Embedded Files
Elektrisõidukeid on tänapäeval väga erineva suuruse, võimsuse ja hinnaklassiga. Ühised agregaadid on neil kõigil elektrienergiat salvestav veoaku ja elektrimootor. Erisused tekivad elektrimootori ühenduses jõuülekandesse, energia salvestuse/kasutuse loogikast ning veoaku laadimise võimalustest.
Alljärgnevalt tutvume erinevate lahenduste, nende eeliste ja puudustega.
Materjali läbitöötamiseks kulub hinnanguliselt 10 akadeemilist tundi.
Õpiobjekt sisaldab teooria osa ning õpiobjekti lõpus kahte sorti enesekontrolli küsimusi.
Kordamisküsimused on rohkem avatud küsimused ning nendele vastates suudad mõtestada elektrisõiduki üldisemat ehitust.
Rohelisel taustal enesekontrolli testid on rohkem konkreetse õppeteema kohta ning faktipõhised.
Teema võib lugeda omandatuks kui oskad vastata kordamisküsimustele ning enesekontrolli testi õigeid vastuseid on üle 80%.
Elektriauto liigitus:
Elektriauto liigitus:
Kõrvalolevast joonisest on näha, et elektri jõul liikuvate sõidukite liigitus on tehnilises vaates väga erinev.
Ühised nimetajad on kõigil elektrit talletav veoaku ning elektrimootor. Samuti juhtplokk, mis asub aku ning elektriajami vahel ning kontrollib elektrivoolu liikumist.
Erisused tekivad elektrimootori ühenduses jõuülekandesse, energia salvestuse/kasutuse loogikast ning veoaku laadimise võimalustest.
Suuremad iseärasused tekivad hübriidide juures. Lisaks tehnilistele erisustele kasutavad osad tootjad hübriidi mõistet ka reklaamina (mikrohübriid).
Tehnikuna pole väga suurt vahet, millist tüüpi elektrisõiduk remonti/hooldusesse tuleb- kõigis neis on kasutuses kõrgepinge ning neisse tuleb suhtuda ühte moodi. Nende ohutustamise ja remondi reeglid ning loogika on samad.
Veoaku ja elektriajamiga sõiduk BEV (Battery Electric Vehicle )
Veoaku ja elektriajamiga sõiduk BEV (Battery Electric Vehicle )
Akutoitega elektrisõiduk saab edasiliikumiseks vajaliku jõu veoakust ja elektriajamist (mootorist). Sellisel sõidukil puudub sisepõlemismootor ning veoaku laadimiseks tuleb ühendada auto välise energia allikaga.
Olenevalt sõidurežiimist, annab akule lisaenergiat juurde ka regenereeriv pidurdus- tavapäraselt pidurite poolt soojuseks muudetava energia asemel kasutatakse pidurdamiseks sõiduki elektrimootorit ning selle käigus tekkiva elektrienergiaga laetakse veoakut. "Mootori pidurduse" ajal pannakse elektrimootor tööle kui generaator. Sõltuvalt sõidustiilist võib sellisel moel sõites pikendada sõidu ulatust üle 10%. Muidugi kasutatakse pidurdamiseks ka tavapäraseid pidurisadulaid ja pidurikettaid, aga seda madalamatel kiirustel ja äkkpidurduse korral.
Elektrisõiduki eelised:
ei tooda sõites mitte mingisuguseid heitgaase ega suurt müra
keskkonna sõbralik
väikesed hoolduskulud- puudub vajadus mootori vedelike vahetuseks
väga hea kiirendus - elektrimootor arendab pöördemomendi väga kiirelt väikestel pööretel
paljud soodustused linnades- tasuta parkimine, ostutoetus, sõit bussi rajal jne...
suhteliselt soodne "kilomeetri" hind - ca 2 EUR/100 km
töökindel - puuduvad mitmed keerukad süsteemid, mis on omased sisepõlemismootoriga autodel
Elektrisõudki puudused:
sõidu pidev ette planeerimine- väikesed sõiduulatused (keskmine sõiduulatus ca 200 km)
kõrge ostuhind
kõrge hinnaga veoaku vahetus
pikk laadimisaeg
laadimiseks vajaliku elektrivõrgu olemasolu- laadija, pistikud, elektrivõrgu võimsus
suhteliselt väike mudelite valik
talvine sõit Eesti oludes - salongi kütmisele kuluv energia vähendab tunduvalt sõidu ulatust
kortermajades laadimisvõimaluse puudumine
Nissan Leaf
Pildi allikas: https://bit.ly/3xZV57s
Pildi allikas: https://i.makeagif.com/media/11-22-2015/liz_nU.gif
SOBIVUS:
Puhtalt elektrilise ajamiga sõiduauto sobib ennekõike inimestele:
kes sõidavad linnas - maantee kiirustel ei ole elektriauto väga ökonoomne;
kes sõidavad iga päev suhteliselt kindlat teed mööda- kodu-kool-töökoht;
kes elavad eramajas- kodune kiire laadimine nõuab elektrivõrgult piisavalt võimekust (3 faasilist voolu ning piisavalt ampreid);
kelle töökohas on olemas elektrisõidukite laadimise võimalus- vähendab oluliselt kasutuskulusid ning suurendab sõiduulatust;
kellel on väike pere - ca 40 000 Eur maksvad elektriautod on üldjuhul mõeldud linnaautoks ja seetõttu on nad mõõtmetelt suhteliselt väikesed. Suuremale perele mõeldud elektrilised sõidukid aga maksavad juba 80 000 Eur ja rohkem. Viimaste puhul kaob ära, suurenenud ostuhinna tõttu, tema odavus võrreldes sisepõlemismootoriga sõidukiga.
Elektrimootoriga sõiduki ehitus on skemaatiliselt päris lihtne.
LAADIJA- vajalik veoaku laadimiseks välisest voolu allikast.
VEOAKU- aku kus talletatakse elektrienergiat. Laetakse läbi laadija vooluvõrgust või ka pidurdamise ajal kasutades regenereerivat pidurdust.
VAHELDI- elektrisõiduki "juhtaju", mis jagab ja suunab elektrivoolusid. Samuti muudab ta aku alalisvoolu (DC) elektrimootori poolt tarbitavaks vahelduvvooluks (DC) ja vastupidi.
ELEKTRIMOOTOR- muudab elektrienergia mehaaniliseks energiaks mis omakorda liigutab sõidukit.
ÜLEKANNE- kuigi elektrimootor töötab päris suurtes pööretevahemikes ning elektriauto otseselt mingisugust ülekannet ei vaja, kasutatakse siiski lihtsa ehitusega ühe/kahekäigulisi ülekandeid. Seda tehakse elektrimootori sujuvamaks tööks ning suurtel kiirustel mootori pöörete (müra) vähendamiseks.
Reaalse sõiduki küljes on lisaks eelmainitutele ka veel kontrollahelad, 12V aku lisaseadmete käitamiseks ning erinevad turvalülitid.
Skeem:
Kas oskate seletada, miks osad nooled on kahesuunalised?
Regenereeriva pidurduse ajal hakkab elektrimootor tööle generaatorina, mis omakorda laeb akut. Vaheldit on vaja, et muuta sõidu ajal akust tulev DC (alalisvool) mootorile vajalikuks AC (vahelduvvooluks). Regenereeriva pidurduse ajal toimub vastupidine - AC/DC.
Juuresolevalt pildilt on hästi näha elektrisõiduki üks väga suur eelis - lihtne ehitus. Autol puuduvad tavapärane kütusepaak ja sisepõlemismootor. Samuti kõik vajalikud reservuaarid ja abiseadised.
Akupakk on paigutatud üldjuhul sõitjateruumi põranda alla. See tagab madala raskuskeskme ja seeläbi üldist elektriauto massi arvestades küllalti hea juhitavuse.
Nissan Leaf:
Pikkus: 4445 mm
Tühimass 1521 kg
Elektrimootor: 80 Kw, 280 Nm, esivedu
Kiirendus 0-100 km/h: 9,0 s
Aku: 24 KWh, 360 V
Mõtlemiseks:
Mõtlemiseks:
Mitu Ah on ülalkirjeldatud Leafi aku?
Mitu Ah on ülalkirjeldatud Leafi aku?
Kui kaua saab arvutuslikult antud akuga järjest kiirendada?
KWh= V x Ah Ah = KWh / V Ah = 24000 Wh / 360= 67 Ah
24 KWh aku suudab 80 Kw mootorit arvutuslikult töös hoida: 24 / 80 = 0,3h = 18 minutit "gaas põhjas" sõitmist
Antud arvutus on umbkaudne ja ei näita tegelikku suurust. Päris elus lisanduvad juhi sõidustiil, autorataste ja ülekannete hõõrdejõud, välisõhu- ja akude temperatuur, aku tühjenemisel tekkivad sooja/energia kaod ning paljud muud tegurid. Küll aga saab antud loogikat kasutades elektrisõidukite sõiduulatusest aimu.
Antud aku/mootori komplektsuses sõidab tehaseandmete (EPA) järgi sõiduk 135 km. Proovime arvutada sõiduulatust kui arvestame 100 km/h puhul energiakuluks ca 15 kwh/100km
24KWh / 15KWh = 1,6 100 x 1,6= 160 km
Kui arvestada eelmainitud lisateguritega ning teadmisega, et aku pole kunagi 100% laetud, siis on saadud tulemus täiesti reaalne.
Kütuselemendi ja elektriajamiga sõiduk FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle)
Kütuselemendi ja elektriajamiga sõiduk FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle)
Vesinik-elektrisõiduk või vesinik kütuseelemendiga elektrisõiduk (FCEV - Fuel Cell Electric Vehicle) on elektrisõiduk, mis kasutab elektriajami jaoks vajaliku elektri saamiseks kütuseelementi. Enamus juhtudel on sõidukis olemas ka veoaku (superkondensaator).
Vesinik- kütuseelemendiga sõiduk toodab endale vajamineva elektrienergia ise ning ei vaja seetõttu välist toiteallikat (va. vesiniku tankimine).
Kütuseelemendid toodavad elektrit kasutades tavaliselt õhust pärit hapnikku ja kokkusurutud vesinikku. Enamik kütuseelemendiga sõidukeid klassifitseeritakse heitmeteta sõidukiteks- töö käigus eraldavad nad ainult vett ja soojust.
Vesiniktehnoloogiat arendavad mitmed autotootjad, kuid praegusel hetkel (2021) Pakutakse turul klientidele ainult 3 mudelit.
Vesinik-elektrisõiduki eelised:
sisepõlemissõidukitega võrreldes keskkonnaohutu- jääkproduktiks veeaur
kütuse "lõputu" hulk H2- vesinik on looduses enim leiduv element
kuna kasutatakse elektrimootorit, saavutatakse hea dünaamika
küllaltki suur kasutegur - vesinik kütuseelemendiga sõidukil ca 65%. Kaod tekivad ennekõike eralduvast soojusest ning voolu muundamisest vaheldis.
kiire laadimine - vesiniku paakide täitmiseks kulub ca 5 min. (võrreldav gaasiseadmega sõiduki täitmisega)
puhtalt elektrilisesõidukiga võrreldes pikk sõiduulatus - ca 400/500 km
vesiniktehnoloogiat saab ka muudes rakendustes kasutada - abigeneraatoritena, siseruumides töötavatel seadmetel (tõstukid)
Vesinik-elektrisõiduki puudused:
vesiniku transport ja ladustamine on keeruline
vesiniku enda tootmine on väga energiakulukas protsess- vähendab tunduvalt tema keskkonnaohutust.
väga keeruline ja uus tehnoloogia - uue asja arendamisega tekkivad probleemid
tootjale väga kallis tehnoloogia- arendustegevuseks kulub palju ressursse
seadusandlus- tüübikinnitused ja ohutuseeskirjad pole samad, mis sisepõlemismootoriga sõidukitel
olematu infrastruktuur - näiteks Eestile lähim tankla asub Riias
väga tuleohtlik - vesinik oma olemuselt on väga ebastabiilne gaas ja tahab kõigega reageerida (Hindenburgi õnnetus)
Pildi allikas: https://thumbs.gfycat.com/WateryNauticalDogwoodtwigborer-max-1mb.gif
Pildi allikas: https://cleantechnica.com/files/2020/12/Mirai-powertrain.jpg?width=1200&enable=upscale
Pildi allikas: https://bit.ly/3zroI23
Vesinik kütuseelemendiga sõiduki tööpõhimõte on alljärgnev.
Vesiniku paakidest liigub vesinik kütuse elementi.
Kütuse elemendis toimub vesiniku aatomi jagunemine ning seeläbi vabade elektronide liikumine (elektrivool).
Saadud vool suunatakse vahelduvvoolu võimendisse ning sealtkaudu juhtplokki/vaheldisse.
Juhtplokk/vaheldi muudavad alalisvoolu mootorile sobivaks vahelduvvooluks.
"Üleliigne" vool salvestatakse akus.
Kui kütuseelement välja arvata, on üldehitus ja tööpõhimõte väga sarnane elektrisõiduki omale.
Siiski on ka pildilt näha tema suur puudujääk. Lisaks tavapärasele elektrisõiduki akule on vaja mahutada ära veel ka vesinikupaagid. Seetõttu pole väiksemates sõiduautodes väga otstarbekas sellist lahendust kasutada.
Hübriidajamiga sõiduk HEV (Hybrid Electric Vehicle)
Hübriidajamiga sõiduk HEV (Hybrid Electric Vehicle)
Kui veoaku ning elektriajamiga sõiduki ehk lihtsalt öeldes elektriauto ehitus ja tööpõhimõte on lihtne ja arusaadav (aku ja elektrimootor), siis hübriidajamiga elektrisõiduki ehk hübriidauto mõiste ja tööpõhimõte on mõnevõrra keerulisemad.
Euroopa Parlamendi ja nõukogu määrus (EL) 168/2013 on kirjas:
„hübriidelektrisõiduk” – on sõiduk, mis saab sõiduki mehaaniliseks käitamiseks energiat mõlemast järgmisest sõidukis paiknevast salvestatud energia/voolu allikast:
a) tarbitav kütus;
b) aku, kondensaator, hooratas/generaator või muu elektrienergia või -voolu salvesti.
Käesolev mõiste hõlmab samuti sõidukeid, mis saavad energiat tarbitavast kütusest üksnes elektrienergia/-voolu salvesti uuesti laadimiseks;
Paljud autotootjad on aga hübriidsõiduki mõistet reklaami ja turunduse eesmärgil natuke väänanud. Põhiolemus on sama - kasutatakse sisepõlemismootorit ja elektrimootorit, küll aga mitte võrdses mahus (näiteks Prius, kus sõiduki elektri- ja sisepõlemismootor on sama võimsad) vaid näiteks kasutatakse start/stop süsteemina, kus "elektrimootori" osa täidab tavaline 2 kw käiviti.
Suures pildis ja üldistades võib kokku võtta hübriidsõiduki olemuse- tegu on sõidukiga, millel on kasutusel sisepõlemismootor (otto- või diiselmootor) ning elektrimootor. Neid kasutatakse veojõu tekitamiseks koos või eraldi. Elektrimootor saab anda lisajõudu (kerghübriid) ja sisepõlemismootor saab laadida veoakut (sõidupikendiga autod).
Mõttetöö:
Kui sõita sisepõlemismootoriga sõidukiga käik sees kasutades starterit, kas siis on tegemist hübriidautoga? (antud tegevus rikub starterit väga palju!)
Start/stop/Mikrohübriid (Micro Hybrid)
Start/stop/Mikrohübriid (Micro Hybrid)
Kõige lihtsam ja vanem (VW katsetas juba 1983. aastal) hübriidsüsteem on tühitööväldik ehk start/stop süsteem.
Antud süsteem lülitab seistes mootori välja. Teoreetiliselt vähendab selline süsteem kütusekulu kuni 2-3%, linnaliikluses kuni 10%. Reaalses elus aga praktilist kokkuhoidu saavutada on väga raske ning sõltub suuresti juhi sõidustiilist ja liikluse üldisemast kulgemisest. Sõiduki käivitamiseks kulub alati rohkem energiat kui selle töös hoidmiseks. On kindlaks tehtud, et keskmise tavalise sõiduauto mootor tarbib käivitamiseks sama palju kütust kui ca 2 min. jooksul tühikäigul töötamiseks. Eestis on tavaline valgusfoori tsükkel 1,5 minutit ning sellest tulenevalt me iga käivitamisega pigem rikume loodust. Samuti on tühitööväldikuga sõidukil tavalisest suurem/tugevam starter ning aku (mõnel juhul ka väike lisaaku). Nende tootmiseks kulub aga rohkem toorainet, mis omakorda muudab küsitavaks antud süsteemi keskkonnasäästlikkuse.
Miks seda siis kasutatakse?
Start/stop süsteem on suuresti välja töötatud NEDC testitulemuste muutmiseks.
Kõrvalolevast tabelist on näha, et NEDC testi ajal kasutatakse kindlalt ettemääratud sõidustiili ja kiiruseid. Kiirenduste vahepeal on nö "valgusfoori taga seismise" osa, kus sõiduk reaalselt seisab (NEDC testi koguajast 23,7%). Sellel ajal heitegaaside vähendamiseks/eemaldamiseks lülitatakse mootor välja. Selle tulemusena saavutati tavaoludes näitena ca 200 g CO2/Km tootval autol näiduks ca 170 g CO2/Km.
Kuna testi tingimused ja tsüklid olid teada, said autotootjad lihtsasti programmeerida mootori juhtploki kõige paremini töötama (VW juhtum).
Tühitööväldiku (start/stop) süsteemi osad:
Mootori juhtplokk - reguleerib start/stop süsteemi tööd.
DC/DC pingestabilisaator - mootori seiskudes jäävad paljud lisaseadmed sõidukis tööle N; raadio, tuled, näidikuplokk, salongipuhur jne.. Mootori uuesti käivitamise ajal pinge langeb ning sel hetkel pingestabilisaator (sisuliselt kondensaator) kompenseerib pinge langu.
Aku - start/stop süsteemiga sõidukitel on tavapärane 12V aku. Pidevate käivituste tõttu kasutatakse sellisel puhul kas EFB või AGM süvatsükli akusid.
Käiviti (starter) - start/stop süsteemi starter on mõnevõrra teistsuguse ehitusega:
a) süsteemis kasutatakse tavapärasest võimsamat mootorit, mis võimaldab starteri ja mootori ülekande teha aeglasemaks. 90% starteri kulumisest tekib mitte käivitamisel, vaid peale käivitust starteri seiskumisel. Kuna starter töötab aeglasematel pööretel, on seiskumine kiirem ning kulumine väiksem;
b) plastikust starteri hammasrataste asemel kasutatakse metallist hammasrattaid;
c) tavapäraste pukside asemel kasutatakse nõellaagreid;
d) starteri tõmberelee ehitus on erinev. Tavapäraselt ühendab tõmberelee starteri hoorattaga ning lülitab seejärel sisse starteri mootori. Start/stop süsteemiga starteril on need funktsioonid eraldatud. Üks relee juhib käiviti mootori voolu/lülitust, teine ühendust hoorattaga. Seeläbi väheneb ka käivitushetke voolutarve ning lisaseadmetele jätkub rohkem.
e) käivitushetk on ECM (mootori juhtploki) poolt rohkem juhitud. Kuna mootori juhtplokk teab täpselt silindrite asetust, saab ta süüdata kohe selle silindri, mis järgmisena tuleb (tavapäraselt peab mootor tegema 1 täistiiru et käivitada 1 silinder TDC). Sellisel moel on käivitus aeg ca 0,3 sekundit.
Manuaalkasti puhul neutraalkäigu ning siduri asendi andur- nende info järgi saab süsteem aru, millal auto seisab ning millal juht plaanib uuesti liikuma hakata.
Rataste pöörlemissageduse andurid - kas Halli või MRE andurid. Nende täpsuse tõttu saab juhtplokk aru sõiduki liikumisest ja seiskumisest.
Väntvõlli asendiandur - tavapärase süütehetke määramise asemel peab tema infost selguma ka seisva mootori silindrite asetus, et süüdata vajadusel kohe järgmist silindrit. Selleks kasutatakse kahte/kolme Halli andurit kokku ehitatuna. Nende signaalide omavahelisel võrdlemisel saab mootori juhtplokk väga täpselt aru kolbide asetusest.
Generaator - mõningatel juhtudel (PSA grupp) kasutatakse startergeneraatorit ehk tavapärane generaator pannakse mootori käivitus hetkel tööle elektrimootorina mis aitab starterit.
Pildi allikas: https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0965856417312831-gr2.jpg
Pildi allikas: https://bit.ly/3pZ5v3v
Tühitööväldik ehk start/stop süsteem ei tööta kui:
sõiduk liigub
mootori jahutusvedeliku temperatuur on madal (alla 40 C)
sees on tagurpidi käik
mootoril on mingi tõrge- põleb mootori veakoodi märgulamp
diiselmootoriga sõidukil toimub kübemefiltri (DPF) puhastustsükkel
auto aku pinge/laadimispinge on madal
juhiuks on lahti
juhi turvavöö pole kinnitatud
esi/tagaklaasi soojendus töötab
kasutatakse intensiivselt kliimaseadet (nt. väga palava ilma puhul)
Kerghübriid mHEV (Mild-hybrid)
Kerghübriid mHEV (Mild-hybrid)
Kerghübriid sõiduk on oma olemuselt tavapärane sisepõlemismootoriga sõiduk, milles elektrimootor toetab sisepõlemismootorit kiirenduste/käivituste ajal. