Молекулярные
накопители энергии

Молекулярные накопители энергии




МНЭ относятся к классу симметричных двойнослойных “суперконденсаторов” биполярной конструкции в герметичном корпусе на основе активированных углей, в связанном водном щелочном электролите. Емкость МНЭ обеспечивается использованием двойного электрического слоя на межфазной поверхности электрод-электролит. Данная система обладает достаточно высокими энергетическими и мощностными характеристиками для эффективного применения в качестве быстро заряжаемого источника тока с рабочим напряжением заряда до 500 В и практически неограниченным количеством циклов «заряд-разряд».



Номенклатура МНЭ включает более 30 моделей изделий со следующими диапазонами параметров и типовыми эксплуатационными характеристиками:


•  электрическая емкость Ф 0,1—500
•  напряжение заряда В 12—350
•  энергия кДж 5—150
•  ток разряда кА 0,5—5000
•  мощность импульсного разряда кВт до 50
•  удельная энергия кДж/дм3 1—5
•  температурный диапазон от – 45°С до +60°С
•  срок службы ~ до 15

МНЭ устойчивы к воздействию токов короткого замыкания, перенапряжений и переполюсовок. МНЭ имеют малое время заряда, неограниченное количество циклов «заряд – импульсный разряд». МНЭ пожаро-взрывобезопасен, не содержит токсичных веществ, пространственное положение в эксплуатации – произвольное. Допускается как последовательное, так и параллельное соединение МНЭ в батарею из МНЭ. Корпус МНЭ имеет форму цилиндра диаметром 226 или 230 мм и высотой в соответствии с табличными значениями. Корпус выполнен из коррозионностойкого металла, герметичен, обладает высокой вибро и ударопрочностью (по группе 1.10 ГОСТ В 20-39.301). Токовыводы “плюс” и “минус” изолированы от корпуса, подключение к токоведущим проводам болтовое. МНЭ является неремонтируемым и неразборным изделием. МНЭ комплектуется съёмным приспособлением для крепления. МНЭ не требуют обслуживания при эксплуатации.


Серийно производятся модельные ряды МНЭ:


Для использования в системах пуска двигателей внутреннего сгорания мощностью до 1500 л.с. автотракторной, бронетанковой техники, маневровых и магистральных тепловозов, дизель-электростанций, а также для стабилизации бортового напряжения и в источниках (блоках) гарантированного (бесперебойного, аварийного) питания применяются низковольтные МНЭ с напряжением заряда:


• 12 В — ёмкостью 90, 120, 145, 240, 270, 320, 360, 660 Ф;
• 24 В — ёмкостью 12, 20, 55, 70, 100, 120, 140, 160, 180, 210 Ф;
• 64 В — ёмкостью 25 Ф;
• 96 В — ёмкостью 9 Ф;

Для питания электропривода выключателей, в системах бесперебойного питания, для разгона и рекуперации энергии торможения электротранспортных средств, в составе установок большой энергии и мощности (МДж/МВт) применяются высоковольтные МНЭ с напряжением заряда 110, 120, 150, 160, 175, 200, 250, 300, 325, 350, 420 вольт и энергозапасом от 10 до 110 кДж.

Применение молекулярных накопителей




Некоторые примеры применения серийно выпускаемых МНЭ для автономных мобильных систем с номинальным напряжением 12, 24, 28, 64, 75, 300, 350 и 420 вольт представлены в таблице ниже. Характеристики данной группы МНЭ, при номинальном напряжении заряда, находятся в пределах:


• энергия 30—95 кДж;
• удельная энергия 0.8—2.2 Дж/г (1.7—5 Дж/см3);
• удельная пиковая мощность при разряде на согласованную нагрузку 0,85—2,4 Вт/г (1,7—5,4Вт/см3).

Низковольтные МНЭ



Бортовые системы пуска дизелей

Бортовые системы пуска дизелей тяжелых грузовых автомобилей включают МНЭ и комплект аккумуляторных батарей (АБ), образующие единый энергоблок для пуска (1—3 с) и прокрутки (10—15 с) двигателей при температурах до минус 50°С. МНЭ обеспечивает пиковую мощность на стартере, необходимую для раскручивания вала двигателя до пусковых оборотов, особенно при низких температурах и недостаточной степени заряженности АБ. Энергоблоки имеют два схемных решения: по простой схеме имеет место «буферное» подключение с помощью допол-нительного выключателя массы МНЭ к АБ на период пуска и движения автомобиля; во втором случае осуществляется автоматическое подключение МНЭ к АБ перед пуском и автоматическое отключение МНЭ от бортовой сети после пуска двигателя. «Отключаемый» вариант позволяет использовать МНЭ со значительно (1,75—2,0 раза) большими энергией и мощностью в тех же габаритах.

Передвижное пусковое устройство

Передвижное пусковое устройство ППУ-1 осуществляет внешний запуск всех видов автотранспортных средств в гаражных и полевых условиях. ППУ содержит два МНЭ по 700 Ф / 12 В каждый, которые автоматически соединяются параллельно или последовательно в зависимости от бортового напряжения автомобиля. При первом использовании МНЭ заряжаются от бортовых АБ через токоограничивающий резистор и далее осуществляют пуск при повороте ключа зажигания. После пуска производится дозаряд МНЭ от бортового генератора автомобиля, и ППУ может быть использован для пусков других автомобилей. Отсутствие АБ в составе ППУ позволяет его эксплуатационные издержки снизить до минимума, а пуски большого количества автомобилей в гаражных парках производить практически без перерывов.

Автономные энергоагрегаты

Автономные энергоагрегаты серии АЭ-1 предназначены для проведения полного цикла обслуживания всех видов бронетехники, как с дизельными, так и газотурбинными маршевыми двигателями. Состав АЭ: бензо- или дизель-генераторная установка мощностью 3 или 6 кВт, которая обеспечивает заряд комплекта МНЭ, а также питание системы управления и подачу напряжения на борт объекта; блок управления зарядом и коммутации МНЭ при прокрутках и пусках двигателя. Комплект МНЭ состоит из 2, 3, 4 или 6 шт. МНЭ емкостью 180, 240 Ф и рабочим напряжением 28 В. В процессе пуска авто-матически осуществляется последовательно-параллель¬ная коммутация МНЭ на напряжения 12, 24 или 48В в соответствии со штатными алгоритмами пуска объектов. В процессе пуска комплект МНЭ развивает мощность до 60 кВт, обеспечивает токи до 1000—2500 А в течение цикла прокрутки (до 10—15 с) или двухступенчатой раскрутки турбины в течение 15—30 с. АЭ полностью автономны, при непрерывной работе требуют только дозаправки топливного бака ГУ, что значительно повышает производительность и эффективность обслуживания бронетехники в парках и полевых условиях. Агрегаты модели АЭ-1-6-С1 дополнительно обеспечивают проведение проверочных работ при техническом обслуживании систем управления огнем и комплексов управляемого вооружения образцов БТВТ, в том числе без установки АБ на проверяемые образцы.

Мобильное рентгеновское медицинское

Мобильное рентгеновское медицинское содержит в своем составе импульсные высоковольтные источники питания, кратковременная мощность которых достигает 15—50 кВт в течение 0,05—6 с. При использовании МНЭ в составе источника питания к рентгеновскому оборудованию достаточно подвести обычную электросеть мощностью 1—3 кВ / 220 В. Всю импульсную мощность обеспечивает МНЭ, что позволяет оснащать рентгеновскими аппаратами удаленные поликлиники и устанавливать их на специальном медицинском транспорте.

Конденсаторная система пуска

Конденсаторная система пуска (КСП) дизелей тепловозов имеет два исполнения КСП-75 и КСП-110 в соответствии с напряжением цепей управления тепловозов 75 В и 110 В. КСП автоматически подключаются к штатным системам пуска с аккумуляторными батареями (номинальное напряжение 64 В и 96 В). Заряд МНЭ осуществляется при открытии тиристора от АБ через токоограничивающий резистор. При пуске на стартер разряжается комбинированный источник тока «МНЭ+АБ». Основную токовую нагрузку до 2000 А в начальный период раскрутки длительностью до 1,5—3,0 с обеспечивает МНЭ, что повышает надежность пуска, увеличивает ресурс АБ, улучшает условия эксплуатации и обслуживания тепловозов особенно при изношенных АБ и пониженных температурах окружающей среды. Значительно сокращаются периоды работы дизеля на холостом ходу, что приводит к существенной экономии топлива.

Высоковольтные МНЭ




Высоковольтные МНЭ включают ряд моделей изделий с напряжением заряда до 500 В и подразделяются на две группы:

МНЭ-«И»

с индексом «И» - допускают длительное циклирование в режимах “заряд-разряд”.

Типовые условия разряда:


• длительность импульса в пределах 0,1-10 с,
• глубина разряда в пределах 30-70% от напряжения заряда,
• скважность не менее 10.

МНЭ-«Б»

с индексом «Б» - допускают длительное нахождение при рабочем напряжении заряда в постоянной готовности к разряду.

Используются в качестве источников тока, в составе систем электроснабжения (СЭС) для:


• питания электроприводов высоковольтных выключателей подстанций в аварийных ситуациях,
• обеспечения бесперебойного питания ответственных потребителей при кратковременных сбоях или переключениях в СЭС,
• в составе источников тока медицинской рентгеновской аппаратуры,
• питания электроприводов, обеспечивающих быстрый разгон и торможение механизмов и транспортных средств,
• рекуперации энергии торможения.