин решил эту задачу, причем довольно давно - размышляя над улучшением привода антенн военных радаров (первые конструкции с приемлемыми параметрами он разработал еще в 1980-х годах). Изобретения регулярно патентовались (см. базу данных Fips.ru), в том числе и за рубежом - американский патент N5164623 был выдан Шкондину аж в 1992 году. Однако до серийного производства дело не доходило. Несмотря на наличие действующих прототипов и десятки хвалебных статей, россияне могли увидеть колеса Шкондина лишь по телевизору да на выставках. При этом Василий Васильевич тратил немало сил на внедрение своих разработок. Не оставляя попыток на родине, он умудрился в середине 1990-х годов наладить сборку на Кипре (однако, по данным сайта Inventions.ru, ту фирму разорил "слишком предприимчивый" компаньон). В 1997 году Шкондин совершил своего рода подвиг, добившись встречи с высшими чиновниками Всемирного Банка. Как писало тогда ИТАР-ТАСС, директор отделения экологии и ресурсосбережения Маритта Кох каталась по коридорам на велосипеде с колесом Шкондина, а в апреле 1998-го Всемирный Банк выбрал мотор-колесо для своей программы оснащения трехколесных моторикш в Бангладеш экологически чистыми двигателями. Дела вроде бы пошли: патент был выкуплен инновационным консорциумом, заключено соглашение с главным производителем трициклов в Бангладеш, но что-то опять застопорилось, и азиатские рикши все еще тарахтят бензомоторами. С Туманным Альбионом Шкондин связался в 2003 году, когда английская фирма Flintstone Technologies (своеобразный "инкубатор технологий", возглавляемый выпускником физфака МГУ Юрием Жуком, см. search.business-magazine.ru/28911) оценила изобретение и решила продвигать его по всем правилам венчурного бизнеса. Создав специально под эту задачу компанию Ultra Motors с капиталом около миллиона долларов (Flintstone принадлежит 44,4% акций Ultra Motors), англичане пригласили Шкондина на роль технического директора. А в конце 2003 года Flintstone привлекла к проекту еще одного инвестора - "Русские технологии" (венчурное предприятие российского консорциума "Альфа Групп"), вложившего в дело больше миллиона долларов в марте прошлого года. Это позволило Ultra Motors не только собрать новые прототипы, но и провести 1500-километровый велопробег по Индии, заинтересовав тем самым крупнейших тамошних производителей велосипедов TI Cycles и Avon Cycles. Нынешней осенью индийская компания Crompton Greaves должна начать серийное производство, сперва только одной модификации мотор-колеса AH300. При мощности 300 Вт и стандартных размерах его можно устанавливать в самые разные велосипедные рамы. Поскольку мощность двигателя легко наращивается простым масштабированием, в компании уже готовы к модификации AH600 и AH900. Они подойдут для более скоростных электромопедов, трициклов и платформ самого разного рода - от инвалидных кресел до роботов. По оптимистичным оценкам "Русских технологий", индийский электровелосипед с колесом младшей модели будет стоить 150-175 долларов. Для сравнения - самые дешевые модели китайских и тайваньских электробайков с обычным приводом сейчас стоят 200-300 долларов, европейских и американских - 1000-2000, а всем известный Segway переваливает за 4 тысячи. Приятно удивляют и другие характеристики разработки Шкондина. Хотя велосипед можно оснастить двумя мотор-колесами сразу, даже с одним AH300 он без помощи седока разгоняется до 25 км/час на ровной дороге, а на подъеме в 8 градусов - до 22 км/час. При торможении или скатывании с горки электронное управление переключает мотор в режим генерации, позволяя вырабатывать до 180 Вт энергии. Пробег на одной зарядке с батареей емкостью 20 Ачас (напряжением 24 В) достигает 35 км, причем на сайте Ultra Motors вскользь говорится о применении не обычных аккумуляторов, а суперконденсатора (рискнем предположить, что в таком случае велосипед будет стоить гораздо дороже заявленных сумм). О конструкции самого мотора компания сообщает весьма расплывчато: полностью закрытый алюминиевым корпусом, не требующий радиатора щеточный двигатель постоянного тока, использующий магниты из неодим-железо-борного сплава. Только из других источников (например, патентов) можно узнать, что постоянные магниты неподвижны и крепятся к оси колеса, а электромагниты вращаются на ободе. Крутящий момент двигателя - 200 Н*м на каждый киловатт мощности, что вроде бы в полтора раза лучше, нежели у ближайших конкурентов. Проще говоря, это значит, что для остановки киловаттного аналога AH300 при помощи рычага длиной один метр на этот рычаг надо давить с силой 200 Н, или почти 20 кг. Если разработчики ничего не приукрашивают, то байк с таким колесом будет резвее многих мопедов и почти равен скутеру. Не будем рассуждать о том, почему российский изобретатель и миллион долларов от "Русских технологий" не встретились на родине, а переплыли Ла-Манш и обратились в фирму, которая, судя по фамилиям директоров, тоже на треть состоит из русских. Пусть читатели подумают об этом сами. Мы же попробуем очертить рыночные перспективы новинки. Велосипеды с электромоторчиком сегодня мало кого удивляют - их выпускают все крупные велопроизводители Европы, Америки и Азии. По оценкам компании Electric Bikes Worldwide, в 2004 году мировой спрос на электробайки превысил 3 млн. штук и будет удваиваться каждые два года. В Японии ежегодно продается больше 250 тысяч таких аппаратов, а в