Ограничивающими факторами в автомобильной электрификации сегодня являются скорость зарядки аккумулятора и эффективность преобразования энергии в полезную работу, такую ​​как запас хода электромобиля или управление температурой салона. Экстремальные температуры существенно отрицательно влияют на производительность автомобиля и долговечность аккумулятора.

Сбор энергии может помочь системам управления температурой аккумулятора (BTMS) регулировать температуру аккумулятора в экстремальных условиях окружающей среды для оптимизации производительности и запаса хода, увеличения скорости зарядки или управления температурой салона. Чтобы электромобили стали по-настоящему массовыми, они должны обеспечивать производительность, которую ожидают водители в любых условиях, включая экстремальную жару (100 °F и выше) и холод (20 °F и ниже).

Что такое сбор энергии в электромобилях?

Сбор энергии, часто называемый рекуперацией энергии в автомобильных приложениях, захватывает окружающую энергию и преобразует ее в электрическую энергию. Эта концепция применима ко всем доступным источникам окружающей энергии, включая солнечную, ветровую, вибрационную или тепловую радиацию. Она может питать сверхмаломощные микроконтроллеры для снижения потребности в малой нагрузке батареи или датчики MEMS, которые отслеживают элементы производительности транспортного средства.

Для более масштабной задачи электромобилей дополнительная восстановленная энергия увеличивает первичную энергетическую нагрузку автомобиля во время работы, повышая его эффективность и увеличивая запас хода. Другое преимущество возникает во время зарядки, когда восстановленная отработанная энергия от зарядки может согреть аккумулятор или подогреть салон во время экстремальных холодов.

Сбор этих трех видов энергии - солнечная энергия, тепловая энергия и электродинамическая энергия, может дополнить систему терморегулирования при экстремальных температурах, защитить аккумулятор и повысить его производительность.

Сбор солнечной энергии

В разгар зимы на севере США температура может опускаться ниже нуля градусов по Фаренгейту. Одним из самых значительных преимуществ двигателей внутреннего сгорания (ДВС) является то, что реакция сгорания создает бесконечный источник тепла для обогрева двигателя и салона. В электромобилях это тепло недоступно, поэтому инженеры использовали электрические нагреватели сопротивления для обогрева аккумулятора, который работает с максимальной эффективностью в диапазоне 25-35°C, и салона. Питание для этих нагревателей поступает непосредственно от аккумулятора.

Последние разработки были сосредоточены на автомобильных тепловых насосах, которые вырабатывают три единицы полезного тепла на каждую единицу потребляемой мощности через хладагент с температурой кипения ниже температуры окружающей среды. Солнце все еще светит зимой, поэтому добавление фотоэлектрических батарей к транспортному средству улавливает еще больше окружающей солнечной энергии. Исследователи продемонстрировали, что сбор солнечной энергии увеличивает запас хода почти на 23 процента. Кроме того, этот подход сократил потребление энергии из сети и время зарядки примерно на 10 процентов и увеличил срок службы батареи на тот же уровень. Кроме того, электромобили естественным образом подходят для сбора солнечной энергии, поскольку батарея обеспечивает хранение, необходимое для сглаживания прерывистости питания, присущей солнечной энергии.

Также, если интересно, можете прочитать статью о том, почему в настоящее время пока нет электромобилей, работающих полностью на солнечных батареях.

Сбор тепловой энергии

Несмотря на проблемы с терморегулированием электромобилей, экстремальные температуры создают возможность для высокой разницы температур для ускорения теплопередачи. В экстремально жаркую погоду термоэлектрический генератор преобразует разницу температур в электричество, дополняя мощность первичной батареи и снижая нагрузку.

Этот подход наиболее эффективен при высоких перепадах температур окружающей среды и аккумулятора/салона, но в абсолютном выражении он эффективен лишь на 5-10 процентов из-за низкого качества тепла приложения (100-150°F). Тем не менее, дополнительное тепло урезает пиковые потребляемые мощности при первом включении системы терморегулирования.

Сбор кинетической энергии

Хотя сбор солнечной и тепловой энергии достаточно надежен для повышения эффективности при экстремальных температурах, он все еще зависит от качества солнечного света и условий окружающей температуры (соответственно). Эта реальность дает возможность для сбора кинетической энергии, которая восстанавливает отработанную энергию из действий и характеристик, которые каждое транспортное средство принимает во время работы.

Примером сбора кинетической энергии является рекуперативное торможение, во время которого часть энергии тормозной силы возвращается в аккумулятор для дополнительной мощности через пьезоэлектрический материал. Как и разница температур при термическом сборе, существует прямая корреляция между движущим потенциалом (тормозной силой в данном случае) и эффективностью величины рекуперации энергии, доступной для снижения потребления первичной энергии аккумулятора. Однако эффективность этого процесса намного выше, чем у термоэлектрических генераторов, достигая до 70 процентов отработанной энергии от торможения.

Другие области применения сбора кинетической энергии включают амортизаторы и датчики вибрации, каждый из которых аналогичным образом фиксирует более высокие нагрузки по восстановлению энергии с увеличенной механической силой.

Заключение

Экстремальные температуры могут представлять значительные проблемы для автопроизводителей: от долговечности аккумулятора до сокращения дальности поездки и дискомфорта для пассажиров. Использование стратегий сбора солнечной, тепловой и кинетической энергии может генерировать важные вторичные источники энергии для компенсации высоких нагрузок при первом включении системы терморегулирования.

Датчики, описанные выше, позволяют использовать технологии электромобилей с экстремальными температурами, поскольку они преобразуют отходы источников энергии в полезную мощность на границах рабочего диапазона. Наконец, использование солнечной, тепловой и утилизации отходов энергии значительно улучшает профиль устойчивости транспортного средства.

10 просмотров