Български патенти и ноу-хау за електрически, ветро и хибридни коли, зареждащи се от възобновяеми енергийни източници Електрически коли със слънчево електрозареждане електро и хибридни автомобили в движение.Слънчеви соларни електро хибридни коли с интелиге

За всеки автомобил е най-важно да бъде ефективен и при движение, и при спиране. А всеки мотор и/или генератор са най-ефективни при определени параметри на работата им. Ако такива параметри се поддържат непрекъснато и автоматично - то този автомобил ще бъде и най-ефективен в крайна сметка. Български патенти BG 65421 (Г.Тончев) и BG 65480 (Г.Тончев) разкриват серия от цялостни технически решения за такива автомобили. Техните агрегати винаги работят максимално ефективно. За такава тяхна работа спомага и индивидуалното поддържане на оптимални темепературни условия на агрегатите, съгласно патентованото техническо решение BG 65420 (М.Тончева). Електрическа версия на кола, направена по част от посочените патенти (с пътна регистрация), е показана на снимките по-долу.

Посочените български патенти за електро и хибридни коли (вижте примери на 3-те снимки по-долу) осигуряват максимална възможна ефективност на всички агрегати от силовата система на автомобилите, съответно и на автомобилите като цяло. Затова, каквито и нови по-високо ефективни агрегати да бъдат изобретени, то с българските патенти те ще могат да работят винаги по най-ефективния възможен начин. Но понеже няма универсално ефективен модел на движение в различни пътни условия, то за всеки патент е предвидено интелигентно автоматазирано управление при движение/спиране/престой.

Соларен градски електромобил с фотоволтаични панели на покрива
Електродвигател и електроакумулатори в моторния отсек на електромобила

Базов автомобил за най-малката хибридна кола в света, проектирана по BG патенти

Advanced Solar, Hybrid and Hydraulic Patented Car Solutions and Related Facilities - see here

Български патенти и ноу-хау за електрически коли и хидравлични хибриди,

водногоривни и водородни автомобили

Прототипи на патентовани български електрически, хибридни и ветро-електрически коли
Соларни електро и хибридни автомобили с регенеративни спирачки
Интегрирана интелигентна трафик система

Зареждане на електромобилите и хибридите от ВЕИ

Въпросът за производството и потреблението на електрически автомобили придобива все по-голяма популярност в контекста на мерките за преодоляване на климатичните промени и на икономическата криза в автомобилната индустрия. Масово използваните автомобили, с двигатели с вътрешно горене, оползотворяват средно само около 15% от енергията, която носи горивото в резервоара/бутилката. Максималната теоретична ефективност на тези автомобили е 30-35%, но в реални условия тя не може да достигне и половината от максимума. Именно затова, икономичността на автомобилите е много широко поле за изобретателска и конструктурска дейност.

Целта на нашите изобретения, патенти и действащи коли-прототипи е да постигнем максимална икономия на енергия (в най-широк смисъл) и при максимално оползотворяване на 100% екологично чистите електро зарядни станции за електрическите и plug-in хибридите. Една такава патентована станция може да видите на това видео http://www.youtube.com/watch?v=KNptaLkgjYI

Глобалното затопляне, проблемите с намаляването на озоновия слой и киселинните дъждове са водещи при необходимостта от съществена промяна в транспортните системи. Замяната на моторните превозни средства с електрически може да намали емисиите на въглероден диоксид в атмосферата до 50%.

Описание на проектите за хибридни автомобили вижте тук

Необходимостта от малки хибридни автомобили и от автомобили с две силови системи се обуславя от факта, че за равномерното им хоризонално движение и за преодоляване на средни наклони им е необходима не голяма мощност - до 20 kW. Но с един такъв маломощен мотор, автомобилите ще се ускоряват бавно от място, ще изпреварват бавно и няма да могат да преодоляват големи наклони по пътищата. Затова моторите на съвременните коли са 50 и повече kW. Това води до преразход на гориво и неколкократно по-голямо зъмърсяване на природата. Затова е целесъобразно автомобилите да имат два мотора, които да работят с пълната си мощност ограничено време, например при бързо тръгване или бързо изпревараване (вижте количествени оценки в края на тази страница).