Шанхае, прежде ездившем только на обычных велосипедах, уже открыто пятнадцать центров зарядки и более ста точек замены велоаккумуляторов. Добиться успеха на этом рынке трудно, но очень соблазнительно. В одном лишь Китае каждый день на велосипеде едут на работу и домой с полмиллиарда человек. Индия, чье население недавно перевалило за миллиард, отстает не намного, и именно с индийскими велокомпаниями Ultra Motors решила завоевывать покупателей. Средний индийский велосипед сегодня стоит полсотни долларов, а бензиновый скутер - начиная от пяти сотен. Очевидно, новый электробайк должен занять промежуточную нишу. Если он действительно так хорош, как о нем пишут (а пока в Сети нельзя найти ни одного критического отзыва), и если он окажется так же дешев, как нам обещают, то в его рыночном успехе можно не сомневаться. Велосипеды, мотоциклы и даже микролитражки класса Smart с мотор-колесами Шкондина окажутся не только экологичны и удобны (одна тишина при поездке немалого стоит), но и довольно экономичны по сравнению с бензиновыми мопедами. Осталось подождать совсем немного. Каждый год Индия экспортирует 4 млн. велосипедов. Возможно, через год-полтора байки со странным диском внутри колеса появятся и в российских магазинах. Тем временем у конкурентов... Поскольку слияние мотора и колеса сулит большие преимущества, разработками в этом направлении занимается множество компаний, в том числе General Motors - крупнейший мировой автопроизводитель, уже не первый год устанавливающий мотор-колеса в некоторые свои прототипы. Например, Sequel - водородный концепт-кар на топливных элементах с мотором в каждом колесе. Журналисты шутят, что, вращаясь в разные стороны, такие колеса могут разворачивать машину на месте, как гусеничный трактор, но лет через двадцать эта шутка может стать заурядным маневром при парковке. Пока же подобные электромобили далеки от массового потребителя, как космические корабли. Другой фирмой, успешно продвигающей мотор-колеса на рынке, можно назвать американскую Wavecrest Laboratories (www.wavecrestlabs.com) из Вирджинии. У нее есть патенты на аккумуляторы оригинальной конструкции (спиральные ячейки и быстрая зарядка), но главное ее достижение - Adaptive motor - вероятно, самый сложный и самый компьютеризованный мотор-в-колесе из ныне существующих. Представьте себе толстую ось, на которой по окружности в два ряда торчком стоят почти два десятка независимо управляющихся электромагнитов (фото 5). На статор надевается тонкий ротор - обод колеса с редкоземельными магнитами. В конструкции нет щеток - обод электрически не связан с осью, а мотор питается постоянным током. Тем не менее, питание электромагнитов "более чем непостоянное" - оно определяется специальным DSP-чипом. Электронный контроллер двигателя отслеживает положение постоянных магнитов на ободе и определяет, какой ток подавать на каждую катушку. Система получилась сложной (на высоких оборотах процессор рассчитывает тысячи параметров в секунду), но, как утверждают ее создатели, она позволяет наилучшим образом потратить электроэнергию на вращение колеса. Даже на очень малых оборотах двигатель развивает большое и постоянное усилие, то есть крутится без рывков. Алгоритмы Adaptive motor обеспечивают управляемость с точностью шагового двигателя, уменьшают тепловыделение, а избыточность электромагнитов позволяет работать, даже если несколько катушек выйдут из строя. Вы можете удивиться, но происхождение у Adaptive motor тоже российское. Идею двигателя разработали двое наших бывших соотечественников - Александр Пунтиков и Борис Маслов (медики по специальности), а сложный мотор - это попытка скопировать движение мышц в живых организмах. Главная идея сибиряков была запатентована в 1998 году. В 2000-м они нашли инвестора, после чего и появилась Wavecrest Laboratories. Сейчас у компании двадцать патентов, еще тридцать - в стадии оформления, а штат составляет 140 человек (для сравнения - в Ultra Motors всего пятеро, вместе с техническим директором Шкондиным). Хотя сначала главным заказчиком Wavecrest виделись американские военные, сегодня компания предлагает всем желающим целый спектр электроприводов мощностью от 0,75 до 225 кВт вместе с системами управления. Водяной насос на основе Adaptive motor уже получил американский сертификат соответствия, горнодобывающие компании изучают возможности нового компрессора, построенного по этой технологии, а Daimler-Chrysler установила моторы Wavecrest в задние колеса одного из своих концепт-каров. Но самым массовым продуктом компании являются велосипеды. Видя очевидную возможность вставить свой двигатель в велосипедное колесо, американцы создали дочернюю компанию Tidalforce специально для выпуска электробайков и уже добились заметных успехов. Впервые испытанные в 2002 году, велосипеды закупались поначалу военными и полицией, но с прошлого года продаются и обычными дилерами - сейчас купить их может любой желающий. Более того, на международном соревновании UCI Track Cycling World Championships этого года они официально заменят мотоциклы, обслуживающие трассу соревнования. Оказывается, тарахтение и выхлопы бензиновых моторов сильно мешают спортсменам. Хотя рамы байков Tidalforce весьма разнообразны, двигатели в их колеса ставятся двух типов - мощностью 750 и 1000 Вт. Глядя на снимки этих велосипедов, кажется, что моторы у них в обоих колесах, однако в диске переднего колеса спрятана никель-металлгидридная батарея. После шестичасовой зарядки ее хватает на 30 км езды, а скорость по ровной дороге может достигать 40 км/час (без педалей). Выкручивая ручку "газа" на таком сравнительно легком (35 кг) и почти бесшумном велосипеде, чувствуешь себя, конечно, очень продвинутым. Экологичность и невысокая цена зарядки позволяют думать о собственном вкладе в защиту природы, однако цена у этих машин "слишком американская" - например, Myebike.com из Сан-Франциско предлагает спортивную модель Tidalforce M-750 с "наворотами" за 2900 долларов, а самую дешевую Tidalforce iO Cruiser - за 2650. E-mail: moskua@ukr.net |
||
| |
|
|
|
| |
Анализ хода развития мирового автомобилестроения и принятых в ряде зарубежных стран программ дальнейшего совершенствования этой отрасли на 15—25 лет приводит к выводу: необходим более четкий и обязательный для исполнения документ. Его можно назвать "Федеральной стратегией развития автомобильной промышленности России на период до 2025 года", а включенные в нее мероприятия целесообразно реализовать в три этапа. Первый — до 2010 г. Задача этого краткосрочного периода — выполнение мероприятий, направленных на соответствие АТС действующим отечественным и международным нормативам и правилам, дающих право на их производство и экспорт. То есть мероприятий, постепенно сокращающих отставание в техническом уровне отечественной автомобильной техники от зарубежных аналогов. В частности, для стимулирования экспорта продукции, учитывая его ограниченный объем, на данном этапе следует создать экономически выгодные условия для закупки отдельных агрегатов и деталей у зарубежных фирм и комплектации имя отечественных автомобилей. Такая стратегия позволит сосредоточить большие усилия и средства на развитии и организации производства изделий, которые будут востребованы как на первом, так и на последующих этапах. Это, во-первых, более широкое применение новых систем и приборов электроники и электрооборудования; постепенный переход на повышенное (42 В) напряжение в системе электрооборудования, поскольку новые изделия потребуют дополнительных электрических мощностей; организация производства нового агрегата — стартер-генератора, который увеличит эту мощность в 2—3 раза при уменьшенной массе и себестоимости источника энергии. Во-вторых, замена гидравлического усилителя рулевого управления электрическим, создание экономичных электроприводов кондиционера (климатической установки), воздушного компрессора тормозов и др. В-третьих, увеличение мощности системы управления рабочими тормозами за счет силовых электромагнитов, что позволит объединить системы ABS, PSR и ESP и тем самым значительно сократить весь ныне существующий их "набор". В-четвертых, продолжение работ по снижению массы и коэффициентов аэродинамического сопротивления АТС, качения шин, внутренних потерь в механизмах (внедрение прогрессивных смазок и "скользких" резин для сальников, а также повышение точности и чистоты обработки трущихся поверхностей). Однако основной частью краткосрочного этапа должно стать создание конструкции, организация производства и начало серийного выпуска электромобилей с комбинированной энергоустановкой (ДВС + накопители электроэнергии). Конечно, электромобиль с КЭУ полностью экологически чистым назвать нельзя. Но он позволяет с меньшими затратами выполнить требования норм "Ев-ро-4", "Евро-5" и даже более жестких норм, на 40—60 % снизить расход моторного топлива и на -50 % — выбросы углекислого газа в атмосферу, который создает "парниковый эффект", способствующий глобальному потеплению, со всеми вытекающими отсюда последствиями. То есть реализовать идею Киотского протокола, согласно которому к 2012 г. выбросы в атмосферу парниковых газов нужно снизить, по сравнению с уровнем 1990 г., на 5 %. Таким образом, электромобили с КЭУ должны сыграть роль экологического "демпфера" в процессе перехода к электромобилям с топливными элементами. Кроме того, на них будут отработаны многие системы, узлы и приборы, необходимые и для транспортных средств с нулевыми выбросами. Задача, как видим, довольно сложная. Поэтому решить ее на первом этапе можно лишь при активном вовлечении в эту работу лучших научных и инженерных служб предприятий и организаций, ее финансировании в необходимых объемах. Желательно также участие российских организаций в международных объединениях, решающих конкретные проблемы (например, по топливным элементам, бакам для сжиженного водорода и др.). Иначе отечественная автомобильная промышленность и здесь окажется в аутсайдерах. Дело в том, что ведущие зарубежные автомобильные фирмы давно уже ведут интенсивные работы по электромобилям с КЭУ. В частности, "Тойота", "Хонда" и "Ниссан" даже начали серийный выпуск электромобилей, а "Дженерал Моторс", "Форд", "ДаймлерКрайслер", ФИАТ, "Рено", "Фольксваген" и др. объявили о завершении НИОКР по гибридным (по западной терминологии) электромобилям и начале их серийного производства в 2004—2005 гг. При этом гибридный "Тойота Приус" стоит практически столько же, что и аналогичный автомобиль с ДВС. К настоящему времени для электромобилей с КЭУ разработано много схем (параллельная, последовательная или смешанная) и вариантов их исполнения (используются все агрегаты обычной трансмиссии или только их часть, создаются специальные агрегаты, предлагается различное размещение ДВС и агрегатов трансмиссии и т. д.). Но несмотря на