Дослідження енергетичних процесів в колах коливального заряду суперконденсаторів

Анотація

Вступ. В даний час при сталому розвитку комбінованих джерел живлення виникає проблема поліпшення електричних пристроїв призначених для зберігання енергії і її динамічної передачі споживачам. При сучасних режимах експлуатації електромобілів (ЕМ), пристрої для накопичення енергії повинні працювати мільйони циклів заряд/розряд без погіршення енергетичних характеристик. Суперконденсатори (в літературі відомі, як іоністори, ультраконденсатори, нелінійні конденсатори або двошарові електрохімічні конденсатори) можуть працювати не менше мільйона циклів і можуть успішно використовуватись в комбінованих джерелах живлення ЕМ або в різноманітних електромеханічних об’єктах, які стохастично потребують велику імпульсну потужність.
Постановка задачі. В комбінованих системах електроживлення з суперконденсаторами (СК) та акумуляторними батареями (АБ) поєднуються висока питома потужність СК з високою питомою енергією АБ. Такий підхід дозволяє легко забезепечити необхідну потужність на початку руху електротранспорту або при різкому збільшенні швидкості руху, при цьому забезпечуючи необхідний запас енергії з АБ, при тривалому русі. Застосування комбінованих систем з СК та АБ може значно підвищити термін служби АБ та дозволяє працювати з низькими втратами енергії в колі коливального заряду СК. Метою цієї роботи є вдосконалення теорії енергетичних процесів в електричних колах коливального заряду СК від джерел постійної електро-рушійної сили (АБ), яка базується на врахуванні залежності ємності СК від прикладеної до його клем напруги та врахуванні змінних початкових умов по напрузі при заряді СК, що поліпшує енергоефективність комбінованих систем електроживлення.
Результати. В даній роботі досліджено енергетичні характеристики в колах коливального заряду СК від реального джерела постійної ЕРС (АБ). Проведено порівняння енергетичних характеристик кіл коливального заряду СК при різних добротностях зарядного контуру. Знайдено наближене рішення для нелінійного неоднорідного диференціального рівняння другого порядку при коливальному заряді СК від АБ, при врахуванні, що ємність є лінійною функцією від напруги на клемах СК. Дане рішення дає можливість визначати залежність енергії втрат в колах коливального заряду нелінійного конденсатора від електротехнічних параметрів елементів.
Висновки. Проаналізовані умови, за яких зростає коефіцієнт передачі енергії від АБ до СК, в колах коливального заряду СК. Визначено вплив початкових умов по напрузі на клемах СК, добротності зарядного контуру, ємності СК на коефіцієнт передачі енергії від АБ до СК в процесі заряду. Досліджено, що при підвищенні добротності зарядного контуру та збільшенні початкових умов по напрузі на клемах СК, можна збільшити коефіцієнт передачі енергії від АБ до СК та зменшити енергію втрат при коливальному заряді СК від АБ.