Поради посочените причиви електрическите и хибридните автомобили вече имат забележимо разпространение. Една от най-ефективните хидравлични двигателно-спирачни системи е мой патент от 2008 г.. Тя може да бъде използвана и за хидравлични хибриди с двигатели с вътрешно горене (ДВГ), както с електромотори. По принцип хидравличните хибриди са подходящи за по-тежки транспортни средства при градско шофиране и определено са по-икономични от версиите на електро-ДВГ хибридите. А последните повече се прилагат за леки автомобили. Една наша универсална регенеративна спирачна система, също патентована през 2008 г., е най-ефективната позната сега, не само за електрическите хибриди и електроавтомобилите, но и за най-широк кръг други видове леки и тежки хибридни транспортни средства.

Режимите на шофиране в градски условия са най-различни. При по-чести спирания и тръгвания са подходящи хидравлични хибриди по мой патент BG 65480 от 2008 година . Описаното в него техническо решение осигурява много висока степен на регенериране на кинетичната енергия на автомобила пре спиране (забавяване на движението) и последващото й използване при тръгване (ускоряване на движението). той е напълно промишлено приложим с неголеми разходи. Икономията на енергия, съответно измерена в разход на гориво достига да 70% за автобуси в натоварено градско движение и за боклукчийски камиони.

Един друг мой патент за електро-ДВГ(водородни) хибриди от 2008 г. е с патентен номер BG 65421 . При него е значително повишена енергийната ефективност на процесите на забавяне (спиране) на транспортното средство и при обратните процеси - стартиране / ускоряване. Неговото внедряване е опростено и нескъпо, благодарение на промишлено произвеждани елементи за реализацията му.

И двата гореописани патента бяха реализирани на прототипи и изпитанията в реални пътни условия показаха икономия на гориво за леки автомобили в градски условия 25-40% и 55-70% за автобуси и камиони.

Когато движението съчетава по-чести ускорения и тръгвания с по-редки такива е подходящо да се комбинират посочените два патента и да се конструира троен хибрид: електро-хидро-ДВГ (горивни клетки). Той също ще има висока степен на икономия на енергия при натоварено движение.

На долната таблица са дадени типични комбинации на различни видове двигателна тяга за хибридни автомобили по мои патенти от последните няколко години. В таблицата са показани системи, при които имаме нееднократно трансформиране на енергия. От теоретична гледна точка, всяка трансформация на енергия е неизбежно съпроводена с енергозагуби. Но практически има крайна енергийна полза от това. Крайната енергоикономия се дължи на факта, че чрез подходящо управление на работните режими на електрическата, хидравличната и ДВГ-тягата в една хибридна силово/спирачна система, се постига значително по-висока ефективност в общата им съвместна работа, от която и да е от тях, работеща самостоятелно.

Гореказаното е добре известно на специалистите. То се дължи на факта, че повечето машини, преобразуващи енергия, а още повече ДВГ, са не много икономични, а тяхната най-висока ефективност (30-40%) се достига в доста тесен диапазон на работния им режим. Това е и главната техническа предпоставка за предпочитанията към хибридните превозни средства.

Електрически коли

През 2009 г. успешно завършиха изпитанията на прототипа на първия български соларен градски електромобил (вижте снимките). При конструирането му е ползвано и техническо решение, защитено с български патент BG 65421/2008 г.. База на соларния електромобил е масова градска бензинова кола. Но сърцето й, вместо бензиново, е електрическо. Такова решение принципно не е ново. Първият електрически автомобил е конструиран в Шотландия през далечната 1837 г.. В първите две десетилетия на 20-ти век една четвърт от продаваните коли в САЩ са били електрически.

