Новый модуль компании ЭЛТОН, предназначенный для работы в составе электропривода транспорта

1. Новый модуль компании ЭЛТОН, предназначенный для работы в составе электропривода транспорта А.И. Варакин, И.Н. Варакин, А.Б. Степанов, В.В. Самитин В.В. ЗАО «ЭЛТОН», Москва, Россия E-mail: A.Varakin@esma-cap.com

2. Компания ЭЛТОН • Доклад посвящен электрохимическим конденсаторам ЭЛТОН с более известным на рынке брендом «ЭСМА» • Конденсаторы ЭЛТОН прошли большой объем эксплуатационных испытаний в США и России, где уже более 12 лет применяются на грузовом и пассажирском транспорте для запуска двигателей, на опытных образцах пассажирского и грузового транспорта с гибридными силовыми установками • С 2008 года начато серийное производство электрохимических конденсаторов ЭЛТОН в России • В 2009 году компания SAFT, приобрела лицензию на производство и продажу конденсаторов ЭЛТОН в странах NAFT и в феврале 2010 года открыла серийное производство конденсаторов в филиале SAFT в США (г. Вальдоста, Джорджия) • В 2011 году ЭЛТОН совместно с российской компанией «Трансмашхолдинг» участвует в проектах по созданию нового маневрового тепловоза с гибридной силовой установкой и вагонов метро с накопителями, предназначенными для рекуперации энергии торможения • ЭЛТОН представляет одну из своих новых разработок – конденсаторный модуль, предназначенный для работы в составе электропривода транспорта с рабочим напряжением 90 В

3. Особенности электрохимических конденсаторов ЭЛТОН (ЭКЭ) • В ЭКЭ поляризуемый электрод выполнен из активированного углеродного материала, неполяризуемый (фарадеевский) содержит в качестве активного материала гидроксид никеля, электролитом служит водный раствор щелочи • В ЭКЭ наряду с электростатической энергией используется энергия электрохимических процессов • Удельные характеристики ЭКЭ близки к характеристикам конденсаторов, в которых применяется органический электролит • ЭКЭ обладают рядом преимуществ: - в отличие от конденсаторов с органическим электролитом внутреннее сопротивления ЭКЭ при эксплуатации остается практически постоянным; - системы ЭКЭ не требуют внешних устройств выравнивания конденсаторов по напряжению (во время работы происходит самобалансировка элементов); - водный электролит обеспечивает более высокую безопасность и устойчивость к значительным перегрузкам по напряжению и перезаряду • Накопитель на основе ЭКЭ представляется наиболее предпочтительным для применения в составе электропривода транспорта • Накопленный опыт эксплуатации конденсаторных модулей на автобусах с гибридным приводом позволил ЭЛТОН провести разработку и представить новую серию конденсаторных модулей с напряжением 90 В, отвечающих всем нормам безопасности, оснащенных автономной системой охлаждения и диагностики

4. Модуль 60ЭК406 Параметры конденсаторного элемента ЭК406

5. Основные характеристики модуля60ЭК406

6. Описание конструкции модуля • Корпус модуля выполнен из пожароустойчивого стеклопластика, при этом обеспечивалась максимальная защищенность металлических частей терминалов от случайного прикосновения обслуживающего персонала • Конструкция модуля обеспечивает две ступени изоляции высоковольтных цепей от корпуса транспортного средства. Изоляция корпуса модуля и устройства диагностики выдерживает без пробоя напряжение 4 кВ. Предусмотрена гальванически развязка устройства диагностики от силовой цепи • Конденсаторы в модуле расположены в четыре ряда по 15 элементов. Между стенками сжатых в ряду элементов размещены алюминиевые теплоотводящие пластины-радиаторы • Устройство температурного контроля управляет вентилятором и определяет наиболее нагретый конденсатор. Температурные датчики в модуле расположены на электрических межэлементных перемычках • Модуль оборудован кронштейнами для крепления на транспортном средстве и съемными ручками для транспортировки Пластины-радиаторы

7. Зависимость расхода охлаждающего воздуха от мощности вентилятора • Модуль оснащен воздушным вентилятором (24 В) немецкой компании Еbmpapst с гарантированным сроком службы 36 тыс. часов.

8. Разрядная энергия и КПД модуля 60ЭК406 в цикле заряд-разряд в зависимости от тока КПД в цикле заряд-разряд:η = Ed/Ec, Ed – энергия разряда, Ec– энергия заряда

9. Эффективное (полное) сопротивление модуля 60ЭК406 в зависимости от тока Ref= (Ec – Ed )/I2t, t – длительность цикла, I – ток разряда-заряда RESR Внутреннее сопротивление конденсатора (эффективное внутреннее сопротивление)складывается из омического, и поляризационного, учитывающего кинетические возможности электродов:Ref = RESR + Rpol(I,t) Величина Rpol(I,t) падает с ростом тока (Ref стремиться к RESR ).

10. Тепловая мощность для модуля 60ЭК406 в зависимости от тока PQ = (Ec – Ed)/t

11. Разогрев различных конденсаторов в модуле60ЭК406, расположенных вдольпотока охлаждающего воздуха Направлениепотока охлаждающего воздуха Ток заряда разряда –150 А,мощность вентилятора – 120 Вт, расход охлаждающего воздуха –100 л/с. Температура конденсаторов измерялась с помощью термопары расположенной внутри конденсатора непосредственно в электролите

12. Стационарный разогревмодуля 60ЭК406 в зависимости от тока Модуль 60ЭК406 эффективно работает при постоянной мощности до 10 кВт (ток заряда-разряда 150 А), при этом мощность вентилятора не превышает 1,2 % от мощности разряда-разряда, максимальный разогрев конденсаторов составляет 21С, разность между максимальным и минимальным разогревом не превышает 5С

13. НРЦ конденсаторов в модуле после испытаний в течение 5 тыс. циклов • Максимальный разброс НРЦ конденсаторов не превышает 3 %. Во время работы происходит самобалансировка элементов по напряжению за счет протекания электрохимических процессов с участием водного электролита • Модули не требуют внешней (активной либо пассивной) системы выравнивания элементов по напряжению Направлениепотока охлаждающего воздуха

14. Преимущества новой конструкции модуля типа 60ЭК400 • Пластмассовый, пожароустойчивый корпус модуля • Защищенность металлических частей терминалов от случайного прикосновения обслуживающего персонала • Наличие системы диагностики • Автономная система охлаждения модуля позволяет ему эффективно работать при постоянной мощности до 10 кВт, при этом мощность вентилятора не превышает 120 Вт, максимальный разогрев конденсаторов – 21С, перепад температур внутри модуля не превышает 5С • Модуль оснащен вентилятором с гарантированным сроком службы 36 тыс. ч • Модуль не требуют внешней системы выравнивания элементов по напряжению • Модуль оборудован кронштейнами для крепления на транспортном средстве и съемными ручками для транспортировки Модули модели 60ЭК406 рассматриваются как фрагмент полной конденсаторной системы, предназначенной для работы в составе привода гибридного транспорта и электротранспорта, а также в других применениях, где требуется непрерывное циклирование при сравнительно высоких мощностях

15. Конденсаторный накопитель энергии для привода городского гибридного автобуса (18 т), троллейбуса и трамвая

16. Конденсаторный накопитель энергии для гибридного привода маневрового локомотиваНакопитель разработан в рамках проекта, осуществляемого совместно с российской компанией «Трансмашхолдинг» Масса тепловоза –120 т, электродвигатель – 1 МВт, дизель –300-500 кВт Накопитель состоит из 6 параллельных цепей по 10 последовательно соединенных модулей 60ЭК406

17. Бортовой конденсаторный накопитель энергии для электропоезда метроНакопитель разработан в рамках проекта, осуществляемого совместно с российской компанией «Трансмашхолдинг» Накопитель состоит из 4-х параллельных цепей по 10 последовательно соединенных модулей 60ЭК406, размещается в прицепном вагоне Три вагона с полной массой примерно по 50-60 т Моторный вагон Прицепной вагон Моторный вагон