XXXI

I

OLIMPIAD

A

WIEDZY

TECHNICZNEJ

Za

w

o

dy

I

I

I

stopnia

Problem techniczny dla grupy mechaniczno-budowlanej

Do zasilania wspóªczesnych pojazdów elektrycznych (samochody, skutery) u»ywa si¦ aku-

mulatorów litowo-jonowych (litowo-polimerowych) charakteryzuj¡cych si¦ najlepszymi parame-

trami, np. stosunkiem pojemno±ci do masy dochodz¡cym do 150Wh/kg (akumulatory kwasowe

maj¡ do 40, Ni-Cd do 55 W h/kg).

Akumulatory litowe maj¡ ograniczenie na temperatur¦ pracy (rozªadowania) { jest to zakres

od 10



do 60



C. Poza tym zakresem pojemno±¢ akumulatora jest znacznie ni»sza od nomi-

nalnej. Istotnym jest tez fakt, »e w czasie rozªadowania (poboru energii) wydziela si¦ ciepªo

podnosz¡c tym samym temperatur¦ ogniw. Istnieje tak»e ograniczenie temperatury ogniw w

czasie ªadowania (od 0 do 40



C), przy czym ªadowanie (dla pewnych zakresów pr¡du ªadowa-

nia) jest procesem endotermicznym{ ciepªo jest pobierane z otoczenia, co powoduje nieznaczne

wychªodzenie ogniw.

Pojedyncze ogniwo litowo-jonowe (litowo-polimerowe) do zastosowa« motoryzacyjnych jest

pªytk¡ o wymiarach ok. 200



200mm i grubo±ci kilku mm(od 4 do 12). Dla uzyskania odpowied-

niej pojemno±ci i napi¦cia skªada si¦ takie pªytki w pakiety o grubo±ci kilkunastu centymetrów.

Pakiet taki jest wi¦c prostopadªo±cianem o wymiarach ok. 200



200



150 mm. Do zasilania

pojazdu konieczne jest zestawienie od kilku do kilkunastu takich pakietów, i to stosunkowo

ciasno w ograniczonej komorze (tzw.

b

attery

p

ack

). Z punktu widzenia procesów cieplnych po-

jawiaj¡ si¦ problemy z utrzymaniem temperatury akumulatora w dopuszczalnym zakresie {

odprowadzanie ciepªa (lub doprowadzanie) jest bardzo utrudnione. Przepªyw ciepªa w obr¦bie

pojedynczego pakietu tak»e jest maªo efektywny ze wzgl¦du na stosunkowo nisk¡ przewodno±¢

ciepln¡ i wzgl¦dnie du»e wymiary. Nale»y tak»e pami¦ta¢ o wydzielaniu si¦ ciepªa w obr¦bie

ogniw, co mo»e doprowadzi¢ do znacznego wzrostu temperatury wewn¡trz pakietu.

Partnerem Olimpiady jest rma Polkomtel S.A. operator sieci Plus GSM

1

Problem

: nale»y zaproponowa¢ ukªad stabilizacji temperatury pakietu akumulatorów litowo-

jonowych w poje¹dzie mechanicznym. Masa pakietu mo»e wynosi¢ od kilkudziesi¦ciu do stu

kilkudziesi¦ciu kg. Pojazd jest u»ywany regularnie, np. w cyklu dobowym: do 2 godz. jazdy

(rozªadowanie), i do kilkunastu godzin ªadowania. System powinien pozwala¢ na eksploatacj¦

pojazdu w ró»nych warunkach klimatycznych, przy temperaturach otoczenia od 30



C do

+40



C przy du»ym nasªonecznieniu { efektywna temperatura mo»e by¢ znacznie wy»sza ni»

40



C. Nale»y wzi¡¢ pod uwag¦ zapotrzebowanie na energi¦ projektowanego systemu, oraz fakt,

»e jedynym dost¦pnym ¹ródªem w czasie jazdy s¡ akumulatory (do ªadowania natomiast u»ywa

si¦ pr¡du z typowego gniazda sieciowego).

Autor:

M. Jaworski

Koreferent: J. Bzowski

2