такое разнообразие, общим для схем и вариантов остается то, что в приводе колес всегда есть узлы механической трансмиссии, которые усложняют конструкцию и снижают КПД. И только ОАО "АСМ-холдинг", работая совместно с ЗАО "ИНКАР" и рядом других организаций, сумело предложить принципиально новую конструкцию электромобиля с КЭУ, отличительная особенность которой — полное отсутствие узлов механической трансмиссии. Принципиальная схема такого электромобиля приведена на рисунке. В нее входят силовой модуль (ДВС 14 и генератор-стартер 12), четыре безредуктор-ных мотор-колеса 1, батарея накопителей электроэнергии (тяговые супер-конденсаторы 15), блоки З и 4 системы управления электромобилем. Мотор-колеса, разгонные и тяговые накопители энергии, генератор-стартер, а также системы управления разработаны в России, не имеют аналогов в мире и запатентованы во многих странах Европы, Америки, Азии, в том числе в Японии. Некоторые элементы этой схемы, серийно выпускаемые ЗАО "ИНКАР" и ЗЭМ РКК "Энергия" и применяемые на инвалидных креслах-колясках, апробированы на макетном образце микроавтомобиля "Мишка-ЭМ". И их уже сегодня можно рекомендовать для малогабаритных транспортных средств, легковых автомобилей малого и особо малого класса, легких грузовиков и микроавтобусов. Схема размещения электрооборудования на электромобиле с КЭУ, не имеющем механической трансмиссии: 1 — электродвигатель мотор-колеса; 2 — кузов; 3 — приводной преобразователь (4 шт.); 4 — блок системы управления; 5 — рулевое колесо; 6 — приборная панель; 7 — датчик угла поворота рулевого колеса; 8 — топливный бак ДВС; 9 — педаль тормоза; 10 — педаль акселератора; 11 — аккумуляторная батарея; 12 — генератор-стартер; 13 — радиатор системы охлаждения ДВС и генератора-стартера; 14 — ДВС; 15 — тяговая батарея суперконденсаторов Рассматриваемая схема, как показали натурные испытания электромобиля, позволяет в несколько раз снизить затраты как на НИОКР, так и на организацию серийного производства. Что, в свою очередь, даст возможность автомобильной промышленности России сделать прорыв в техническом уровне, обеспечив высокую конкурентоспособность на мировых рынках. Разумеется, предложения по созданию электроавтомобилей с КЭУ по данной схеме не исключают ведения работ по другим схемам. При этом основными критериями принятия их к производству должны стать такие очевидные, как степень экологической чистоты и безопасность транспортного средства, затраты на его эксплуатацию с учетом первоначальной стоимости и, что особенно важно, сроки и затраты на организацию серийного производства. Безусловно, на первом этапе параллельно должны идти НИОКР и по электромобилям на топливных элементах. Их цель — не допустить отставания от зарубежных конкурентов и обеспечить плавный, с меньшими затратами переход от серийного производства электромобилей с КЭУ к серийному производству чистых электромобилей. Второй (среднесрочный) этап — до 2020 г. Его цель — решение трех задач. Первая: завершить НИОКР по всей номенклатуре транспортных средств с КЭУ и организовать серийное и массовое производство большинства их моделей. Одновременно совершенствовать их с точки зрения уменьшения расхода топлива, вредных выбросов в атмосферу, повышения безопасности, надежности, ресурса, а также снижения себестоимости и затрат на эксплуатацию. Вторая: создать опытные образцы электромобилей с нулевыми выбросами, т. е. на топливных элементах. Параллельно — совершенствовать топливные элементы в направлении повышения их удельной энергии, снижения объема и массы, увеличения КПД, решать проблемы замерзания воды и снижения себестоимости блока ТЭ до величины, обеспечивающей конкурентоспособность электромобиля с традиционным автомобилем и электромобилем с КЭУ. В этот период в основном должны быть закончены НИОКР по большинству транспортных средств, использующих топливные элементы в качестве источников тока, и начата подготовка серийного и массового производства этих АТС. Третья задача: обеспечить опережающие темпы создания инфраструктуры для электромобилей с ТЭ с тем, чтобы заправочные станции и СТО не препятствовали бесперебойной эксплуатации новых транспортных средств. Третий (долгосрочный) этап — до 2025 г. В это время должен быть закончен весь объем НИОКР по транспортным средствам всех категорий, использую-щим в качестве генераторов электроэнергии топливные элементы, осуществлена подготовка производства и организован серийный выпуск электромобилей с ТЭ, а также создана разветвленная сеть заправочных станций, станции диагностики, обслуживания и ремонта во всех регионах страны. Что же касается НИОКР, то их задача — совершенствование конструкции электромобилей с точки зрения их безопасности, снижения массы, повышения КПД ТЭ, улучшения потребительских свойств за счет повышения комфортабельности салонов, улучшения эргономики, снижения усилий на органах управления, привлекательности внешнего вида, меньших затрат на производство и эксплуатацию и т. п. На данном этапе электромобили с КЭУ и на топливных элементах должны полностью заменить в производстве традиционные автомобили с ДВС. Причем выпуск автомобилей с ТЭ должен постепенно увеличиваться, а производство электромобилей с КЭУ — сокращатъся. По мнению специалистов, этот процесс растянется на 20—30 лет и более. Согласно "Стратегии", он должен начаться именно на третьем этапе. Для реализации "Федеральной стратегии развития автомобильной промышленности на период до 2025 года" потребуются большие затраты. Где взять средства? Поскольку автомобильная отрасль, судя по заявлениям руководства страны, отнесена к числу приоритетных, то и стратегия ее развития должна стать национальной задачей, как в большинстве развитых стран. (Например, президент США Дж. Буш провозгласил, что через 10—15 лет в Америке выпуск автомобилей с ДВС прекратится, и призвал конгресс одобрить решение правительства о выделении в течение 5 лет 1,7 млрд. долл. на программу создания водородо-кислородных топливных элементов для установки на массовые электромобили. И конгресс такое решение принял. Правительства Японии, Франции, Германии, Италии также оказывают поддержку проектам, имеющим национальное значение, — таким, как сокращение вредных выбросов автомобилями, стимулирование развития электромобилей, снижение расхода нефтяных топлив, использование альтернативных экологически чистых топлив и др. Реализация этих проектов, как несложно убедиться, анализируя образцы зарубежных автомобилей, дала ожидаемые результаты). Учитывая зарубежный опыт, все НИОКР, заложенные в "Стратегии развития автомобильной промышленности на период до 2025 года", тоже необходимо финансировать из федеральных источников. Для организации же производства как новых моделей, так и их компонентов, средства должны в основном изыскивать предприятия и организации (за счет создания совместных производств с зарубежными партнерами, использования собственных ресурсов, заемных средств и т. д.). И в этом правительство России должно оказывать им максимальное содействие. Для чего, во-первых, создать соответствующее нормативно-правовое поле, т. е. подготовить законы и другие нормативные акты, направленные на привлечение необходимых ресурсов, снижение налогового бремени, предоставление ряда льгот и т. п.; во-вторых, принять такие постановления, которые увеличат налоговое бремя и штрафные санкции на автомобили с ДВС, не отвечающие требованиям по вредным выбросам, безопасности, шуму и другим параметрам, т. е. создать такие условия, в которых эксплуатация автомобилей с ДВС становится экономически невыгодна. (Например, в США несоблюдение стандарта, ограничивающего с 2004 г. количество вредных выбросов большегрузными автомобилями и автобусами, карается штрафом до 12 тыс. долл.) В период бурного развития науки и техники более детально, чем изложено выше, спрогнозировать развитие АТС на столь значительный срок очень сложно. Поэтому не нужно, чтобы "Стратегия" превратилась в документ-догму. Наоборот, она должна регулярно, не реже раз в 5 лет, уточняться и дополняться с учетом развития мирового автомобилестроения. При этом условии она будет восприниматься как руководство к действиям и даст положительный результат. И последнее. Хотелось бы, чтобы рассмотренная "Стратегия" приобрела статус президентской программы. Она явно того заслуживает. E-mail: moskua@ukr.net |
||
| |
|
|
|
| |
Экономичнее не бывает! Американская компания Aptera Motors продемонстрировала публике «сверх экономичное» транспортное средство, получившее название Aptera. Его главное отличие (помимо внешнего вида) от большинства традиционных авто заключается в невероятно низком расходе топлива, хотя саму новинку назвать автомобилем сложно. Aptera оборудована тремя колесами (два — спереди, одно — сзади), салоном-кабинкой, рассчитанной на двух человек, дизельным двигателем мощностью всего 15 л.с. и электромотором, развивающим 25 л.с. То есть, речь идет о гибридной силовой установке, где, в отличие от уже существующих систем, в качестве аккумуляторов использованы специальные супер конденсаторы повышенной емкости. Благодаря этому машина потребляет 0,7 литра солярки на 100 км пробега. И это притом, что Aptera может разогнаться до 90 км/ч. Немалую роль в динамике и экономии топлива сыграл оригинальный кузов, который сами создатели называют «идеальной аэродинамической формой». К тому же он выполнен из углеродных композитов, благодаря чему снаряженная масса машины составляет 385 кг. Представители компании утверждают, что модель уже готова к серийному производству и вскоре будет предложена покупателям по цене около $20 тысяч. E-mail: moskua@ukr.net |
||
| |
|
|
|
| |
Суперконденсаторы, ультраконденсаторы, электрохимические конденсаторы, двухслойные конденсаторы – все эти названия относятся к одному и тому же классу приборов, занимающих по своим параметрам и выполняемым функциям промежуточное положение между батареями и обычными "электронными" (керамическими, танталовыми, электролитическими, пленочными и алюминиевыми) конденсаторами. Пожалуй, суперконденсаторы – это самая яркая разработка в области конденсаторостроения за последнее десятилетие. 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 последнем случае суперконденсаторы аналогичны кэш-памяти, используемой в системе энергозависимой оперативной памяти для сохранения данных при отключении питания, т.е. выполняют функцию энергетического кэша. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КЭШ. ЧТО ЭТО ТАКОЕ? 