Politechnika Warszawska Wydział
SiMR
Prezentacja z Przedmiotu Fizyka III pt:
,,Zastosowanie akumulatorów (wtórnych z
ródeł energii) w napędach
pojazdów hybrydowych HEV oraz EV 
Wykonał
Adrian Chmielewski
Nr albumu:222108
k k d i ki /
Wstęp rys historyczny
A wszystko się zaczęło...
od zainteresowań ...
Profesor Ferdinand Porsche
A
ac. Hybrida  złączony,
skrzyżowany. W odniesieniu
"
Full Hybrid
do samochodu to napęd
(Toyota Prius)
"
Micro
wieloz
ródłowy
"
Mild
"
"
Electric Plug in Hybrid
Vehicle Chevrolet Volt
1835
1900 1973 1997 2010
1960 70
EV
Paryż Kryzys Chevrolet Volt (możliwości
Wzrost liczby
Porsche Elektromobil naftowy konfiguracji jego napędu
samochodów
hybrydowego ( P HEV oraz
osobowych o
S HEV)
przeszło 100%
Wstęp rys historyczny
1790(1800) Prof. Alessandro
Volta budowa pierwszego
1859  Gaston Plant�, akumulator ołowiowy Pb|
ogniwa elektrochemicznego
H2SO4|PbO2
1835 Prof. Sibrandus Stratingh z
Holandii zaprojektował pierwszy
samochód elektryczny
1899  Waldemar Junger, akumulator Ni/Cd:
Ni, NiO(OH)|NaOH|Cd(OH)2, Cd
1881 pierwszy elektryczny
1904  Thomas Alva Edison,
wózek inwalidzki
akumulator Fe/Ni: Fe|KOH|Ni(OH)3
1887 William Morris na paradzie
1988  Akumulator wanadowy, V(V)+V(II) V(III)+V (IV) Australia
w Des Moines prezentuje pierwszy
(patent USA)
udany samochód elektryczny dla
1990  Akumulator NiMH, komercjalizacja Sanyo Electric, LaNi5
12 pasażerów
1991  Akumulator Li jon, komercjalizacja Sony, interkalacja Li w
1894 Morris i Salom pierwsza
tlenki metali przejściowych
seria taksówek elektrycznych
1997  Akumulator organiczny (polifenylotiofen)
1999  Akumulator Lit polimer, komercjalizacja Valence
Technology
Diagram Sankey a
�  współczynnik rozdziału mocy,
m.in.: akumulatory
Nz
 moc z
ródła
elektrochemiczne
pierwotnego [kW],
Nak moc z
ródła wtórnego [kW],
Nrek moc
rekuperacji, która jest odpowiednio sumą Na mocy
bezwładności pojazdu i mocy Nw  moc oporu
wzniesienia,
�n sprawność zespołu napędowego,
� ład/ak  sprawność
ładowania wtórnego z
ródła energii, zasilanego ze z
ródła
pierwotnego,
�ład/rek sprawność ładowania z
ródła energii podczas
rekuperacji,
�wył  sprawność wyładowania wtórnego z
ródła energii,
Przepływ energii w hybrydowym układzie napędowym pojazdu (diagram Sankey a) [13]
Zależność Peukuert a Modelowanie dynamiczne
Matlab Simulink
Typowa zależność mocy wyjściowej
wtórnego z
ródła energii od czasu trwania
obciążenia układu napędowego pojazdu
Ogniwo NiMH
Rys.1 Schemat budowy ogniwa typu Ni MeH [1]
A
adowanie ogniwa NiMH ( podczas
elektrolizy Me nasycony wodorem)
Rys.2 Schemat konstrukcji pryzmatycznego ogniwa NiMH
[1]
Rozładowanie ogniwa NiMH (wodór uwalniany z
wytworzeniem jonów wodorowych (reakcje z
grupami OH  )
Ogniwo NiMH charakterystyki
Rys.3 Przebiegi rozładowania pryzmatycznego akumulatora
Rys.4 Przebieg zmian siły elektromotorycznej akumulatora NiMH w
wodorkowego przy różnych obciążeniach [3]
zależności od stopnia naładowania State of Charge (SOC) [3]
Rys.6 Trwałość akumulatorów w zależności od głębokości rozładowania [7]
Ogniwo Li jon
Interkalacja polega na wnikaniu jonów litu Li+ w
warstwy siarczku tytanu TiS2 kompensując powstałą
podczas pracy ogniwa zmianę ładunku w materiale
Reakcja zachodząca w ogniwie litowym: katodowym(tkz. matrycy) spadek wartościowości
metalu.
