Fachowy Elektryk 1/2019
Nasz nowy rok wydawniczy zaczynamy od spotkań z czytelnikami. Już wkrótce, bo w połowie marca, będziemy obecni na warszawskich targach Elektrotechnika. Właśnie tam, wspólnie z naszymi partnerami, przygotowaliśmy dla Was atrakcję w postaci konkursów. Będzie to doskonała okazja aby móc porozmawiać o branży elektroinstalacyjnej w niebanalnych okolicznościach i poznać nowości produktowe. Zachęcamy Was do udziału i spotkania z naszą redakcją. Jestem przekonana, że będzie to doskonały zastrzyk pozytywnej energii na początek sezonu. Podmuchy wiosny i pierwsze tegoroczne wydanie Fachowego Elektryka nam już dodało energii i zachęciło do odświeżenia szaty graficznej. Mamy nadzieję, że spodoba wam się nasze czasopismo po liftingu i z jeszcze większą przyjemnością będziecie po nie sięgać. Małgorzata Dobień redaktor naczelna
Nasz nowy rok wydawniczy zaczynamy od spotkań z czytelnikami. Już wkrótce, bo w połowie marca, będziemy obecni na warszawskich targach Elektrotechnika.
Właśnie tam, wspólnie z naszymi partnerami, przygotowaliśmy dla Was atrakcję w postaci konkursów. Będzie to doskonała okazja aby móc porozmawiać o branży elektroinstalacyjnej w niebanalnych okolicznościach i poznać nowości produktowe. Zachęcamy Was do udziału i spotkania z naszą redakcją.
Jestem przekonana, że będzie to doskonały zastrzyk pozytywnej energii na początek sezonu.
Podmuchy wiosny i pierwsze tegoroczne wydanie Fachowego Elektryka nam już dodało energii i zachęciło do odświeżenia szaty graficznej. Mamy nadzieję, że spodoba wam się nasze czasopismo po liftingu i z jeszcze większą przyjemnością będziecie po nie sięgać.
Małgorzata Dobień
redaktor naczelna
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
aterie<br />
i akumulatory<br />
baterie<br />
i akumulatory<br />
Pakiety bateryjne i akumulatorowe<br />
Projektowanie i produkcja bezpiecznych<br />
i niezawodnych źródeł zasilania dla przemysłu<br />
Rozwój współczesnego przemysłu, w tym idei Industry 4.0, wspierany jest przez właściwe źródła<br />
energii elektrycznej. Nowoczesne źródła zasilania, dedykowane konkretnemu urządzeniu,<br />
zapewniają szeroki zasięg stosowania i pracę w każdych warunkach.<br />
Zapotrzebowanie na źródła zasilania znacząco<br />
rośnie, w skali globalnej odnotowując<br />
2-cyfrowe wskaźniki wzrostu. Wynika to<br />
z dużej ilości nowych aplikacji elektrycznych<br />
i elektronicznych dla przemysłu i rynku<br />
urządzeń konsumenckich, jak również<br />
z rosnących wymagań użytkowników w zakresie<br />
funkcjonalności i czasu pracy. Skutkuje<br />
to zwiększeniem pojemności/energii<br />
układu zasilania, co okazuje się być kluczowe<br />
dla tempa wzrostu zapotrzebowania<br />
na ogniwa zasilające. Średnia roczna dynamika<br />
rynku jest szacowana na ~18%-20%<br />
do roku 2025 (zależnie od segmentu rynku).<br />
Źródło: Bloomberg New Energy Finance, January 2018.<br />
(note: assumes 100% stationary is lithium-ion.<br />
Fot. 1.<br />
Rosnący rynek aplikacji<br />
elektronicznych napędza rozwój<br />
systemów zasilania<br />
Główni „gracze” na rynku to elektronika<br />