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). Но поскольку суперконденсатор – электрохимический компонент, значение его эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) на постоянном токе велико. Производители зачастую приводят значение ESR на частоте 1 кГц, на которой оно минимально. Но значение емкости на этой частоте, как правило, не имеет большого смысла для потребителя. В отличие от обычного конденсатора, в котором заряд переносится электронами, в электрохимическом суперконденсаторе в этом процессе наряду с электронами участвуют и ионы. И здесь причина еще одного серьезного недостатка этих компонентов. Поскольку подвижность ионов меньше, чем электронов, фактическое значение емкости при импульсах малой длительности может оказаться ниже значения, приводимого в технической документации. Значения емкости и ESR суперконденсатора существенно влияют на характер временной зависимости напряжения. При разрядке суперконденсатора на нагрузку из-за большого ESR напряжение первоначально резко падает на величину DVIR, после чего временная зависимость напряжения становится экспоненциальной (кривая DVQ, рис.2). Причем при больших импульсных разрядных токах основную роль играет резистивная составляющая общего сопротивления конденсатора, а при малых импульсных токах большой длительности – емкостная составляющая. Таким образом, при работе с большими импульсами тока следует применять суперконденсаторы с малым ESR, а при работе с малыми токами – конденсаторы большой емкости. 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 = V0/5R, где V0 – зарядное напряжение, а R – полное сопротивление суперконденсатора. Разогрев конденсатора из-за перегрузки по зарядному току или напряжению может привести к увеличению ESR, 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 так же, 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 ТУ 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. Работа с сетевыми источниками питания, топливными или солнечными элементами допускает применение резисторов с более низким сопротивлением – 4,7–10 кОм. При активном симметрировании напряжение каждого отдельного конденсатора устанавливается в пределах требуемого значения с помощью полупроводникового ключа, подключенного к источнику опорного напряжения. 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 10оС может привести к сокращению срока службы прибора в два раза, в основном из-за увеличения ESR. 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 в сравнении с его значением в ТУ. Иногда такое увеличение необходимо для компенсации роста ESR, обусловленного увеличением вязкости электролита при низких рабочих температурах и снижением подвижности ионов. Таким образом, основные факторы, вызывающие сокращение срока службы суперконденсаторов, – это увеличение ESR и уменьшение емкости. При длительной работе (и хранении) их пропитка "высыхает" (как у электролитических конденсаторов). Но при правильном использовании суперконденсаторы могут выдержать более 500 тыс. циклов зарядки/разрядки без изменения емкости, а их минимальный срок службы может 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. Проектирование системы на базе суперконденсатора, как правило, начинается с определения энергии, потребляемой при каждом цикле разрядки, а также уровня напряжения, необходимого для исправной работы схемы. Значение емкости конденсатора устанавливается по экспоненциальной кривой его зависимости dV/dt и величине нагрузки. Правда, по мнению специалистов фирмы AVX, при проектировании маломощных устройств такой процесс не имеет смысла. Гораздо проще и быстрее снять вольт-разрядную характеристику конденсатора, емкость которого равна одному из широко распространенных значений. Для большей части применений важна не точка начала разряда конденсатора на нагрузку, а падение напряжения в начале работы (DVIR), вызванное присущему конденсатору ESR. ОСНОВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 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 (рис.4). В простейшем случае суперконденсатор дублирует батарею, обеспечивая ток разрядки на нагрузку. Весьма перспективно и применение суперконденсаторов в качестве источников импульсов тока с коэффициентом заполнения менее 20% и пиковым значением на несколько порядков выше значения постоянного тока. Они используются в источниках питания устройств, работающих от солнечных батарей, а также в качестве стартеров небольших двигателей. В сотовых системах GSM-стандарта, работающих в "пульсирующем" режиме с короткими импульсами тока (~500 мкс) амплитудой до 2 А при частоте повторения 4 мс и со значительно меньшими значениями тока в промежутке между ними, включение суперконденсатора параллельно батарее позволяет значительно увеличить срок ее службы. Батарея "не видит" импульсной нагрузки, что позволяет использовать ее более эффективно. Кроме того, конденсатор может разряжаться при более высоких уровнях напряжения, чем батарея. Благодаря этому улучшается КПД ВЧ-усилителя мощности телефонной трубки. Пока из-за больших габаритов суперконденсаторы не находят широкого применения в сотовых телефонах. Но в тех случаях, когда необходимо обеспечить большую мощность источника питания GSM-приемника, невзирая на его габариты (например, в телеметрических системах), объединение батареи и суперконденсатора целесообразно, поскольку позволяет значительно повысить эффективность источника питания. Еще одна перспективная область применения суперконденсаторов – автомобильные электронные системы. Пока суперконденсаторы используются в них для запуска двигателя и сокращения тем самым нагрузки батареи. Конечно, основная система питания автомобильных систем способна обеспечить требуемый ток, но если снабдить ее дополнительным суперконденсатором, располагаемым вблизи двигателя, можно облегчить ее режим работы и уменьшить массу (за счет сокращения монтажной схемы). 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 энергетический кэш (суперконденсатор) служит источником тока в начале движения или при ускорении, "подзаряжаясь" при торможении. А как известно, при торможении до 30% энергии двигателя внутреннего сгорания преобразуется в тепло, излучаемое в окружающую среду. Вот почему суперконденсаторы большой емкости с большими пиковыми токами разрядки при малых значениях времени зарядки/разрядки (до ~2 с) весьма перспективны для применения не только в легковых автомобилях, но и в крупном городском транспорте. Они позволяют сократить потребление топлива более чем на 50%, снизить уровень загрязнения окружающей среды выбрасываемыми частицами на 90% и выхлопами оксида азота на 50%. По оценкам фирмы General Motors и ее отделения систем трансмиссии Allison, если цена ячейки суперконденсаторной сборки нe будет превышать 30 долл., в 2003 году для систем трансмиссии может потребоваться до 1 млн. таких ячеек, а в 2008 году – уже более 100 миллионов. 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. Кроме того, они могут использоваться в распределенной системе питания отдельных приборов автомобиля (для питания мощных приборов потребуются конденсаторы емкостью 150–300 Ф, а для таких устройств, как соленоиды, системы регулировки положения оконного стекла и дверные замки, – изделия емкостью 5–10 Ф). Перспективны суперконденсаторы и для будущих "дружественных окружающей среде" энергетических систем, где они смогут служить источником большого пикового тока (при использовании топливных элементов) или компенсировать неравномерное питание (ветряные источники). Таким образом, суперконденсаторы найдут, и уже находят, применение в самых разнообразных силовых системах. Период перехода суперконденсаторов, предназначенных для узкого применения, в разряд широко распространенных популярных устройств оказался продолжительным, поскольку технология еще не была достаточно хорошо отработана, как не существовала и инфраструктура, необходимая для их массового производства. Но ситуация меняется, и на рынке уже появились суперконденсаторы самого разнообразного назначения. ЧТО ЖЕ ПРЕДСТАВЛЕНО НА РЫНКЕ? Начнем с "легких" суперконденсаторов для маломощных, работающих на небольшие нагрузки, источников питания. К ним относятся конденсаторы серии BestCap емкостью 40–500 мФ фирмы AVX (www.avxcorp.com). ESR этих конденсаторов благодаря применению протонового полимерного разделителя с положительно заряженными ионами водорода составляет 25–250 мОм (на частоте 1 кГц). Конденсаторы заряжаются до 60% номинального значения емкости за 2–3 мс. Рассчитаны они на напряжение 3,5–12 В, ток утечки не превышает 5 мкА. Монтируются они в прямоугольные герметизированные металлические корпуса (в том числе и в монтируемые на поверхность) размером 28х17 или 48х30 мм и высотой 2,1–6,5 мм. Изделия полностью выполнены из нетоксичных, "зеленых", материалов и отличаются высокой прочностью (ударопрочность более 30000g). Основные недостатки – увеличение (обратимое) ESR при температурах ниже -20°С и невозможность пайки оплавлением, поскольку максимально допустимая температура для конденсаторов серии равна 70°С. Конденсаторы серии BestCap предназначены для GSM/GPRS сотовых систем, оборудования связи ADSL/xADSL-стандарта, беспроводных систем сигнализации, для дублирования питания систем памяти, питания лазерных систем. Интерес представляют поставляемые по ТУ заказчика суперконденсаторы семейства PowerStor фирмы Cooper Bussmann, бывшая Cooper Electronic Technologies (www.cooperET.com) с электродами из пеноуглерода или углеродного аэрогеля. Технология изготовления позволяет легко модифицировать их размер и форму, значение ESR, емкости, напряжения, рабочий диапазон температур. Так, конденсаторы серии А отличаются чрезвычайно низким ESR (25–150 мОм) при значениях емкости 0,47–4,7 Ф, благодаря чему находят широкое применение в устройствах, где требуется быстрая разрядка. А конденсаторы серии F, монтируемые в корпуса толщиной менее 1 мм из слоистого полимера-алюминия (вместо традиционных стальных корпусов с многослойным фольговым полимерным покрытием), благодаря малой высоте весьма перспективны для применения в PCMCIA-картах, поскольку предотвращают пиковые нагрузки интерфейса (ток соединителя карты составляет 1 А, и в отсутствие конденсатора такие нагрузки неизбежны). Конденсаторы серии могут работать при напряжении 4,6 В, но в этом случае число циклов зарядки/разрядки уменьшается с 106 (при номинальном значении напряжения 2,5 В) до 104. Основное достоинство конденсаторов серии Х, поставляемых в цилиндрических и призматических корпусах, – большое значение емкости (100–2500 Ф) при чрезвычайно низком ESR (до 0,5 мОм). В семейство PowerStor входят и заказные многоконденсаторные сборки с пассивным или активным симметрированием на напряжение до 24 В. Фирма также поставляет конденсаторы на диапазон рабочих температур -40...85°С (стандартный диапазон рабочих температур суперконденсаторов – -25...70°С). Суперконденсаторы семейства находят разнообразное применение – беспроводные системы связи (GSM-сотовые телефоны, пейджеры и т.