Sähköajoneuvot ja 12 V:n akku
Erilaiset sähköautotyypit ja niiden riippuvuus 12 V:n akusta
Auton menestys yksilöllisenä kulkuvälineenä alkoi vuonna 1913, kun Henry Ford otti käyttöön tuolloin vallankumouksellisen liukuhihnatuotannon. Jopa sata vuotta myöhemmin suurin osa teillämme liikkuvista autoista perustuu edelleen polttomoottoriperiaatteeseen, jota insinöörit ovat jatkuvasti parantaneet ja jossa nykyään yhdistyvät korkea suorituskyky, alhainen kulutus ja pitkä kestävyys.
Kompleksisemmaksi käyvä moottoritekniikka ja samalla tiukentuneet päästömääräykset ovat saaneet aikaan teknologisen harppauksen, joka on johtanut nykyään voimansiirron sähköistymiseen. Kaikki markkinoilla olevat sähköajoneuvot eivät kuitenkaan ole samanlaisia. Vaatimuksista ja ajoneuvosegmentistä riippuen sähköistettyyn liikkuvuuteen on olemassa erilaisia lähestymistapoja.
Mikä on xEV?
- HEV – Hybrid Electric Vehicle
- PHEV – Plug-in Hybrid Electric Vehicle
- BEV – Battery Electric Vehicle
- FCEV – Fuel Cell Electric Vehicle
Hybridi Electric Vehicles. Molempien maailmojen parhaat puolet?
Käsite hybridi tarkoittaa vain sitä, että ajoneuvon toiminnassa on useampi kuin yksi energialähde. Itse asiassa Start-Stop-tekniikalla varustettuja ajoneuvoja pidetään jo "mikrohybridiajoneuvoina", koska 12 V:n akku toimii tässä tapauksessa toisena energialähteenä, kun moottori sammutetaan.
Mikrohybridin" kehittyminen oli niin sanottu "mieto hybridi", johon on asennettu 48 V:n Li-ion-akku, joka on tarkoitettu erityisen energiannälkäisille kuluttajille. Vaikka näitä kahta järjestelmää kutsutaankin jo hybridiksi, niistä puuttuu ratkaiseva ominaisuus, joka on pitkään liitetty "hybridisähköautoihin": Puhtaasti sähköllä ajaminen ilman polttomoottorin apua.
Täyshybridiajoneuvojen ja pistokkeesta kytkettävien hybridiajoneuvojen ero
Termi "hybridi-sähköajoneuvo" kuvaa itse asiassa kahta eri käsitettä. Täyshybridisähköajoneuvo (FHEV, yleensä lyhenne HEV) ja pistokehybridiajoneuvo (PHEV). Molemmille lähestymistavoille on yhteistä se, että ajoneuvoissa on korkeajännitteinen litiumioniakku, joten niillä voidaan ajaa puhtaasti sähköllä.
Ero näiden kahden järjestelmän välillä on korkeajännitteisen akun latausstrategiassa. HEV:ssä akku voidaan ladata yksinomaan polttomoottorilla tai jarrutusenergian talteenotolla (rekuperointi). PHEV-ajoneuvossa akku voidaan ladata myös latausasemalla, kuten puhtaasti sähköajoneuvossa, mistä termi "Plug-in" johtuu. Koska latausmahdollisuudet ovat rajalliset, käyttöakun kapasiteetti on HEV-ajoneuvossa yleensä pienempi kuin PHEV-ajoneuvossa. Akun pienemmän kapasiteetin vuoksi myös puhtaasti sähköllä kuljettavat matkat ovat HEV:llä lyhyempiä kuin PHEV:llä.
- 12 voltin akku
- DC/DC-muunnin
- Korkeajänniteakku
- AC/DC-muunnin
- Korkeajänniteakku
- AC/DC-muunnin
- Korkeajänniteakku
- Korkeavoltage traction motor
- Petrol or diesel tank
- Internal combustion engine
PHEV body, pienemmällä polttoainesäiliöllä mutta suuremmalla akulla, jossa on ulkoinen latausportti pidemmän sähköisen toimintasäteen saavuttamiseksi.
