ните

Иновационен център

Сдружение Р И Ц - Видин 2020

 

Автомобилни иновации и патенти:

3S self balancing vehicle system   Suspended flexible vehicles frames  Regenerative brakes  Smart Energy Grid  3S PV E-vehicle U-capacitors +batteries

2020 медицински иновации:

5G guard  Infection Therapy   О2 / O3 spaces  UV Guard  Eco-Incinerator  COVID-19 treatment  O2-sound chamber  3 synhro-vibrations therapy  

Иновативна зелена енергетика:

Gravity Power Plants  Water to power  Synergy Solar Systems  Synergy Wind Turbines  Boosted Solar Ozone forced cogeneration 2020 INNOVATION

  Синергия на електрохимични акумулатори и двустепенна суперкондензаторна батерия с бордни електро-генерации

След първата вълна COVID-19 в автоиндустрията се наложи реинженеринг. Той цели по-природосъобразни автомобили с по-ниска себестойност и с по-голяма сигурност на пътя. Най-скъпото в акумулаторните електрически превозни средства са самите акумулатори (около 40% от цената им), а техният експлоатационен живот е ограничен. За намаляване себестойността на акумулаторните коли все по-широко навлизат по-природосъобразни и по-евтини системи за съхранение на енергия, включително генерираната и от електро източници в самите коли, като рекуперативни амортисьори, бордни слънчеви генератори, спирачки с регенеративни функции и управление "с един педал", и др.. А това предопределя настъплението на електростатичните акумулатори (супер кондензатори), защото те съхраняват рекуперирана енергия с големи амплитуди, независимо от честота на пиковете, за разлика от конвенционалните литиево-йонни акумулатори. Затова суперкондензаторите са по-енергоефективни за рекуперация на пикова енергия, например в при по-рязко спиране и по-големи механични амплитуди на амортисьорите. Супер кондензатори (например графеновите) са със стотици хиляди цикли “заряд-разряд” и практически не са консуматив за акумулаторните коли като литиево-йонните. Суперкондензаторите бързо се зареждат с високоволтови заряди, включително и от каскадно свързани светоусилени фотоволтаици, и съхраняват натрупаната енергия значително по-пълноценно. Те акумулират високо мощни електрически заряди за краткосрочно изпразване, което е физически нереализуемо за ползваните сега акумулатори. Временно превключване на двойно по-високо напрежение (от 800 V номинално напрежение на 1 600 V) ускорява Porshe Taycan Turbo S за 2.8 s до 100 км/час. За такова значително, но краткотрайно, увеличение на напрежението е удобно да се ползват каскадни суперкондензатори.

Новоизобретената система (световна патентна новост 2020), която е част от проект за награда 10 000 000 евро на Европейския съюз, е предназначена за оптимизирано усвояване на електрогенерацията от двигателно-спирачните системи на транспортни средства (независимо дали превозните средства са самобалансиращи се или не) с електро-регенеративни амортисьори, с регенеративни спирачки и с каскадно свързани фотоволтаици, както е показаният вело-прототип на видeото:

Слънчево захранваните двуместни електрически коли ще виждаме все по-често по улиците на големите градове. В движение по неравен път най-значителна допълнителна електрогенерация идва от регенеративните амортисьори, а не от регенеративни спирачки. Но във всички случаи фотоволтаиците дават значителен принос за безплатно зареждане, защото те работят денем, както в движение, така и на паркинг, където денем стоят колите на работещите хора. Малките акумулатори на елколите, като преносима част от цялата акумулаторна система, може да се зареждат с нощно електричество от контакта у дома.

С увеличаването на собственото тегло на акумулаторните транспортни средства, подобряването на динамичните им качества и с удължаване на пробега им с едно зареждане значително се увеличават и флуктуациите на окачването им. Традиционните амортисьори преобразуват механичните колебания на окачването в отпадна топлина, което е 100% загуба на енергия, изразходвана от акумулаторите им. За малките и сравнително леки електромобили тези загуби не са значителни, но за средния клас коли вече са значими. Затова регенеративните амортисьори имат нарастващо значение за енергоикономичността на автомобилите с електрическа тяга. Компютърна симулация на електрорегенеративно управляемо независимо окачване, колело по колело, с дългоходови хоризонтални електрорегенеративни амортисьори е онагледена на долното видео:

Електро-регенеративните амортисьори преобразуват флуктуациите при движението на транспортните средства в електричество. Масово познатите амортисьори преобразуват флуктуациите, чрез триене, в отпадна топлина. Тя се разсейва чрез охлаждането им (непринудително или принудително). Амортисьорите са съществено необходими, защото значително подобряват управляемостта и устойчивостта на пътните превозни средства. Същевременно с това те омекотяват возенето. И затова всички съвременни пътни и железопътни превозни средства са с амортисьори, независимо дали са пътнически или товарни. При конвенционалните спирачни системи също се губи енергия под формата на отпадна топлина. Характерно за електрическите, електро-хибридните, хидравлично-хибридните и други акумулаторни транспортни средства е, че те са значително по-тежки от конвенционалните си събратя, само с двигатели с вътрешно горене. Регенеративните амортисьори и регенеративните спирачки са компактни и нетежки, но пестят енергия, която в противен случай ще се губи безвъзвратно. А това са силни енергоикономични и екологични предимства, особено в натоварения градски трафик.  Относително по-голямото тегло на автомобилите с електротяга, заради акумулаторите, медните им мотори и инвертори, несъмнено увеличава посочените регенерации, но и нежеланата им инерция. Затова е наложително активно да се противодейства на увеличената им инерция, която е основната причина за повечето катастрофи по пътищата с всички неблагоприятни последици за хората и икономиката.

На този етап няма икономически изгоден метод за рециклирането на акумулаторите от отровните редки метали. Затова и повечето от тези батерии попадат на сметищата или се трансформират в прости евтини уреди, като разходите за това са по-големи от ползите. Хибридните системи за съхранение на електроенергия сега, повече или по-малко, включват акумулатори от скъпи редкоземни метали, като литий например. Такъв и подобни метали в Европа няма, а в новата реалност, след първата вълна С-19, производството в Европа все по-малко ще зависи от внос, включително от китайски и азиатски. От друга страна скъпите редкоземни метали са силно отровни, а акумулаторите с тях не подлежат на бизнес подходящо рециклиране, дори и тяхното ликвидиране след амортизацията им е скъпо и проблемно. А те съставляват 40 % от продажната цена на автомобилите, а са консуматив. Затова ползването на тежките, но евтини и многократно рециклируеми тягови оловни акумулатори (нашата страна е богата на олово) е природосъобразно и нескъпо за най-малките персонални електропревозни средства. За оловните акумулатори е важна комбинацията с бързо зареждащите се суперкондензатори от регенеративните амортисьори и спирачки, както и от самите оловни акумулатори, както е показано на долното видео:

Синергичното взаимодейстие на електрохимични акумулатори и двустепенна суперкондензаторна батерия се изразява в тяхното допълване. Двустепенните (многостепенните) супер кондензатори осигуряват възможност за каскадно увеличение на ускорението на тяговите електромотори. Като същевременно гарантират оптимална рекуперация на енергията, гнерирана от флуктуаците. Това става под управлението на интелигентна компютърна система, която работи със сензорна електроника. Тя има възможност да се самообучава за подобряване на енергоикономичността й при бъдещи аналогични режими на работа. Резюме на автомобилен проект със синергично действащи акумулатори и суперкондензатори в самобалансиращи се автомобили с високо ефективни регенеративни амортисьори, с регенеративни спирачи и със светоусилени фотоволтаици може да изтеглите от тук !

Характерно за синергията на новоизобретената система е, че много от слабите страни на акумулаторите
напълно се компенсират от силните страни на каскадно структурираната суперкондензаторна батерия. Каскадната супер кондензаторна структура позволява много по-ефективно поемане и съхранение на енергията от регенерациите и каскадните фотоволтаици за много по-бързо отдаване на тяговите електромотори, което значително подобрява динамичните показатели на автомобилите.

Ефективната работа на новоизобретената система я прави подходяща за съхранение на енергия от пиковите генерации от ветротурбини, излишъците от слънчево електричество и нощното елпроизводство от гравитационно-хидрокинетични ВЕЦ. С нея се структурират двупосочно действащи акумулаторни буфери в интелигентни енергийни мрежи.

По-долу са сравнени по 5 основни параметри суперкондензаторите и литиево-йонните батерии:

Време за зареждане: Суперкондензаторите са много добри по този показател, като по-малките устройства могат да бъдат зареждани за секунди. При акумулаторите  става дума за десетки минути.

Живот: Акумулаторите обикновено предлагат между 500 и 1000 цикъла разреждане-зареждане, до като суперкондензаторите могат да достигнат до милион. Например в електромобилите акумулаторите  имат очакван живот между 5 и 10 години, докато кондензаторите могат да служат 15 и повече години.

Специфична енергия: Това е общото количество енергия, съхранявано в единица тегло. Това е най-голяма слабост на суперкондензаторите, които предлагат средно 10 Wh/kg, докато при батериите този показател достига 100-200. За сравнение при бензина той в 3700 Wh/kg (отчитайки 30-те на сто ефективност на двигателите с вътрешно горене). Що се отнася до енергията за единица обем супекондензаторите отново изостават, предлагайки 15 Wh/L. При акумулаторите този показател 1200 Wh/L.

