Investigation of energy processes in circuits of oscillatory charge of supercapacitors
Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування.
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Investigation of energy processes in circuits of oscillatory charge of supercapacitors
Исследование энергетических процессов в цепях колебательного заряда суперконденсаторов Дослідження енергетичних процесів в колах коливального заряду суперконденсаторів |
|
| Creator |
Biletskyi, O. O.
Kotovskyi, V. I. |
|
| Description |
Introduction. At this stage of the continuous development of combined power supply systems there is a problem of improving the methods and electrical devices aimed at the accumulation of energy and its dynamic transmission to consumers. In modern modes of operation of electric vehicles (EV), energy storage devices must withstand millions of cycles of charge / discharge without degradation of electrical characteristics. Supercapacitors (SP) can process at least one million cycles and can be used in combined power supply systems of the EV and various electrical and electromechanical objects that are stochastically in need of high pulse power. Problem statement . In combined power supplies from the SC and accumulator battery (AB) combine high performance with the specific power of the SC with high energy specific AB, which can easily provide high power at the beginning of the movement of the EV or at a sharp change in the speed of movement, while providing the required energy storage with AB in long motion. Using combined systems with SC and AB can significantly increase the life of AB and work with low losses in circuits oscillatory charge SC. The purpose of this work is to develop the theory of energy processes in the circle of the oscillatory charge SC from AB, which is based on the consideration of the dependence of the capacity of the SC on the voltage on their terminals and the purposeful change of the initial voltages of their charge, which improves the energy efficiency of the combined power supply systems. Results. In this work, a study of the energy characteristics in the circuits of the oscillatory charge of supercapacitors from a storage battery, which is considered as a real source of electromotive force (EMF), has been carried out. A comparison of the power characteristics of circuits of oscillatory charge SC with different values of the quality factor of the charging circuit is carried out. The approximated solution of the nonlinear nonuniform differential equation of the second order for an oscillatory process of charge SC from AB, in which the capacitance is a linear function of the voltage at its terminals is obtained, which makes it possible to determine the dependence of energy losses in charge circles on the parameters of their elements. Conclusions. The conditions for increasing the energy transfer coefficient from AB to SC in the circuits of the oscillatory charge are analyzed. The features of the influence of the initial voltages, capacities and Q-factor of the charging circuit on the energy transfer coefficient from AB to SC are determined. The regularities of increasing the energy transfer coefficient and reducing the power losses in the circuits of the oscillatory charge from the SC from AB with the increase of the effective Q-factor of the charge circuit and the initial voltages on the terminals of such a SC are established.
В работе проведено исследование энергетических характеристик в цепях колебательного заряда суперконденсаторов от аккумуляторной батареи, которая рассматривается как реальный источник ЭДС. Проведено сравнение энергетических характеристик цепей колебательного заряда суперконденсатора (СК) при различных значениях добротности зарядного контура. Получены аппроксимированые решения нелинейного неоднородного дифференциального уравнения второго порядка для колебательного процесса заряда СК от аккумуляторной батареи (АБ), у которого емкость является линейной функцией от напряжения на его клеммах, что дает возможность определять зависимости энергетических потерь в цепях заряда от параметров их элементов. Проанализированы условия увеличения коэффициента передачи энергии от АБ в СК в цепях колебательного заряда. Определены особенности влияния начальных напряжений, емкостей и добротностей зарядного контура на коэффициент передачи энергии от АБ в СК. 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. |
|
| Publisher |
National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
|
|
| Date |
2019-03-30
|
|
| Type |
info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
|
| Format |
application/pdf
|
|
| Identifier |
//radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/1550
|
|
| Source |
Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia; No 76 (2019); 5-14
Вестник НТУУ "КПИ". Серия Радиотехника, Радиоаппаратостроение; № 76 (2019); 5-14 Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування; № 76 (2019); 5-14 2310-0389 2310-0397 |
|
| Language |
eng
|
|
| Relation |
//radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/1550/1405
|
|
| Rights |
Авторське право (c) 2019 Олег Олександрович Білецький, Віталій Йосипович Котовський
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
|