Съвременните проблеми пред автомобилостроителите не се свеждат до избора между електрически или други коли, а колко енергоефективни и природосъобразни са те. Точно тук са фокусирани усилията на армия изобретатели и конструктури. Затова в света вече няма голяма автомобилостроителна фирма, която да не разработва нови модели електрически автомобили. Само на автошоуто в Детройт, през януари 2010 г., бяха показани 18 нови модела електроколи, което не е случайно. Съвременните електрически тягови двигатели са значително по-енергоефективни от съвременните двигатели с вътрешно горене, по прости са и са много по-тихи. Освен това, те по-бързо ускоряват колите. Но електромобилите имат ограничен пробег с едно зареждане и са предпочитани предимно за градско движение.

Заместването на двигателя с вътрешно горене в масовите автомобили с електрически и резервоарът му за гориво с електроакумулатори е връщане към известна автомобилна практика.

Но дали тя е природосъбразна ?

Електрическата тяга осигурява нулево замърсяване на въздуха в градската автомобилна среда. Но той се зарежда от електрическата мрежа, токът от която идва от преобладаващо неекологични енергоизточници. Затова включването на електро автомобилите за зареждане от познатия електрически контакт не е радикално екорешение. То не преодолява основните проблеми: нито спестява дефицитни първични енергогорива; нито забелижимо намалява глобалното замърсяване на планетата. Серия мои патенти радикално решават посочените основни проблеми, за да бъдат електромобилите едновременно енергоефективни и 100% екологично чисти. Патентите са насочени в две главни направления:

Първо. Известно е, че дадена самоходна машина, независимо каква е тя – влак, трамвай, автомобил, валяк и т.н....- когато спира, тя има набрана кинетична енергия, която се превръща в топлина чрез спирачките. Ако се направи така, че при забавяне на движението и спиране, вместо спирачките безполезно да излъчват топлина в атмосферата, да връщат енергия обратно за полезно използване, тогава те се наричат регенеративни спирачки. Регенерирната енергия от спирачките в следващи моменти се използва за движение на електромобила. Знаем, че енергията в природата само се преобразува от един вид в друг. Тя, нито се създава, нито изчезва. При честите тръгвания и спирания в градско днижение става въпрос за енергоефективността при преобразуването и акумулирането на кинетичната енергия на спиращ автомобил. Патент BG 65421 (Автоматизирана силова система за хибридни автомобили) защитава и практическо решение на този въпрос за електрически и хибридни автомобили. А за други самоходни машини, друго енерго-ефективно решение с прилагане на регенеративни спирачки е защитено в патент BG 65480 (Хидравлична двигателно-спирачна система за транспортни средства).

Второто направление на изобретенията е гарантирането на нулево замърсяване на околната среда чрез осигуряването на 100% чисто електричество за зареждането на електромобилите.

Това става чрез фотоволтаични панели на покрива на колата и електрозарядна станция, която се захранва от фотоволтаични, високо ефективни вятърни и други електросистеми, ползващи напълно безплатни и 100% естествено възобновяеми недефицитни първични енергоизточници. За конструирането на тези зарядни станции се ползват регистрираните в Патентно ведомство патентоспособни изобретения под номера 109313, 109315, 109322 и др.

Масовото навлизане на соларни електромобили, като показания на снимките и други подобни, ще спомогне за забавяне темповете на глобалното затопляне и за преодоляване зависимостта от дефицитни транспортни горива, както и за намаляване на шума от колите.

Същественият еко принос на коли, изпълнени по българския патент BG 65421 е, че те постигат едновременно три цели:
1. Максимално ефективно движение - минимален разход на енергия за единица път при дадени условия.
2. Максимална степен на рекупериране на инерционната енергия на движещата се кола при спиране
3. Сумарният резултат 1+2 е максимален пробег с едно зареждане при дадени условия

Тук става въпрос за едновременно максимизиране на преобразуването на кинетичната енерегия на колата при спиране и/или забавяне на движението и минимален разход на енергия при движение за конкретни условия.

