UNIVERZITET U ISTOČNOM SARAJEVU
SAOBRAĆAJNI FAKULTET
DOBOJ
BATERIJE I SUPERKONDENZATORI ZA UPOTREBU U
DRUMSKIM VOZILIMA
MENTOR: STUDENT:
Prof Slobodan Lubura Maid Husić 322-II/22
Doboj, 2023. godine
SADRŽAJ
1. UVOD....................................................................................................................................... 1
2. OSNOVE BATERIJA ZA DRUMSKA VOZILA...................................................................2
2.1 Kapacitet........................................................................................................................ 2
2.2 Energija..........................................................................................................................2
2.3 Snaga.............................................................................................................................. 3
2.4 Prihvatanje punjenja.......................................................................................................3
2.5 Vijek trajanja i način kvara............................................................................................3
2.6 Termički problemi..........................................................................................................5
2.7 Troškovi.........................................................................................................................5
3. TIPOVI BATERIJA..................................................................................................................6
3.1 Olovno-kiselinski akumulator (baterija)........................................................................6
3.2 Litijum-polimerske baterije............................................................................................8
4. LITIJUM-JONSKE BATERIJE..............................................................................................10
5. SUPERKONDENZATORI.....................................................................................................17
6. ZAKLJUČAK......................................................................................................................... 20
7. LITERATURA........................................................................................................................21
1
1. UVOD
U današnjem dobu rastuće svijesti o zaštiti okoliša i potrebe za održivim oblicima transporta,
baterije i superkondenzatori su postali ključni elementi u razvoju naprednih sistema napajanja za
drumski saobraćaj. Tradicionalni fosilni gorivi pogoni sve više ustupaju mjesto električnim i
hibridnim vozilima koja se oslanjaju na napredne energetske skladišne sisteme kako bi omogućila
veći doseg, poboljšane performanse i smanjenu emisiju štetnih gasova.
Baterije, posebno litijum-jonske baterije, predstavljaju vodeću tehnologiju za skladištenje
električne energije u drumskim vozilima. One omogućavaju efikasno punjenje i pražnjenje
električne energije, pružajući vozilima potrebnu snagu za pokretanje motora i napajanje električnih
sistema. S druge strane, superkondenzatori su napredni elektrohemijski uređaji koji imaju visoku
brzinu punjenja i pražnjenja, što ih čini idealnim za brzo otpuštanje velike količine energije tokom
ubrzavanja i regenerativnog kočenja u drumskim vozilima.
Ovaj seminarski rad će istražiti osnove baterija i superkondenzatora za upotrebu u drumskim
vozilima. Proučit ćemo principe rada litijum-jonskih baterija i njihove karakteristike, kao i
potencijalne prednosti i izazove njihove primjene u električnim vozilima. Također ćemo se
upoznati sa osnovama superkondenzatora, njihovom strukturom i funkcionalnostima, te razmotriti
načine kako se mogu integrisati u energetske sisteme drumskih vozila.
Dalje, razmotrit ćemo ključne faktore koji utječu na performanse baterija i superkondenzatora, kao
što su kapacitet, energetska gustina, brzina punjenja i pražnjenja, životni vijek i sigurnost. Također
ćemo istražiti najnovija istraživanja i razvojne trendove u oblasti baterija i superkondenzatora za
drumski saobraćaj, uključujući napredne materijale, tehnike proizvodnje i optimizaciju
performansi.
2
2. OSNOVE BATERIJA ZA DRUMSKA VOZILA
Baterije u drumskim vozilima, kao i u drugim aplikacijama, skladište hemijsku energiju u obliku
reaktivnih vrsta proizvedenih tokom „punjenja” i dizajnirane su da ovu energiju oslobađaju kao
električnu energiju tokom „pražnjenja”. Kako bi se shvatilo u kojoj mjeri različiti kandidatski
sistemi baterija mogu ispuniti zahtjeve drumskih vozila, prvo je potrebno razumjeti kako baterije
rade.