Отдаване на заряда: Суперкондензаторите могат да се зареждат и разреждат почти мигновено - те могат да доставят мощности от порядъка на 10 000 W/kg. Аналогичният показател на литиево йонните акумулатори  е 2000-3000 W/kg.

Цена: Бидейки сравнително нова технология суперкондензаторите все още са по-скъпи, като струват около 20 долара на ват. Акумулаторите са много по-евтини, намирайки се в диапазона от 0,5 до 1 долар за единица мощност.

 

 Synergistic interaction of electrochemical accumulators and two-stages super / ultra capacitor battery

Following the COVID-19 pandemic, many existing industry will need a radical overhaul. There are enough reasons for this that we will not comment on here. But in the automotive industry, as in others, radical changes will be made. They will be aimed at more environmentally friendly cars with lower costs and greater road safety. The most expensive component of electric cars are their batteries. In addition, their lives are limited. To reduce the cost of hybrid and electric cars, more environmentally friendly and cheaper energy storage systems will inevitably and increasingly enter, including from regenerative sources in the cars themselves, such as recuperative shock absorbers, brakes, etc .. And this leads to increasing use of electrostatic batteries. They are many times more energy efficient for fast energy recovery, including cheaper super/ultra capacitors (such as graphene) with hundreds of thousands of charge-discharge cycles without reducing their capacity. Super capacitors can be charged very quickly with high-voltages charges and thus store the recovered energy much more fully, which is physically impossible for the batteries currently in use.
The newly invented system is a synergistic combination of traditional batteries and a cascading electrostatic battery. The system is installed on two-wheeled and multi-wheeled vehicles with electric traction. It is designed for optimized interaction of the engine-braking systems of vehicles with electro-regenerative dampers and electro-regenerative brakes. Electro-regenerative shock absorbers convert fluctuations in the movement of vehicles into electricity. Well-known shock absorbers convert fluctuations by friction into waste heat. It is dissipated by cooling them (non-forced or forced). Shock absorbers are essential because they significantly improve the handling and stability of road vehicles. At the same time, they soften the ride. And that's why dampers have all modern road and rail vehicles, whether passenger or freight.
Conventional braking systems also lose energy in the form of waste heat. Characteristic of electric, electro-hybrid, hydraulic-hybrid and other cordless vehicles is that they are significantly heavier than their conventional counterparts, but only with internal combustion engines. Therefore, both regenerative shock absorbers and regenerative brakes save energy, which will otherwise be lost forever. And this is a significant benefit in heavy city traffic.
The relatively heavier weight of electric cars inevitably necessitates counteracting their inevitably increased momentum, which is the main reason for most road accidents.
The synergistic interaction of electrochemical batteries and a two-stage super capacitor battery is rather complementary. The two-stage super capacitors provide the possibility for a cascading sharp increase in the acceleration of the traction electric motors. At the same time, they guarantee optimal recovery of the energy generated by the fluctuations. This is done under the control of an intelligent computer system that works with sensor electronics. It has the opportunity to self-study in order to improve its energy efficiency in future similar modes of operation. Our patent reference for the intelligent system with synergistically acting batteries and super capacitors in cars with highly efficient regenerative shock absorbers and brakes can be downloaded here!

Characteristic of the synergy of the newly invented system is that many of the weaknesses of the batteries are covered by the strengths of the cascaded structured supercapacitor battery. The cascade structure allows much more efficient absorption and storage of energy from regenerations and much faster delivery of traction electric motors, which significantly improves the dynamic performance of cars.
    The main parameters of super capacitors and lithium-ion batteries are compared below:
Charging time: Super capacitors are very good in this respect, as smaller devices can be charged in seconds. Batteries take tens of minutes.
Life: Batteries typically offer between 500 and 1000 discharge-charge cycles, up to super capacitors up to a million. For example, in electric vehicles, batteries have a life expectancy of between 5 and 10 years, while capacitors can last 15 years or more.
Specific energy: This is the total amount of energy stored per unit weight. This is the biggest weakness of ultra capacitors, which offer an average of 10 Wh / kg, while for batteries this figure reaches 100-200. For comparison with gasoline, it is 3700 Wh / kg (taking into account the 30 percent efficiency of internal combustion engines). In terms of energy per unit volume, super capacitors are again lagging behind, offering 15 Wh / L. For batteries, this figure is 1200 Wh / L.

 

See more patented innovation at video-portal of Balkan Innovation Center:  www.binnovationcenter.eu/video.html 

The site is under reconstruction ...

HOME

© 2020 Copyrights by George Tonchev

InventorTonchev@gmail.com  +359 876 403 727

http://www.free-counter-plus.com