п.), портативные компьютерные системы (терминалы ввода данных, персональные цифровые помощники и другие микропроцессорные устройства), промышленное оборудование, автомобильные системы, бытовое оборудование и игрушки. Конденсаторы японской фирмы Elna (www.elna-america.com) в монтируемом на поверхность корпусе размером с монету благодаря изготовлению электродов из активированного угля и пропитки разделителя безводным высокостабильным электролитом отличаются высокой прочностью и надежностью. Емкость конденсаторов серии Dynacap лежит в диапазоне 0,47–100 Ф, напряжение – 2,5–6,3 В, ток – 1 мА–50 А. Время зарядки до 60–80% номинального значения напряжения составляет 30–60 с. Кроме того, Elna выпускает суперконденсаторы с винтовым выводом, срок службы которых (32 тыс. ч при температуре 20°С и 1 тыс. ч при 70°С) позволяет применять их в автомобильных системах. Правда, пока этому препятствует достаточно "высокая" минимальная рабочая температура: -25°С. Тем не менее, многие производители проявляют интерес к конденсаторам емкостью до 4000 Ф на напряжение 2,3 В, со значениями ESR 3 мОм и тока зарядки 100 А. А рассчитанные на высокое напряжение суперконденсаторы второго поколения серии UltraCap фирмы Epcos (www.epcos.com) с улучшенной конструкцией корпуса и новыми электродами уже используются в приводах трансмиссии городских автобусов, курсирующих на улицах Нюрнберга. Максимальная емкость конденсаторов равна 5000 Ф при напряжении 2,5 В (пиковое значение 2,8 В), ESR – 0,25 мОм. Ток зарядки/разрядки может достигать 500 А, плотность мощности – 7,4 кВт/кг, плотность энергии – 5,1 Вт.ч/кг. Наибольшую удельную пиковую мощность – 16 кВт/кг – имеют конденсаторы емкостью 200 Ф с ESR 2 мОм и током зарядки/разрядки 50 А, которые должны были появиться на рынке в марте 2003 года. Их назначение – восстановление энергии при рекуперативном торможении, с тем чтобы ее использовать при начале движения после остановки. В конденсаторной сборке фирмы емкостью 8,3 Ф на напряжение 650 В объединены 325 конденсаторов на напряжение 2,3 В емкостью 2700 Ф. Правда, для того чтобы рабочая температура оставалась в пределах требуемых значений (-30... 70°С), эти мощные модули должны охлаждаться. Суперконденсаторы серии UltraCap выбраны разработчиками спортивного автомобиля Lotec Sirius для запуска стартера 12-цилиндрового шестилитрового мотора. Емкость сборки, объединяющей шесть конденсаторов емкостью 2700 Ф каждый, составляет 450 Ф при напряжении 13,8 В. Применение такой сборки позволило отказаться от второй батареи и облегчить модель автомобиля на 5 кг, обеспечивая в то же время подачу на стартер мощности в 4 кВт. И даже после многонедельной стоянки в гараже (вызывающей, как правило, разрядку аккумулятора) конденсаторная сборка обеспечивает надежный старт. Сейчас ведутся работы по увеличению напряжения конденсаторов до 3 В, что позволит снизить стоимость конденсаторной матричной сборки на 30%. Кроме того, фирма рассчитывает снизить стоимость сборки за счет полной автоматизации процессов ее производства. Помимо источников питания транспортных средств, изделия серии UltraCap найдут применение в системах бесперебойного питания, батарейных инструментальных средствах и оборудовании (электрические отвертки, бритвы и зубочистки, медицинские осветительные системы, измерители, беспроводные телефоны европейского DECT-стандарта), солнечных системах (для накопления энергии). Суперконденсаторы для автомобильных систем питания выпускают также фирмы: · Maxwell Technologies (www.maxwell.com): серия Boostcaps емкостью от 4 до 2700 В на напряжение 2,5 В, диапазон рабочих температур -40...70°С, время разрядки до 50% номинального напряжения – 5 с, время саморазрядки до такого же значения напряжения – около месяца. ESR по постоянному току конденсатора емкостью 4 Ф составляет 400 мОм; · NessCap (www.nesscap.com), Южная Корея: серия EDLC емкостью от 3 до 2,7 В и конденсаторные сборки с пассивным и активным симметрированием напряжения (последние были установлены на полностью электрических машинах как дополнение к основным аккумуляторам); · Panasonic (www.maco.panasonic.com): серия Up-Cap в цилиндрических корпусах емкостью 500–2500 Ф на напряжение 2,3 В, срок службы 2000 ч при рабочей температуре 60°С (к 2005–2006 году фирма планирует увеличить максимальную температуру надежной работы сборки, содержащей 40–50 таких конденсаторов, до 75°С); · NEC-Tokin (www.nec-tokin.net/now/english/index.html): серия FG1C емкостью до 100 Ф при напряжении 15 В и ESR 20 мОм на 1 кГц. Изделия фирмы, рассчитанные на разрядный ток до 1 А, предназначены и для резервного питания таких высокоимпедансных систем, как СОЗУ, таймеры и т.п., а также устройств с низким импедансом (исполнительные механизмы, клапаны и т.п.). Значение емкости конденсаторов фирмы NEC-Tokin лежит в диапазоне от 10 мФ до 100 Ф, а напряжение может достигать 12 В. Интерес представляют "промежуточные" типы суперконденсаторов фирмы Evans Capacitor (www.evanscap.com). Это – гибридные поляризованные компоненты с танталовым, пропитанным электролитом, анодом и катодом обычного электрохимического суперконденсатора. Благодаря своему промежуточному положению между электролитическими и электрохимическими устройствами рабочее напряжение гибридных конденсаторов фирмы Evans емкостью до 0,22 Ф (при напряжении 6,3 В) может достигать 125 В. EDN, 2003, Jan.9, p.53–58. Материалы фирмAVX, Cooper Bussmann, Elna, Epcos, Evans Capacitor, Maxwell Technologies, NEC-Tokin, NessCap, Panasonic. E-mail: moskua@ukr.net |
||