Zwiększanie możliwości przenośnych źródeł mocy

Średnie obciążenie elektryczne w pojazdach pasażerskich, samochodach osobowych oraz małych ciężarówkach wzrosło w ostatnich latach z 500 do 700 W, a nawet więcej. Zwiększające się z roku na rok obciążenie elektryczne wynosi obecnie pomiędzy 100 a 150 W, a końca nie widać. OEM utrzymują że system elektryczny 14 V jest w stanie obsłużyć taki wzrost, co więcej, możliwe jest również zawarcie w tych 14 V wyposażenia pomocniczego. Przy wykorzystaniu technologii alternatorów, która obecnie przekracza 3000 W, oraz prądów powyżej 200 A konieczne jest, aby przemysł zajął się oszacowaniem środków niezbędnych do modernizacji systemów zasilania samochodów.

Moduły ultrakondensatorów o zwiększonej mocy

Zapas mocy istniejących produktów motoryzacyjnych można skutecznie zwiększyć poprzez zastosowanie nowych modułów wzmacniających superkondensatorów D-Cell (D-Cell ultra-capacitor boost modules). Połączony w „bootstrap” (układ ze wzmacniaczem katodowym) lub układ typu „totem pole” z ultrakondensatorem na górze istniejącego akumulatora ołowiowo-kwasowego VRLA, system magazynowania energii elektrycznej jest w stanie obsłużyć dodatkowe elementy wyposażenia zasilane elektrycznie, utrzymując kompatybilność z istniejącą bazą komponentów elektrycznych 12 V. Przy tym systemie OEM nie muszą dokonywać całkowitego przeglądu stanów magazynowych części samochodowych, mogą po prostu dodawać nowe komponenty 42 V odpowiednio do potrzeb. System elektrycznego ładowania pojazdu pozostaje taki sam, dodany zostaje jedynie mały konwerter wzmacniający, niezbędny do podtrzymania obciążenia modułu D-Cell.

W tym systemie mały konwerter wzmacniający utrzymuje obciążenie modułu ultrakondensatora D-Cell (Rdlc i Cdlc). Moc narzędzia symulacyjnego Simplorer wykorzystana jest w układzie do uzyskania wejścia sterującego PWM, w celu wzmocnienia przełączenia z pomiaru napięcia ultrakondensatora VMdlc, w porównaniu z punktem ustawienia, a błąd ten jest wykorzystywany jako sprzężenie zwrotne. Simplorer zamyka sterowanie w systemie zamkniętej pętli regulatora wzmocnienia, wykorzystując do tego trzy podstawowe równania. Kiedy alternator oraz wzmocnienie są pominięte w równaniu, akumulator i ultrakondensator reagują na podłączone obciążenia. Należy zwrócić uwagę, że system dystrybucji elektryczności (electrical distribution system – EDS) jest w stanie zasilić szynę zbiorczą 42 V w znacznych przedziałach czasu.

Rezultaty

Główną zaletą systemu magazynowania energii elektrycznej superkondensatora „bootstrap” -jako źródła ładowania systemu zasilania elektrycznych urządzeń dodatkowych -jest to, że cykliczna praca akumulatora VRLA zostaje zredukowana o 60%. Oznacza to przedłużenie życia akumulatora VRLA oraz lepszą regulację zarówno istniejących szyn zbiorczych 14 V EDS, jak i nakładanej 42 V pseudosieci zasilającej „pseudo-PowerNet”.

Oparty na D-Cell system magazynowania energii elektrycznej może być źródłem mocy znacznie bardziej wydajnym, niż gdyby zainstalować drugi akumulator. W warunkach ciągłego poboru mocy D-Cell wykazuje wydajność ponad 96%, w przeciwieństwie do akumulatora ołowiowo-kwasowego o mniejszej wydajności. Już chociażby z tego powodu OEM są poważnie zainteresowani technologią ultrakondensatorów.

Szacuje się, że technologia ta osiągnie poziom kosztów rzędu 0,025 USD/F, który zacznie być uwzględniany w specyfikacjach kosztów docelowych systemów motoryzacyjnych.

Kontakt: John Miller, J-N-J Miller Design Services e-mail: jmmiller35@aol.com