Ogniwo Li jon charakterystyki
Ogniwo Litowo polimerowe
Rys.4 Schemat ultracienkiego ogniwa litowego odwracalnego ze stałym Rys.6 Polimer stosowany jako elektrolit stały w
elektrolitem polimerowym [1] ogniwach litowo jonowych w których rolę [1]
nośnika ładunku pełnią ruchliwe jony litowe
Bardzo cienkie, giętkie oraz płaskie ogniwa
Wysoki reżim ładowania (ładowanie przy stałym
prądzie) skomplikowana elektronika
Wysoka gęstość mocy
Ciekawostka cykl prosty konfiguracja pracy układu Plug in Hybrid
Układ szeregowy (Series Hybrid Vehicle)
"
Przyspieszanie
"
Ruch ustalony
"
Hamowanie rekuperacyjne
Przykład obliczeniowy
Przykład obliczeniowy:
a)dla ogniwa NiMH o znanej liczbie elektronów reakcji np: 2,liczby moli reagenta n=1 i
różnicy potencjałów E=1,35 V obliczyć użyteczną energię elektryczną W oraz stałą
Faradaya F.
b) wiedząc, że ogniwo NiMH składa się z 90 połączonych szeregowo celi o E=2,12 V każda
obliczyć napięcie całkowite akumulatora (na zaciskach). Zakładając, że akumulator ma
pojemność Qn =90 Ah obliczyć pojemność energetyczną całego ogniwa. Jaki czas musi
upłynąć by akumulator NiMH był całkowicie rozładowany wiedząc, że jest on obciążany
prądem I=10A.
Dla połączenia szeregowego U z
Przykład obliczeniowy cd.
Możemy zapisać:
10 A jest to prąd pobierany z akumulatora w ciągu 1 s (ładunek 10 C w czasie 1 s).
90Ah 90 A w ciągu godziny akumulator całkowicie rozładowany
c) Dla HEV oraz EV zakładając pracę ogniwa w zakresie liniowym dla SOC= 0,9 obliczyć
pojemność użyteczną akumulatora NiMH. Jakim prądem należałoby obciążyć akumulator aby
jego wyładowanie nastąpiło po 15 minutach (SOCmin=0,2).Ilu kilowatogodzinom (kWh) by to
wyładowanie odpowiadało?
Wiedząc, że:
Podsumowanie
1.Niezawodność baterii musi być określona dla danych przedziałów temperaturowych (bo
wraz ze spadkiem/wzrostem temperatury spadają własności pojemnościowe baterii
szybciej się wyładowuje, trzeba tutaj powiedzieć, że należy pamiętać o zależności Peukerta,
czyli:
mówiąc o wyładowaniu trzeba odnieść pojemność akumulatora do chwilowego prądu,
czasu w którym to wyładowanie następuje oraz temperatury otoczenia przy, której
wyładowanie zachodzi.
2.Do problemów związanych z użytkowaniem napędów HEV oraz EV zaliczamy:
brak 100% recyklingu akumulatorów (zanieczyszczenia dla środowiska)

Przebudowa Polskiej sieci energetycznej (stacje szybkiego ładowania) lokalne spadki
napięć,

Obecnie produkowane akumulatory do napędów hybrydowych są drogie, wynika to z faktu
braku ich masowej produkcji , aby to jednak nastąpiło (cena znacząco spadła przy wysokich
kosztach produkcji) musi nastąpić znaczący wzrost popytu na samochody hybrydowe oraz
elektryczne. Takim impulsem do zmiany świadomości kierowców mogą być wysokie ceny
paliw kopalnych oraz trwający obecnie kryzys ekonomiczny.
Bibliografia:
1. A.Czerwiński ,,Akumulatory baterie ogniwa  wyd. WKA
W WA 2005
2. Iqbal Husain ,,Electric and Hybrid Vehicles  Design Fundamentals  , CRC Press LCC 2003,New
York Washington,
3. Antoni Szumanowski ,,Hybrid Electric Vehicle Drives Design  , wyd. NRI Warsaw Radom 2006,
4. Karl Ludvigse, Fragmenty książki ,,Genesis of Genius  , Cambridge 2009,
5. Mehrdad Ehsani ,,Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles, Fundamentals,
Theory, and Design   ,Texas A&M University, Texas 2005
6. Francesco Monti ,,Hybrid and electric vehicles  , Politecnico di Torino, 2010
7. Chris Mi ,,Hybrid Electric Vehicles lecture  University of Michigan,
8. James Gover ,,A tutorial on Hybrid Electric Vehicles: EV, HEV, PHEV and FCEV  (Presentation)
9. John M.Miller ,,Hybrid Electric Vehicle  , Taylor & Francis Group, LLC 2005,
10. Jerzy Merkisz i inni ,, Alternatywne napędy pojazdów  wydawnictwo Politechniki
Poznańskiej, Poznań 2006
11. Grażyna Jastrzębska ,,Odnawialne z
ródła energii i pojazdy proekologiczne  , wyd. WNT
Warszawa 2009,
12. Informator techniczny Bosch ,,Napędy hybrydowe, ogniwa paliwowe i paliwa alternatywne  ,
wyd.WKA
Warszawa 2010,
13. Antoni Szumanowski ,,Akumulacja energii w pojazdach   ,wyd. WKA
Warszawa, 1984,
Politechnika Warszawska Wydział
SiMR
Prezentacja z Przedmiotu Fizyka III pt:
,,Zastosowanie akumulatorów (wtórnych z
ródeł energii) w napędach
pojazdów hybrydowych HEV oraz EV 
Wykonał
Adrian Chmielewski
Nr albumu:222108