- 12 voltin akku
- DC/DC-muunnin
- Korkeajänniteakku
- Vaihtovirtasuuntaaja
- Korkeajänniteakku
- Vaihtovirtasuuntaaja
- Korkea-voltage traction motor
- Petroli- tai dieselsäiliö
- Sisäinen polttomoottori
- Sähkövirtalähde (latausasema/seinälaatikko)
Kummatkin järjestelmät mahdollistavat puhtaasti sähköisen ja näin ollen paikallisen päästöttömän ajamisen. Lisäpolttomoottorin ansiosta ajoneuvoa voidaan käyttää myös pitkillä matkoilla ilman rajoituksia. Jos polttomoottoria ei käytetä, hybridisähköauto käyttäytyy kuin täyssähköauto.
HEV- ja PHEV-autojen hyvät ja huonot puolet
- Polttoaineen kulutuksen vähentäminen ja siten alhaisemmat käyttökustannukset
- Lokaalipäästötön ajo
- Suuri vääntömomentti sähkömoottorin kautta käynnistettäessä ja kiihdytettäessä
- Vähäisemmät melupäästöt pelkän sähköisen ajon aikana
- Kalliimpi kuin vastaava ajoneuvo, jossa on pelkkä polttomoottori
- Kompleksisempi käyttövoimajärjestelmä, siksi mahdollisesti korkeammat huoltokustannukset
- Korkeampi ajoneuvon paino ajoakun ja lisäkomponenttien vuoksi
- Joidenkin ajoneuvojen tavaratila on pienempi, koska korkeajänniteakulle tarvitaan tilaa
Täyssähköinen tulevaisuus: Akkukäyttöiset sähköajoneuvot ja vetykäyttöiset autot
Tänään kaikki merkit viittaavat siihen, että sähköiset voimansiirtojärjestelmät ovat tulevaisuuden käyttövoimajärjestelmä. Vielä ei kuitenkaan ole selvää, mikä energian varastointijärjestelmä voittaa. Litiumioniakkuteknologian ja polttokennojen kehitys on tällä hetkellä erittäin dynaamista, joten molemmilla aloilla tapahtuu parhaillaan valtavaa edistystä. Teknisten innovaatioiden lisäksi molemmilla aloilla on kyse tuotannon skaalautuvuudesta ja kustannusten alentamisesta.
Vetoparistojen teknisen kehityksen painopiste on edelleen energiatiheyden kasvattamisessa. Tavoitteena on tehdä akuista pienempiä ja kevyempiä, mutta säilyttää sama kapasiteetti eli sama ajoneuvon ajomatka. Samaan aikaan akkukennojen kemiallista koostumusta pyritään optimoimaan kriittisten metallien, kuten koboltin, osuuden vähentämiseksi mahdollisimman pieneksi.
Vaikka markkinoilla on jo joitakin vetyautoja, polttokennoajoneuvojen massatuotanto on vielä kauempana kuin litiumioniakkujen. Nykyisessä kehityksessä keskitytään vähentämään platinan tarvetta polttokennossa, jotta kustannukset alenisivat merkittävästi. Polttokennokalvon lujuuden ja kestävyyden parantamisessa edistytään edelleen.
Energian varastointijärjestelmää lukuun ottamatta akkusähköajoneuvojen (BEV) ja polttokennosähköajoneuvojen (FCEV) voimansiirtoarkkitehtuuri on pitkälti vertailukelpoinen.
- 12 voltin akku
- DC/DC-muunnin
- Suuri korkeajännitteinen LiIon-akku
- AC/DC-muunnin
- Korkeajännitteinen-jännitteinen ajomoottori
- Sähkövirtalähde (latausasema/seinälaatikko)
FCEV käyttää vetyä sisältävää säiliötä, polttokennoa ja pientä Li-ion-akkua välivarastona sähkökäytön voimanlähteenä.
- 12 voltin akku
- DC/DC-muunnin
- Suuri korkeajännitteinen LiIon-akku
- AC/DC-muunnin
- High-...jännitteinen ajomoottori
- polttokenno
- vetysäiliö
BEV:ien ja FCEV:ien hyvät ja huonot puolet
- Huonompi voimansiirto kuin HEV:ssä, siten mahdollisesti pienemmät ylläpitokustannukset
- Suuri vääntömomentti ja hyvä ajodynamiikka puhtaan sähkökäytön ansiosta
- Lokaalipäästötön ajo
- BEV:n kanssa: Alhaiset käyttökustannukset yksityisen aurinkosähköjärjestelmän yhteydessä
- Vetytankkausasemien ja latausasemien verkosto ei ole yhtä kattava kuin perinteisillä bensiiniasemilla
- Pitkät "tankkaukset" BEV-autoille
- Monet mallit soveltuvat vain osittain pitkän matkan käyttöön
- Ei tukia, kalliimpia kuin vastaavat polttomoottorilla varustetut perinteiset ajoneuvot
Jokaiseen sähköajoneuvoon sisältyvä pienjännitejärjestelmä
Ajoneuvon 12 V:n verkko syöttää mukavuustoimintoja, ohjausyksiköitä, antureita ja toimilaitteita.