powszechnego użytku; napędy elektryczne<br />
(rowery, skutery, szczególnie samochody<br />
elektryczne); urządzenia profesjonalne, takie<br />
jak elektronarzędzia; urządzenia pomiarowe,<br />
zdalnej identyfikacji (np. RFID); oraz<br />
instalacje magazynowania energii, często<br />
w połączeniu z farmami słonecznymi lub<br />
wiatrowymi. Warto zauważyć, że od roku<br />
2017 ilość energii zainstalowanej w samochodach<br />
elektrycznych przewyższyła ilość<br />
energii w elektronice konsumenckiej i stale<br />
rośnie.<br />
Wszystkie te aplikacje potrzebują systemów<br />
magazynowania energii. Wzrost<br />
jest wykładniczy i w niedługim czasie<br />
gospodarka światowa może doświadczyć<br />
ograniczeń w dostępności surowców naturalnych<br />
niezbędnych do produkcji ogniw<br />
zasilających. W szczególności dotyczy to<br />
najszybciej rozwijającej się technologii<br />
litowo-jonowej. Od kilku lat koncerny<br />
światowe inwestują w segment zasilania<br />
wiele miliardów dolarów, rezerwując dostępność<br />
surowców i mocy produkcyjnych<br />
na okres co najmniej do roku 2030.<br />
Globalne zapotrzebowanie na ogniwa Li-Ion, zaleznie od segmentu rynku.<br />
Technologie zasilania,<br />
kwestia zapewnienia bezpieczeństwa<br />
systemów zasilania<br />
Technologie zasilania przenośnego stosowane<br />
w przemyśle to głównie 7 systemów<br />
elektrochemicznych:<br />
• pierwotne (nieładowalne), oparte o ogniwa<br />
cynkowo-węglowe lub cynkowo-<br />
-chlorkowe 1,5 V; ogniwa alkaliczne<br />
1,5 V; litowe 1,5 V, 3,0 V i 3,6 V oraz<br />
srebrowe 1,55 V. Istnieją też inne systemy<br />
chemiczne, mniej popularne i nie<br />
stosowane masowo.<br />
• wtórne (ładowalne), stosujące technologie<br />
kwasowo-ołowiową 2, 6 i 12 V;<br />
niklową (niklowo-wodorkowe Ni-MH<br />
i niklowo-kadmowe Ni-Cd; o napięciu<br />
1,2 V) i technologie oparte na licie (litowo-jonowe<br />
LCO, NMC i NCA o napięciu<br />
3,6-3,7 V; LFP o napięciu 3,2-3,3 V<br />
oraz LTO o napięciu 2,3-2,4 V; różniące<br />
się pierwiastkami stosowanymi do produkcji<br />
materiałów aktywnych elektrod<br />
[anody i katody]). Również dla ogniw<br />
ładowalnych są inne specjalistyczne<br />
technologie, z ograniczeniami dostępu<br />
(np. produkty dla przemysłu kosmicznego<br />
lub zbrojeniowego).<br />
Nowoczesne aplikacje cechuje coraz większa<br />
energooszczędność, jednak rosnące wymagania,<br />
co do funkcjonalności i autonomii<br />
działania, powodują wzrost zapotrzebowania<br />
na energię. Trwa intensywny rozwój<br />
systemów elektrochemicznych, jednakże<br />
w skali najbliższych 10 lat liczyć się będą<br />
wysokoenergetyczne technologie oparte<br />
o lit – pierwiastek lekki i posiadający duży<br />
potencjał magazynowania energii. Najlepsze<br />
litowe ogniwa pierwotne (nieładowalne)<br />
charakteryzują się gęstością energii na po-<br />
Fot. 2.<br />
ziomie do 680 Wh/kg, a litowo-jonowe ogniwa<br />
wtórne (ładowalne) to maksimum<br />
265 Wh/kg. W najbliższych kilku latach<br />
spodziewany jest przełom technologiczny<br />
i wprowadzenie na masowy rynek akumulatorów<br />
litowo-jonowych o elektrolicie<br />
stałym, w których gęstość energii powinna<br />
wzrosnąć o 40-50%. Równolegle prowadzone<br />
są prace nad zastosowaniem innych<br />
pierwiastków (np. magnez) oraz dodatków<br />
w systemie elektrochemicznym, zwiększających<br />
pojemność elektryczną (np. krzem)<br />
oraz stabilność chemiczną. Zakłada się<br />
teoretyczną możliwość 3- lub 4-krotnego<br />
wzrostu energii właściwej, do poziomu<br />
~800 Wh/kg.<br />
Wysoka energia, będąc niewątpliwie zaletą,<br />
stwarza także naturalne niebezpieczeństwo.<br />
W przypadku zbyt szybkiego i niekontrolowanego<br />
jej uwolnienia możemy mieć<br />
do czynienia z uszkodzeniami, a nawet zapłonem.<br />
Nie należy jednak winić o to technologii<br />
litowych czy ich następców. Jest to<br />
naturalny proces fizyczny, ponieważ duże<br />
nagromadzenie energii tworzy potencjał<br />
Fot. 3.<br />
Powyższe zdjęcia pokazują przykłady pojedynczych ogniw, z których projektowane są złożone systemy zasilania o różnych parametrach<br />
i funkcjonalnościach.<br />
Pożar pojazdu elektrycznego<br />
w trakcie procesu ładowania<br />
szybkiego jej uwolnienia. Na początku ery<br />
pojazdów spalinowych przypadki pożarów<br />
benzyny były częste. Osiągnięcie poziomu<br />
bezpiecznego użytkowania paliw płynnych<br />
zajęło przemysłowi pół wieku, a wypadki<br />
zapłonu w przypadkach awaryjnych zdarzają<br />
się do dziś.<br />
Proces doboru i projektowanie<br />
systemów zasilania<br />
Ze względu na dużą energię zawartą w ogniwach,<br />
projektowanie wysokoenergetycznych<br />
systemów zasilania musi być traktowane<br />
jako proces złożony.<br />
Konieczna jest analiza 6 kluczowych<br />
aspektów:<br />
• Parametry elektryczne systemu: pojemność<br />
elektryczna lub energia; napięcie<br />
elektryczne; przewidywane prądy lub moc<br />
pracy; w przypadku systemu ładowalnego<br />
prądy i moc również przy ładowaniu.<br />
• Zaprojektowanie układów elektroniki<br />
zabezpieczającej pracę ogniw w trybach<br />
ładowania, rozładowywania, transportu,<br />
uśpienia-magazynowania. Bezwzględna<br />
konieczność zaprojektowania<br />
BMS (Battery Management Systems),<br />
wyposażenie go w funkcje dodatkowe,<br />
np. komunikacja pakietu zasilania<br />
z urządzeniem i/lub bezpośrednio z użytkownikiem<br />
(np. poprzez bluetooth do<br />
smartfona). W większości przypadków<br />
konieczne jest napisanie wbudowanego<br />
oprogramowania (embedded firmware),<br />
które będzie zainstalowane w procesorach<br />
nadzorujących pracę zasilania.<br />
• Parametry mechaniczne: wielkość,<br />
masa, wytrzymałość na naprężenia,<br />
uderzenia i wibracje, poziom szczelności,<br />
zapewnienie odpowiedniego kształtu<br />
układu ogniw wewnątrz urządzenia,<br />
trwałość konstrukcji (np. sztywność),<br />
zaprojektowanie systemu mocowania<br />
w urządzeniu, itp.<br />
• Analiza temperaturowych warunków<br />
pracy (mają duże znaczenie dla poprawnego<br />
funkcjonowania i bezpieczeństwa<br />
24 <strong>Fachowy</strong> <strong>Elektryk</strong> <strong>Fachowy</strong> <strong>Elektryk</strong><br />
25
Change language