Ще илюстрираме казаното с пример. Ако максималното к.п.д. (смятано като процент на преобразуване на електрическата мощност в механична) на елмотора е 92%, то той винаги работи с 92%, благодарение на интелигентното патентовано управление на колата, така че вариаторът да регулира механичния режим на елмотора с такива параметри, че да се поддържа максималната му ефективност по всяко време. Същото се отнася и за мотора, но в електрогенераторен режим, зареждащ акумулаторите на колата. В този смисъл техническото решение в моя патент BG 65421 позволява да се достига възможният енерго-технически таван в управлението на електрически и хибридни коли, независимо колко са ефективни техните мотори. Следва да отбележим, че средната енергийна ефективност на машините при електроколите с регенеративни спирачки при 100 километра пробег рядко надвишава 50%., а при хибридинте е още по-ниска.

Интелигентни хибридни автомобили

За разлика от електрическите коли, които имат стара история от 19-ти век, то хибридните са по-нови. Те решават проблема с ограничения пробег на електромобилите. Хибридни автомобили има повече от десет години на световния пазар, а от няколко години и у нас. Те са с два отделни двигателя. За разлика от тях, новото мое изобретение е единен хибриден двигател (т. е. "две в едно”). Той пряко замества познатия двигател с вътрешно горене (ДВГ) в масовите автомобили. Новоизобретеният хибриден двигател е по-евтин, по-компактен, по-икономичен и по-екологичен ("Двойно действаща хибридна горивно-електрическа силова машина”, с регистрация №109683 в Патентно ведомство на Р България). Хибридният автомобилен двигател е радикално ново техническо решение в глобален мащаб. С такъв двойно действащ мотор автомобилът може да работи само на електрическа тяга в градски условия. А при по-дълги преходи ефективно да действа цялата му хибридна силова система.

Във всеки наш автомобилен проект използваме повече от един патент. Например, при всички хибридни двигатели и хибридни коли се прилага патентованата „Система за охлаждане на хибридни превозни средства”, съгласно патент BG 65420. Тя поддържа поотделно, ефективно и автоматизирано оптимален топлинен режим на всеки възел и агрегат в автомобила, което е много по-енергоикономично от известните охладителни системи.

Всички иновативни проекти са напълно по възможностите на българската промишленост. Нещо повече - икономичните елмотори/алтернатори могат да бъдат и безчеткови, което още повече опростява тяхната конструкция и производство. Същевременно безчетковите елмашини имат много по-дълъг живот от четковите колектрони машини и много опростено обслужване. При тях липсват и всички вредни ефекти от искренето на колекторните контакти. Една добре технически и технологично проектирана безчеткова елмашина достига висока ефективност - над 85% (срещу до 30-35% за бутални двигатели, дори и ако е произведена с елементарна металорежеща/лазерна техника и технология. А при сегашната икономическа криза, усвояването на производството на природосъобразни и икономични коли (както и на техни двигатели и отделни възли) може да бъде успешен модел за преодоляване на кризата. Не бива да забравяме факта, че вятърни генератори може да са част от съоръженията за зареждането на елакумулаторите на plug-in хибридите и елколите. А те пак се нуждаят от електрогенератори (вижте снимките на края на страницата), които по принцип могат да бъдат също безчеткови елмашини.

Повечето развити държави вече въведоха ефективни икономически стимули, както за производителите, така и за потребителите на такива автомобили. Същевременно новият автомобилен екостандарт Евро 5 значително ще ограничи пазара на известните ни масови коли. С изключение на малолитражните градски конвенционални коли, всички други автомобили с ДВГ няма да могат да покрият екостандарта.

