211service.com
Ultracaps kunnen hybride efficiëntie verhogen
Energieopslagapparaten, ultracondensatoren genaamd, zouden de kosten van de batterijpakketten in plug-in hybride voertuigen met honderden of zelfs duizenden dollars kunnen verlagen door de grootte van de pakketten te halveren, volgens schattingen van onderzoekers van Nationaal laboratorium Argonne in Argonne, Illinois. Ultracapacitors kunnen volgens een recente studie van de University of California, Davis, ook de efficiëntie drastisch verbeteren van een andere klasse hybride voertuigen die gebruik maken van kleine elektrische motoren, microhybriden genaamd.
Robuuste kracht: Deze ultracondensator wordt gebruikt om energie van de remmen in hybride bussen op te vangen. Soortgelijke apparaten kunnen binnenkort worden gebruikt om de kosten van hybride auto's te verlagen.
Het gebruik van ultracondensatoren in hybrides is geen nieuw idee. Maar de dalende kosten van het maken van deze apparaten en verbeteringen aan de elektronica die nodig is om hun vermogen te regelen en hun interactie met batterijen te coördineren, zouden ze binnenkort praktischer kunnen maken, zegt Theodore Bohn, een onderzoeker bij Argonne's Advanced Powertrain Research Facility.
Hoewel batterijen de afgelopen jaren aanzienlijk zijn verbeterd, zijn de kosten om ze te maken de belangrijkste reden waarom hybrides duizenden dollars meer kosten dan conventionele voertuigen. Dit geldt met name voor plug-in hybrides, die tijdens korte ritten afhankelijk zijn van grote accu's om alle of het grootste deel van het vermogen te leveren. Accu's zijn duur, deels omdat ze na verloop van tijd verslechteren en om dit te compenseren, maken autofabrikanten ze te groot om ervoor te zorgen dat ze zelfs na 10 jaar gebruik in een voertuig voldoende stroom kunnen leveren.
Ultracondensatoren bieden een manier om de levensduur van de stroombron van een hybride voertuig te verlengen, waardoor de noodzaak om de batterijpakketten te groot te maken, wordt verminderd. In tegenstelling tot batterijen vertrouwen ultracondensatoren niet op chemische reacties om energie op te slaan, en ze verslechteren niet significant gedurende de levensduur van een auto, zelfs niet wanneer ze worden opgeladen en ontladen in zeer intense bursts die batterijen kunnen beschadigen. Het nadeel is dat ze veel minder energie opslaan dan batterijen - meestal een orde van grootte minder. Als ultracondensatoren echter werden gecombineerd met batterijen, zouden ze batterijen kunnen beschermen tegen intense stroomstoten, zegt Bohn, zoals die nodig zijn voor acceleratie, waardoor de levensduur van de batterijen wordt verlengd. Ultracondensatoren zouden er ook voor kunnen zorgen dat de auto aan het einde van zijn levensduur net zo goed kan accelereren als aan het begin.
Door de omvang van het batterijpakket van een voertuig met 25 procent te verminderen, zou ongeveer $ 2.500 kunnen worden bespaard, schat Bohn. De ultracondensatoren en elektronica die nodig zijn om ze met de batterijen te coördineren, kunnen tussen $ 500 en $ 1.000 kosten, wat resulteert in honderden dollars aan nettobesparingen.
Ultracondensatoren zouden het ook mogelijk maken om batterijen opnieuw te ontwerpen om meer energie vast te houden. Er is meestal een afweging tussen hoe snel batterijen kunnen worden opgeladen en ontladen en hoeveel totale energie ze kunnen opslaan. Dat is gedeeltelijk waar, omdat het ontwerpen van een batterij die snel ontlaadt, het gebruik van zeer dunne elektroden vereist die in vele lagen zijn gestapeld. Elke laag moet worden gescheiden door ondersteunende materialen die ruimte innemen in de batterij maar geen energie opslaan. Hoe meer lagen er worden gebruikt, hoe meer ondersteunende materialen er nodig zijn en hoe minder energie er in de batterij kan worden opgeslagen. In combinatie met ultracondensatoren hoeven batterijen geen stroomstootjes te leveren en kunnen ze dus worden gemaakt met slechts een paar lagen zeer dikke elektroden, waardoor er minder ondersteunend materiaal nodig is. Dat zou het mogelijk kunnen maken om twee keer zoveel energie op te slaan in dezelfde ruimte, zegt Bohn.
Ultracapacitors kunnen ook nuttig zijn in een heel ander type hybride voertuig dat een microhybride wordt genoemd, zegt Andrew Burke , een onderzoeksingenieur aan het Institute of Transportation Studies aan UC Davis. Zoals ze vandaag zijn ontworpen, gebruiken deze voertuigen kleine elektromotoren en batterijen om een benzinemotor te versterken, waardoor de motor elke keer dat de auto tot stilstand komt, kan worden uitgeschakeld en opnieuw kan worden gestart wanneer de bestuurder het gaspedaal indrukt. De batterijen van een microhybride kunnen ook een klein deel van de energie opvangen die normaal gesproken verloren gaat als warmte tijdens het remmen. Omdat ultracondensatoren snel kunnen opladen en ontladen zonder te worden beschadigd, zou het mogelijk zijn om microhybriden te ontwerpen die veel meer gebruik maken van een elektromotor, en korte stroomstootjes leveren wanneer dat nodig is voor acceleratie. Ze kunnen ook meer energie verzamelen door te remmen. Volgens computersimulaties uitgevoerd door Burke, zou een dergelijk systeem de efficiëntie van een conventionele motor met 40 procent verbeteren tijdens het rijden in de stad. Conventionele microhybriden verbeteren de efficiëntie slechts met 10 tot 20 procent.
In zowel plug-in hybrides als microhybriden zouden ultracondensatoren betere prestaties bij koud weer bieden, omdat ze niet afhankelijk zijn van chemische reacties die in de kou vertragen. Bij erg koud weer moet je de batterij opwarmen, anders kun je niet erg snel rijden - je zou een zeer lage acceleratie hebben, zegt Bohn. Daarentegen kunnen ultracondensatoren een snelle acceleratie bieden, zelfs bij lage temperaturen.
Mark Verbrugge, directeur van het materiaal- en proceslab bij GM, zegt dat van de twee toepassingen voor ultracondensatoren, het gemakkelijker zal zijn om ze in microhybriden te gebruiken. In dit geval, zegt hij, zouden ultracondensatoren gewoon batterijen vervangen, omdat ze genoeg energie opslaan om de benzinemotor te vergroten zonder de hulp van batterijen. In plug-in hybrides, die veel meer energie nodig hebben, zouden ultracondensatoren moeten worden gekoppeld aan batterijen, en dit zou complexe elektronica vereisen om de twee energieopslagapparaten te coördineren. Over het algemeen wil je nooit onderdelen aan een auto toevoegen, zegt hij. U wilt een zo eenvoudig mogelijk systeem, zodat er minder dingen mis kunnen gaan.
Om ultracondensatoren praktisch te maken in microhybriden, zegt Verbrugge, moeten de kosten om ze te maken met ongeveer de helft dalen, wat mogelijk is omdat veel onderdelen van het productieproces voor grote ultracondensatoren nog niet zijn geautomatiseerd. Maar om de extra complexiteit van plug-in hybrides te rechtvaardigen, zegt hij, zou het hele systeem aanzienlijk minder moeten kosten dan alleen batterijen.
De onderzoekers van Argonne hebben al stappen ondernomen om te bewijzen dat ultracondensatoren deze besparingen kunnen bieden, aangezien ze hebben aangetoond dat ze de hittestress op batterijen met een derde verminderen. Ze blijven ultracondensatoren testen om aan te tonen dat ze ervoor kunnen zorgen dat batterijen langer meegaan, waardoor autofabrikanten kleinere batterijen kunnen gebruiken en geld kunnen besparen.