Nykyaikaisissa ajoneuvoissa sen kutsuminen edelleen käynnistysakuksi riippumatta siitä, onko ne polttomoottorilla varustettuja vai "täyssähköisiä", ei tee oikeutta 12 V:n akun tehtäville. Tässä artikkelissa on käsitelty yksityiskohtaisesti tehtäviä, joita akku hoitaa ajoneuvon varsinaisen käynnistyksen lisäksi.
Johtopäätös
Autojen tulevaisuus on sähköinen. Tällä hetkellä on käytettävissä erilaisia konsepteja, joilla kullakin on omat etunsa ja haittansa. Asiakkaalla on siis valinnanvaraa, kun hän haluaa valita yksilöllisiin tarpeisiinsa parhaiten sopivan konseptin. Hybridikonseptit yhdistävät molempien maailmojen parhaat puolet. Toisaalta ne tarjoavat pitkän toimintasäteen erittäin tehokkaiden polttomoottoreiden ansiosta, mahdollisuuden paikalliseen päästöttömään ajoon ja suuren vääntömomentin heti alusta alkaen sähköisen lisävoiman ansiosta. Toisaalta jo ennestään monimutkainen ajo- ja pakokaasujen käsittelyjärjestelmä muuttuu entistä monimutkaisemmaksi sähköisten komponenttien ansiosta.
Tähän nykyään useimmat sähköautot käyttävät energiavarastoinnissa suurta korkeajännitteistä Li-ion-akkua. Pitkät toimintasäteet rajoittuvat edelleen premium-ajoneuvoihin, joissa on suuret vetoakut. Tämänhetkisen tutkimuksen tavoitteena on kuitenkin parantaa edelleen valikoimaa ja luopua kriittisistä metalleista. Tekninen kehitys ja tehokkaampi suurtuotanto voivat myös alentaa akun kustannuksia entisestään, jolloin sähköautoista tulee kilpailukykyisiä muilla ajoneuvosegmenteillä. Vedyn käyttö energian varastointivälineenä on toinen lupaava lähestymistapa auton tulevaisuutta ajatellen, ja sen avulla voitaisiin ratkaista nykyisten akkusähköautojen kaksi suurta haittaa: raskas vetoakku ja pitkät latausajat.
Mitä konseptia käytetään tulevaisuudessa, ei voida tässä vaiheessa ennustaa varmuudella. On kuitenkin selvää, että varsinaista voimansiirtokonseptia lukuun ottamatta ajoneuvojen välillä ei ole muita eroja. Yhteistä niille kaikille on ajoneuvoon asennettu mukavuus- ja turvajärjestelmien elektroniikka, joka perustuu edelleen vakiintuneeseen 12 V:n sähköjärjestelmään ja jota 12 V:n akku tukee.
Löydä luotettava työpaja
Työskenteletkö akkujen parissa?
Syvennä tietojasi
-
VARTA Promotive EFB -kuorma-auton akkujen rakentaminenPatentoitu sekoituselementti varmistaa, ettei ProMotive EFB -akussa pääse tapahtumaan hapon kerrostumista. Lue nyt artikkelimme, jotta saat selville, miten tämä toimii ja mitä etuja se tuo mukanaan.
-
Kuorma-autojen akkujen varauksen hyväksymisen merkitysAkut, joissa on suuri käynnistysvirta (CAA) ja riittävä kapasiteetti (C20), takaavat kaluston luotettavan toiminnan. Kerromme miksi.
-
Lomakauden akkuvinkkejäValmistaudu matkallesi. Tutustu hyödyllisiin vinkkeihin ja nikseihin, jotta saat parhaan hyödyn akuista vapaa-ajallasi ja voit aloittaa loman parhaalla mahdollisella tavalla.
Onko kysyttävää?
-
Hyödynnä VARTA Akkujen etsimistä löytääksesi ajoneuvoosi sopivan akkutuotteen.
. -
VARTA -tiimi tarjoaa sisältöä.
-
VARTA -tiimi tarjoaa sisältöä.