Ključni kriteriji za baterije:
Kapacitet
Energija
Snaga
Prihvatanje punjenja
Vijek trajanja i način kvara
Termički problemi
Troškovi
2.1 Kapacitet
Kapacitet baterije se odnosi na količinu električne energije koju može isporučiti, u kulonima
(amper-sekundi, As) ili amper-satima (Ah), prije nego što se potpuno isprazni . Teorijski kapacitet
ćelije dat je izrazom:
Q
=
x nF
gdje je x broj molova reaktanta potrošenog u potpunom pražnjenju ćelije, n je broj elektrona
prenjetih po molekulu tokom reakcije i F je Faradejeva konstanta (96 485 kulona).
2.2 Energija
Količina energije pohranjene u bateriji je proizvod kapaciteta i napona pri kojem je kapacitet
obezbeđen, tj. Ah × V, i navodi se u vat-satima, Wh. Za rad u cestovnom vozilu, sposobnost
skladištenja energije treba biti osigurana uz minimalnu kaznu težine. U suštini, baterija treba da
ima visoku 'specifičnu energiju', odnosno visoku izlaznu energiju po jedinici mase, Wh kg
U vozilima je zapremina koju zauzima baterija podjednako važna, tako da treba i baterija.
Konačno, visoka 'kulombička efikasnost', tj. {charge out}:{charge in}, je prednost jer ovo čuva
primarnu energiju. Ovo je također poznato kao 'amper-sat efikasnost' i obično se izražava u
postocima.
4
vanjska i/ili unutrašnja oštećenja, npr. slomljeni spremnici i poklopci, oštećeni terminali,
elektrolit curenje
Jasno je da postoji određeni stepen preklapanja između nekih od ovih kategorija, a kvar baterije je
možda zaista rezultat neke kombinacije efekata. 'Progresivni' neuspjeh je teže predvidjeti i
objasniti. Često predstavlja suptilno odstupanje od optimalnih performansi koje proizilazi iz
mikro-razmjernih promjena svojstava ploča uzrokovanih utjecajem proizvodnih varijabli i uslova
rada. Parametri koji zavise od materijala, obrade i dizajna baterije poznati su kao „unutrašnji
parametri”, dok se oni koji su određeni uslovima korišćenja baterije nazivaju „spoljašnji
parametri”. Klasifikacija je sljedeća.
Unutrašnji parametri:
hemijski sastav i fizička svojstva aktivnih materijala;
debljina ploče;
sastav i uslovi obrade strujnih kolektora;
sastav (uključujući aditive) elektrolita;
izbor separatora;
dizajn ćelije
Vanjski parametri:
vrijeme skladištenja prije upotrebe;
frekvencija i gustina struje pražnjenja;
dubina pražnjenja;
vreme stajanja u stanju delimičnog ili potpunog pražnjenja;
struja i napon punjenja; stepen prenapunjenosti;
temperatura;
ujednačenost koncentracije i održavanja tečnih elektrolita.
Oba skupa parametara će djelovati (u različitom stepenu) da izazovu eventualni kvar baterije.
Mnogo istraživačkih i razvojnih napora je uloženo u proučavanje mehanizama koji ograničavaju
vijek trajanja baterija („načini kvara“) i na taj način pronalaženju sredstava za produženje korisnog
vijeka trajanja. Ovi načini kvara uključuju: (i) koroziju, (ii) razvoj kratkih spojeva kao rezultat rasta
metalnih 'dendrita' koji prodiru u separator i (iii) progresivni gubitak kontakta između aktivnog
materijala i struje -kolektor.
Važno je da ćelije u dugim nizovima visokonaponskih baterija ostanu blisko usklađene pri svim
stanjima napunjenosti. Ako se ravnoteža ne održava, tada se neke ćelije u nizu mogu oštetiti
prekomjernim ili nedostatnim punjenjem. Ovaj zahtjev je posebno kritičan za duge nizove litijum-
jonskih ćelija, a postiže se pažljivim praćenjem svake ćelije i, ako je potrebno, izjednačavanjem
punjenja pomoću sistema za upravljanje baterijama (BMS).
