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. Nykyään, yli 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.
Yhä monimutkaisempi moottoritekniikka ja samalla tiukentuneet päästömääräykset ovat saaneet aikaan teknologisen harppauksen, joka on johtanut nykyiseen voimansiirron sähköistymiseen. Kaikki markkinoilla olevat sähköajoneuvot eivät kuitenkaan ole samanlaisia. Vaatimuksista ja ajoneuvosegmentistä riippuen sähkökäyttöiseen liikkuvuuteen on olemassa erilaisia lähestymistapoja.
Mikä on xEV?
- HEV – Hybridiauto
- PHEV – Ladattava hybridisähköauto
- BEV – Täyssähköauto
- FCEV – Polttokennoauto
Hybridiautot. Molempien maailmojen parhaat puolet?
Käsite hybridi tarkoittaa vain sitä, että ajoneuvo käyttää useampaa kuin yhtä energialähdettä. 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 paljon energiaa vaativille sovelluksille. Vaikka näitä kahta järjestelmää kutsutaankin jo hybridiksi, niistä puuttuu ratkaiseva ominaisuus, joka on pitkään liitetty "hybridisähköautoihin": puhtaasti sähköllä ajaminen ilman polttomoottorin apua.
Täyshybridiautojen ja ladattavien hybridiautojen välinen ero
Hybridisähköauto kuvaa itse asiassa kahta eri käsitettä: täyshybridisähköauto (FHEV, yleensä lyhenne HEV) ja ladattava hybridiauto (PHEV). Näistä molemmille on yhteistä se, että ajoneuvoissa on korkeajännitteinen litiumioniakku, joten niillä voidaan ajaa puhtaasti sähköllä.
Näiden kahden järjestelmän välinen eri on korkeajännitteisen akun latausstrategiassa. Hybridiauton akku voidaan ladata yksinomaan polttomoottorilla tai jarrutusenergian talteenotolla (B-tila). Ladattavan hybridiauton akku voidaan ladata myös latausasemalla, kuten täyssähköautonkin, mistä termi "Plug-in" tai ”ladattava” johtuu. Koska latausmahdollisuudet ovat rajalliset, hybridiauton käyttöakun kapasiteetti on yleensä pienempi kuin ladattavan hybridiauton. Akun pienemmän kapasiteetin vuoksi myös puhtaasti sähköllä kuljettavat matkat ovat hybridiautolla lyhyempiä kuin ladattavalla hybridillä.
- 12 voltin akku
- DC/DC-muunnin
- Korkeajänniteakku
- AC/DC-muunnin
- Korkeajännitteinen ajomoottori
- Bensiini- tai dieselsäiliö
- Sisäinen polttomoottori
Ladattavan hybridisähköauton runko, jossa on pienempi polttoainesäiliö, mutta suurempi akku ja sille ulkoinen latausportti pidemmän sähköisen toimintasäteen saavuttamiseksi.
- 12 voltin akku
- DC/DC-muunnin
- Korkeajänniteakku
- AC/DC-muunnin
- Korkeajännitteinen ajomoottori
- Bensiini- tai dieselsäiliö
- Sisäinen polttomoottori
- Sähkövirtalähde (latausasema/seinälaturi)
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.
Hybridi- ja ladattavien hybridiautojen hyvät ja huonot puolet
- Polttoaineen kulutuksen vähentyminen ja siten alhaisemmat käyttökustannukset
- Päästötön paikallinen ajo
- Suuri vääntömomentti sähkömoottorin kautta käynnistettäessä ja kiihdytettäessä
- Vähäisemmät melupäästöt pelkän sähköisen ajon aikana
- Kalliimpi kuin vastaava ajoneuvo, jossa on pelkkä polttomoottori
- Monimutkaisempi 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
Nykyään kaikki merkit viittaavat siihen, että sähköiset voimansiirtojärjestelmät ovat tulevaisuuden käyttövoimajärjestelmä. Vielä ei kuitenkaan ole selvää, mikä energian varastointijärjestelmä menestyy parhaiten. 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.
Vetoakkujen teknisen kehityksen painopiste on edelleen energiatiheyden kasvattamisessa. Tavoitteena on tehdä akuista pienempiä ja kevyempiä, mutta säilyttää sama kapasiteetti eli ajoneuvon sama 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 täyssähköajoneuvojen (BEV) ja polttokennosähköajoneuvojen (FCEV) voimansiirtoarkkitehtuuri on pitkälti vertailukelpoinen.
- 12 voltin akku
- DC/DC-muunnin
- Suuri korkeajännitteinen LiIon-akku
- AC/DC-muunnin
- Korkeajännitteinen ajomoottori
- Sähkövirtalähde (latausasema/seinälaturi)
.Polttokennoauto (FCEV) käyttää vetyä sisältävää säiliötä, polttokennoa ja pientä Li-ion-akkua välivarastona sähkökäytön voimanlähteenä
- 12 voltin akku
- DC/DC-muunnin
- Suuuri korkeajännitteinen Lilon-akku
- AC/DC-muunnin
- Korkeajännitteinen ajomoottori
- Polttokenno
- Vetysäiliö
Täyssähköautojen ja polttokennoautojen hyvät ja huonot puolet
- Huonompi voimansiirto kuin hybridiautossa, siten mahdollisesti pienemmät ylläpitokustannukset
- Suuri vääntömomentti ja hyvä ajodynamiikka puhtaan sähkökäytön ansiosta
- Päästötön paikallinen ajo
- Täyssähköauton kanssa: Alhaiset käyttökustannukset yksityisen aurinkosähköjärjestelmän yhteydessä
- Vetytankkausasemien ja latausasemien verkosto ei ole yhtä kattava kuin perinteisillä bensiiniasemilla
- Täyssähköauton "tankkaus" kestää pitkään
- Monet mallit soveltuvat vain osittain pitkien matkojen ajamiseen
- Ilman tukia kalliimpia kuin vastaavat polttomoottorilla varustetut perinteiset ajoneuvot
Jokaiseen sähköajoneuvoon sisältyvä pienjännitejärjestelmä
Ajoneuvon 12 V:n verkko syöttää virtaa mukavuustoimintoja, ohjausyksiköitä, antureita ja toimilaitteita varten.
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 vuoksi.
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.
Artikkelin tiedot
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 vapaa-ajan akkuja koskeviin hyödyllisiin vinkkeihin ja nikseihin, jotta lomakausi voi alkaa parhaalla mahdollisella tavalla.
Kysyttävää?
-
Hyödynnä VARTA-akkuhakua löytääksesi ajoneuvoosi sopivan akkutuotteen.
-
VARTA -tiimi tarjoaa sisältöä.
-
VARTA -tiimi tarjoaa sisältöä.