А това означава, че на пазара ще останат само електрически и хибридни коли. Но понеже електрическите имат по-малък пробег с едно зареждане, то предпочитаните универсални автомобили ще бъдат хибридните. В Ню Йорк вече тече задължителната пълна подмяна на старите таксита с ДВГ с хибридни такива. Като говорим за автомобили, следва да разбираме такива в най-широк смисъл, както по големина, така и по предназначение. Но тъй като и хибридните автомобили са с акумулатори, то се очаква бърз прогрес на това производство, което ще има три основни последици - подобряване на качеството, намаляване на габаритите им и относителното падане на цените им.

Когато една кола има един двигател, говорим за икономично управление на тази машина. Но когато една кола има хибриден двигател, ползващ различна тяга - например електрическа и горивна, тогава става въпрос за много по-сложно управление на всеки един от тях и на двата последователно или паралелно. Интелигентната управленска автомобилна система е изобретена именно да постигне енергоикономичност при различните режими на движение на колата. Тук за краткост ще разгледаме само три целеви функции на интелигентната управленска система:

Първата функция е "максимум път при минимум изгорено гориво".

Втората функция е "максимум път при минимум изразходвано електричество".

Третата функция е "максимум път при минимум изразходвана енергия".

В долната таблица (матрица 6 х 3) са илюстрирани някои от ефектите от трите илюстративни функции при интелигентно адаптивно управление на новоизобретения хибриден автомобил, в зависимост от стила на шофиране и транспортната среда:

Функции:	Екологичност	Стил на шофиране	Вид движение	Разход на гориво	Разход на електричество	Разход на енергия
Първа	Локално максимална	Спортен	Градско	Минимум
Втора	Средна	Спокоен	Извънградско/ магистрално		Минимум
Трета	Средна	Смесен	Смесено			Минимум

В действителност управлението на автомобила е много по-сложно, защото има много повече целеви функции и комбинации между тях.

Благодарение на натрупания опит при тестването на различни възли и агрегати на екоавтомобилите, екипът на ЕКОВАТ ЕАД разработи проект за градски хибриден автомобил, който използва познатия двигател с вътрешно горене (ДВГ) и допълнителна електрическа машина, която е с двойно действие (мотор/електрогенератор) и се управлява от интелигентен компютърен блок. Той позволява при излишък на мощност от ДВГ и при забавяне на движението електрическата машина да работи като генератор и да зарежда електро-акумулаторите – т.е. същевременно в режим на електрическа регенеративна спирачка. При ускорително движение, интелигентното управление оптимизира съотношениято между тягата от ДВГ и елмотора, така че да има минимален общо разход на енергия за колата в различните й режими на движение. Описаното интелигентно управление (патентовано в различните видове патенти за електро и хибридни коли) решава въпроса с енергоикономичността на автомобилите. Известно е, че максималният въртящ момент на ДВГ се достига при високи обороти (около 75% от максималните), а максималният въртящ момент на електромоторите практически е от завъртането им (при нула обороти). Затова оптимизирането на общата им работа в хибриден автомобил, с оглед на енергоефективността и тяговите им качества, е задачата, на която се отдели най-много внимание при проектирането му. Не само в изобретателската и конструктурската фаза, но и при конкретното изпълнение на управлението на движението (старт, ускорение, равномерно движение, забавяне и спиране) на хибридния автомобил в най-разнообразни пътни и теренни условия.

Патентите BG 65421, BG 65480, както и други мои патенти фактически защитават цялостни интелигентно управлявани силово-спирачни системи, които имат много широко приложение, защото обхващат всякакви видове еко транспортни средства и експлоатират синергични екоефекти. Например една двойна хибридна силова система с регенеративни спирачки има по-голям двигателен / спирачен ефект отколкото аритметичната сума от ефективността на двете съставни на хибридната система. А при троен хибрид синергията е още по-голяма. Тези синергични ефекти пряко рефлектират в много висока икономия на транспортни горива за хибридни автомобили, която икономия в градски трафик може да надмине 50%. Тук ще напомня, че горивото в конвенционален автомобил с бутален двигател се оползотворява средно с около 15% енергийна ефективност. А това означава, че един хибриден автомобил с бутален двигател, с 50% подобрена ефективност, ще оползотвори около 22.5% от енергията на горивото, което изгаря за единица път.

