Ultrakondensatory i ogniwa paliwowe podnoszą wydajność źródeł energii
Uwolnienie produktów przenośnych od przewodów zasilających wymaga zwykle akumulatorów, a to jest związane z dodatkowym ciężarem. Atrakcyjną alternatywę stanowią nowe technologie, takie jak ogniwa paliwowe oraz ultrakondensatory.
Kluczem do maksymalizacji osiągów systemu jest takie dobranie wielkości elementów, która zapewni ich najbardziej efektywne wykorzystanie. Ogniwo paliwowe jest odpowiednim źródłem zasilania ciągłego przy średnim poborze mocy, podczas gdy ultrakondensator stanowi lepsze rozwiązanie w przypadku impulsowego poboru dużych mocy. Ultrakondensatory, takie jak produkowane przez Maxwell produkty BOOSTCAP, mogą dostarczyć 10-krotnie większą moc i charakteryzują się 10-krotnie większą żywotnością przy niższym ciężarze własnym niż akumulatory. Dodatkowo ultrakondensatory działają bardziej niezawodnie w ekstremalnie niskich lub wysokich temperaturach.
Przenośny przemysłowy system wspomagania jest przykładem zamiany akumulatorów lub zasilania zewnętrznego na ultrakondensatory oraz ogniwa paliwowe. Dobierając ogniwo paliwowe do wymogów ciągłego zasilania, a nie szczytowego poboru mocy, możemy wykorzystać ogniwo mniejsze i tańsze. Dodatkowo ultrakondensator reaguje na potrzeby szczytowego poboru mocy lepiej niż większe ogniwa paliwowe. W jednym z konkretnych zastosowań ogniwo paliwowe o wydajności 3,5 A przy 150 V prądu stałego obsługuje ciągłe zasilanie systemu prądem 2 A oraz dostarcza prąd 1,5 A do ładowania ultrakondensatora. Ten, aby spełnić wymagania specyfikacji, musi dostarczyć w ciągu 500 ms prąd o natężeniu 30 A, przy spadku napięcia mniejszym niż 25 V. W celu określenia wymaganej liczby ultrakondensatorów napięcie zasilania (150 V) dzielone jest przez wielkość napięcia uzyskiwanego z jednego ogniwa (2,5 V), dając w rezultacie wynik 60 ogniw wymaganych w tym zastosowaniu. Użycie komórek o pojemności 350 F prowadzi do obliczonej pojemności pakietu wynoszącej 350 F/60 komórek = 5,8 F. W takim pakiecie nastąpi reaktywny spadek napięcia 500 ms × 30 A/5,8 F = 2,6 V. Znając rezystancję szeregową ogniwa (ESR), możemy obliczyć spadek napięcia na baterii w następujący sposób: 30 A × 0,0032 (V na ogniwo) × 60 ogniw = 5,76 V spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej. Sumując oba spadki, uzyskamy całkowity spadek napięcia przy poborze 30 A przez 500 ms wynoszący 8,36 V. Jest to znacznie poniżej 25 V wymaganych specyfikacją, co zapewnia duży margines roboczy. Optymalizacja może prowadzić do wybrania ogniw o mniejszej pojemności jako sposobu na uzyskanie redukcji kosztów za cenę mniejszego marginesu roboczego.
PODWÓJNE ZASILANIE Ogniwa paliwowe oraz ultrakondensatory mogą zapewnić zasilanie urządzeń przenośnych, bazując na wyjątkowych możliwościach obu technologii. Ciągłe zasilanie dostarczane jest z ogniw paliwowych, a szczytowy pobór mocy obsługiwany przez ultrakondensatory
Całkowity ciężar połączonych szeregowo 60 ultrakondensatorów wynosi 3,6 kg. Zapewnienie szczytowych obciążeń występujących w tym zastosowaniu wymagałoby samodzielnych ogniw paliwowych zbyt dużych i drogich, aby mogły znaleźć praktyczne zastosowanie. Zestaw ultrakondensatorów oraz ogniw paliwowych działa dłużej i bardziej niezawodnie niż poprzednie rozwiązanie z zastosowaniem akumulatora, a pakiet ultrakondensatorów ma mniejszy ciężar i wielkość niż bateria akumulatorowa.
John Dispennette, Maxwell Technologies
