Înmagazinarea energiei cinetice KERS

Recuperarea energiei de franare ofera un potential semnificativ pentru reducerea consumului de energie in vehiculele. Totusi ,datorita proprietatilor lor, magaziile existente de pastrare a energiei permit o folosire limitata a acestei facilitati. Compact Dynamics dezvolta o noua generatie de magazii cinetice, numite Dynastore, care au fost construite special ca magazii electrice cu capacitate de incarcare maxima. Magaziile vor fi folosite pentru prima data in Sistemul de Recuperare a Energiei Cinetice(KERS), un sistem hibrid pentru formula unu.

1. Introducere

Constructorii de automobile fac mari eforturi, nu in ultimul rand datorita marilor presiuni politice si sociale, pentru a reduce consumul de energie si de asemenea dioxidul de carbon(CO2) emis de vehiculele lor. Pe de alta parte, una dintre principalele cai de inmagazinare a energiei de franare (recuperare) a fost folosita cu greutate. Motivul pentru aceasta poate fi gasit in calitatea proasta a sistemelor energetice de inmagazinare disponibile in momentul de fata. Spre deosebire de oboselile la care erau supuse sistemele electrice de distributie de pe vehiculele anterioare, cand o masina este incetinita apar varfuri enorme de putere. Figura 1 arata simulari diferite ale ciclurilor de conducere, aratand puterea si energia necesare pentru a incetini o masina. Efectul de franare la motorul cu aprindere interna(frana de motor) a fost deja luat in considerare in model. Evaluarea, pur si simplu, arata energia care este disipata in frana mecanica. Daca aceasta este depozitata sub forma de energie electronica, poate asigura puteri de incarcare a bateriei de pana la 30kW. Bateriile standard nu sunt capabile sa absoarba aceste energi. Chiar si la modelele noi de baterii ca si cele hibride de nichel-metal(NiMh), baterii litiu-ion(Li-Ion) sau condensatoare pe doua straturi, acesta incarcare in asociere cu ciclurile inalte de incarcare conduc la fluctuatii de voltaj semnificative si imbatranire termica considerabila. Totusi, sistemele de inmagazinare din vehiculele hibride trebuie sa fie mult supra-dimensionate pentru a obtine o durata de viata acceptabila. Inlocuirea sau utilizarea finala a acestor magazii conduce la o cantitate imensa de diferite chimicale si metale grele, ale caror cai de eliminare sau reciclare nu pot fi garantate. O magazie cinetica, pe de alta parte, permite puteri de incarcare foarte mari cu suficienta capacitate de inmagazinare, stabilitate ciclica si nici o indicatie a imbatranirii termice. O comparatie intre diferitele tehnologii de inmagazinare arata avantajele unei magazii dinamice ca o magazie cu incarcare maxima. Figura 2.

3 Noi concepte de inmagazinare pentru vehicule.

Utilizarea acestor sisteme la vehiculele hibride cer un design complet nou al magaziei volantului. Accentul dezvoltarii s-a pus pe inmagazinarea pe termen scurt a unei energie limitate cu o putere mare de incarcare. , asa cum se cere pentru operatiile dinamice ale autovehiculelor. Din aceasta cauza nu a fost nevoie de costisitorii cuzineti magnetici. In schimb o instalatie vacuum, reducerea presiunii aerului printr-o singura evacuare din spatiu de depozitare erea suficienta pentru a reduce frecarea aerului. Rezultatul acestei dezvoltari a fost o unitate de stocare cvadrupla. Divizarea in patru volante mici cu o masa mica duce la o forta mica care poate fi tinuta bine sub control in lacas in cazul unui accident. In plus unitatile mici permit scalari mai simple si o buna integrare in vehicul. Integrarea volantei in functia de generator al motorului reduce semnificativ complexitatea magaziei. Unitatea a fost proiectata cu reticenta ca o masina cu un rotor intern, Figura 3. Rotorul sau este folosit simultan ca un depozit de energie(masa inerta). O volanta aditionala nu este, prin urmare necesara. Spre deosebire de o masina alimentata permanent, o masina cu reticenta nu induce tensiune in modulul de depozitare, aceasta este la viteze mari de rotatie(rpm). Prin urmare nu este nici o pierde din interior, masina electrica lucreaza aproape fara nici o pierdere in operatia de inmagazinare. Structura rotorului, care este facuta din straturi subtiri, este ideala din punct de vedere electromagnetic si in plus permite un nivel ridicate de energie masica, care este optimizata de aranjamentul dintilor in jurul circumferintei. In caz de deteriorare, spre deosebire de volatele din otel turnat sau plastic ranfortat cu fibra de carbon, structura permite un comportament bun la esec. Statorul, care sta pe exterior, contribuie cu zona sa mototolita in plus la siguranta carcasei. Datorita rotatie contrare a rotorului, magazia nu are moment de rotatie liber. De asemenea, sunt compensate si momentele motorului aparute in timpul functionarii. Asa cum cuzinetii sunt singurele componente supuse la uzura, durata de

[1] Kleimer, A.: Optimal Betriebsfuhrung von Hybrid-fahrezeugen. Lehrstuhl fur elektrische Antriebssysteme der TU Munchen, Disszrtation, 2004

[2] Naunin,u. D.: Hybrid-,Batterie-und Brennstoff-zellenelektrofahrzeung, Beitrage Kohler, U.: Batterien fur Elektro-und Hybridfahrzeugen. Renningen: Expert Publisher, 4th. Edition 2007.

[3] Kohler, U.; Kumpers, J. NBT GmbH, Hannover; Meissner, E. VB Autobatterie GmbH, Hannover: Varta speciel report ,,Hochleistungsbatterien fur neue Fahrezeuganwendungen".

[4] Internal calculations, Compact Dynalics, Starnberg, 2007.

[5] Kreilinger, K.: Eigenschaften weichmagnetischer Werkstoffe. Compact Dynamics/FH Munchen, Dissertation, 2007.