Новопроектираният български хибриден автомобил също експлоатира синергичен екоенергиен ефект. Сумарният въртящ момент в паралелен режим на двигателите на хибридната му система постига максимална стойност при по-нисък разход на гориво/енергия, в сравнение със случая на сумарен разход на гориво/енергия при отделна работа на двата двигателя. Освен това, той може да се зарежда с електричество, добивано от ВЕИ и/или от бордова фотоволтаична инсталация, както е показания на снимката слънчев електромобил. В напреднал процес на разработка имаме хибриден автомобил с вградени ветротурбини, които въртят генератори за зареждане на бордовите му акумулатори.

Предвидената инфраструктура от стационарни зарядни електростанции, работещи на ВЕИ и / или водород, за зареждане на електромобилите ще се използват и за зареждане на хибридните. За илюстрация вижте ветро-фотоволтаичните синергични електроцентрали на снимките в края на тази страница.

Вариантни проекти за слънчеви електрически хибридни коли и хидравлични хибриди може да изтеглите от www.tonchev.org/hcardownload.html

Интелигентен екотранспортен трафик

Интелигентен екотранспортен трафик означава такова управление на автомобилното движение, при което замърсяването на въздуха да е възможно минимално. Отдавна в Германия и други държави непрекъснато се следи замърсеността на въздуха от автоматични станции по магистралите. Те задават темпото на трафика по аутобаните чрез пътни знаци, което указват скоростта, за да се намали замърсяването на въздуха. Тази система е твърдо програмирана. При определено ниво на зъмърсяване, скоростта на автомобилите следва да има определена стойност. Т.е. тя принуждава шофьорите да поддържат определена скорост. (В Германия, по принцип, няма ограничение на максималната скорост по магистралите).

Интелигентен транспортен трафик означава подобна екотранспортна система, но която управлява всяка интелегентна автомобилна система по безжичен път. Например, при повишено замърсяване на въздуха на аутобана интелигентната трафик система превключва целевата функция на автомобилите от обичайната втора за магистрално движение на първа (вижте червената таблица по-горе). Интелигентната трафик система позволява на шофьорите свободно да избират скоростта и стила си на каране, но автоматично управлява интелигентната система на всеки хибриден автомобил.

Интелигентната трафик система може пълнообхватно да работи само с автоматизирано интелигентно управлявани коли и има много повече функции. Например, тя указва на всяка хибридна кола, какво е разстоянието до съответната електрозарядна и горивнозарядна станция, а самата автомобилна система показва в автомобила какъв е запасът за движение на всяка кола при съответната пътна обстановка, стил на шофиране и зададена целева функция.

На долните снимки виждате ветро-фотоволтаични електроцентрали, които могат да се използват и за зареждане на акумулаторите на електрическите и plug-in хибридите. Пирамидалната структура под турбините синергично изпълнява две функции:

първата е поддържане на фотоволтаиците в оптимален наклон за максимален добив на електроенергия и

втората - да ускорява и насочва вятъра към ротора на хибридната електроцентрала. Това може да увеличи добива на електричество с над 30%, в сравнение със случая на турбина без усилвател на вятъра. Една такава патентована станция може да видите и на това видео http://www.youtube.com/watch?v=KNptaLkgjYI

Вижте видео http://www.youtube.com/watch?v=oAwwQz8uHWw на магистрална електрозарядна електроцентрала, използваща 100% чиста и напълно възобновяема енергия от вятъра и слънцето. Тя е предназначена за зареждане на всички транспортни средства, ползващи електрическа тяга, като електро коли и plug-in хибридни коли.

Излишъкът на електроенергия се отдава на електлическата мрежа и/или се използва за производство на водород за водородни коли или за енергоакумулация.

Новоизобретени реактивни пропелерни лопати на реактивни вятърни и хидрокинетични турбини

Новоизобретените лопати са уникални. Те нямат краища, поради което се елиминират индуктивните енергийни загуби от завихрянето на флуда след краищата на лопатите. Намалява се шумът от лопатите и кавитацията (във вода). Затова новопатентованите лопати са много по-ефективни от всички известни пропелерни лопати.

Снимки и видео на новоизобретените реактивни и торнадо турбини вижте тук.

Показаните на снимките хибридини ветро-слънчеви електроцентрали могат да се използват не само за електрозахранване на транспортни средства, но и за енерго захранване на автомобили в най-широк смисъл: с хидравлична; пневматична; маховична; електрическа и други видове тяга (парвична или допълнителна), която да се зарежда с енергия от посочените съоръжения. Електрическите, хибридните коли и/или plug-in колите, съгласно посочените патенти са с регенеративни спирачки, които осигуряват заряд на бордовите енергоакумулатори. Специално хибридните могат да се дозареждат с цел да се увеличи пробегът на електрическа и/или маховична тяга например, за сметка на 100% чиста енергия от ветро-фотоволтаичените електроцентрали. По принцип тези централи могат да отдават излишък на електричество в обществена мрежа.

Разгледаните и други подобни хибридни централи на ВЕИ са част и от "зелените селища", в които всички енергийни консуматори (битови, промишлени, комунални, транспортни ....) са 100% на ВЕИ, както и ПЛЮС енергийните къщи в самите зелени селища, за които повече може да видите тук

За подобряване баланса на електросистемата с ВЕИ, електрическите автомобили могат да изпразват акумулаторите си (включително и ако акумулаторите им са маховични или други видове не електрически) в обществената елмрежа, Но няма да имат ток за движение. Хибридните plug-in коли по български патенти (вижте по-горе) имат и тази възможност, без да рискуват потенциала за движение. Инсталации на ВЕИ, по български патенти, включително и за зареждане на ел и хибридни коли вижте на http://www.b2b.bg/malkiturbinibg.html

Някои официални публикации на въглеродоспестяващи патенти вижте тук

Днес по земята се движат над 750 млн. автомобила, които годишно изхвърлят в атмосферата около 4 млрд. тона въглероден диоксид – 15 % от всички антропогенни емисии, представляващи основен фактор за застрашителни промени на глобалния климат. Съдържащите се в изхвърляните газове въглеводороди, азотни оксиди и частици са източник на редица поражения върху околната среда и здравето на хората. Това е основната причина, която принуждава производителите на автомобили да търсят начини за намаляване на вредните емисии. Друга причина са постепенното изчерпване на нефтените запаси и фактът, че по-голямата част от тях се намира в политически нестабилни райони.

Сега най-перспективното решение на тези проблеми е преходът към електромобили с водородно гориво. На замяната на дизеловите и бензиновите двигатели с новия тип двигатели пречат високата цена, големите маса и обем, изискванията към безопасността на резервоарите за водород и др.

Тези пречки може да се минимизират по следния начин. Известно е, че за да се движи равномерно със скорост 120 km/h по хоризонтален път и да изкачва 6 % наклон със скорост 80 km/h, на автомобил с маса 1 тон е необходима само 20 kW мощност на двигателя. Автомобил с такъв двигател обаче би бил твърде тромав – от покой до 100 km/h той би се ускорявал цели 30 s – нещо неприемливо за днешния шофьор. Освен това автомобилът няма запас от мощност, която да позволи ускоряване и достатъчно бързо задминаване на други участници в движението. Ето защо мощностите на двигателите на съвременните автомобили са 50 kW и повече. Осигуряването на запас над 30 kW обаче има две важни последствия. Първо – цената на двигателя се увеличава значително и, второ, при това положение огромната част от времето двигателят работи доста под оптималните условия, което увеличава както разхода на гориво (оскъпява експлоатацията), така и вредите върху околната среда от емисиите.

Един перспективен изход от ситуацията е основната система, която захранва електродвигателя на автомобила, да осигурява мощност 20 kW. Успоредно обаче с нея да има още един източник на енергия, който за кратки интервали от около 15 s е в състояние да осигури допълнителна мощност от порядъка на 53 kW. При това положение общата мощност от 73 kW осигурява достатъчна пъргавина за ускоряване от място и при задминаване.

Въпросът е кой източник може да осигури допълнителна мощност 53 kW и да я поддържа поне 15 s. Необходимата енергия като количество не е много – около 220 Wh. Запасената в обикновен оловен акумулатор 12 V и капацитет 60 Ah енергия е 720 Wh, т.е. – достатъчно. Токът през акумулатора обаче е ограничен примерно до 150 А и следователно мощността, която може да осигури – 1,8 kW, е много под желаните 53 kW. Освен това, въпреки че по принцип са обратими, химичните реакции в акумулатора след неколкостотин цикъла на зареждане и разреждане водят до разрушаване на електродите му. Независимо от многобройните разработки на нови типове акумулатори все още няма акумулатор, който удовлетворява изброените изисквания.

Кондензаторът е уред, в който се натрупват заряди, а тяхното поле също притежава енергия. Тази енергия се натрупва чрез процеси (пренос на заряди), които не включват химични реакции и броят на циклите на зареждане и разреждане е неограничен. Освен това кондензаторите имат и доста същественото предимство: много по-бързо от акумулаторите отдават и възстановяват енергията си. Големият недостатък на традиционните кондензатори е нищожното количество енергия, което може да се запаси в тях. Енергията например, която се натрупва в някои от често използваните в радио- и ТВ-апаратурите високочестотни хартиени кондензатори с капацитет от порядъка на pF = 10–12 F и напрежение до 450 V, е около 10–6 Ws; в електролитните кондензатори с капацитет до 1 F и напрежения до 25 V – само няколко джаула и т.н.

В края на миналия век са разработени принципно нов тип кондензатори, чиито капацитет е с няколко порядъка по-голям от този на обикновените електролитни кондензатори. Това са т. нар. суперкондензатори. Още преди 10 г. бе създаден суперкондензатор с капацитет 1600 F, който при маса 320 g и напрежение 2,5 V натрупва енергия 5000 J = 1,4 Wh в обем, сравним с обема на чаена чаша. За натрупване на необходимите 220 Wh енергия са достатъчни 160 суперкондензатора, чиято маса е напълно приемлива от гледна точка на автомобилостроителите. За да изпробват възможностите на суперкондензаторите като резервоар на енергия за автомобили, две швейцарски компании са монтирали две батерии, съдържащи съответно по 140 и 142 суперкондензатора. Уредите са свързани по двойки успоредно, а самите двойки – последователно, което осигурява напрежения от 175 до 350 V. При напълно заредени кондензатори мощност от 50 kW се осигурява от ток 150 А.

Използването на батерии от суперкондензатори като доставчик на буферна мощност изисква разработването на устройство, което да управлява потока на енергията към електродвигателя от основния източник и от батериите. Директната връзка между педала на газта и подаването на горивото се заменя от интелигентно контролиращо устройство, което в зависимост от необходимата мощност (зависеща от моментното положение на педалите за газта и на спирачките) определя колко енергия да постъпва към двигателя от резервоара с гориво и колко – от суперкондензаторите. Обратно – при спиране двигателят работи като генератор, преобразувайки кинетичната енергия на автомобила в електроенергия, която зарежда суперкондензаторите. По този начин се осигурява от 5 % до 15 % икономия на гориво.

Във вариант на моя патент BG 109358 за хибридни автомобили е предвидена двойна силова машина с двойни енергоакумулатори. Тези енергоакумулатори могат да бъдат двойки от електрохимични и хидроакумулатори, от електрохимични акумулатори и суперкондензатори, както и други двойки, които избягват недостатъците и обединяват предимствата на елементите от съответната двойка.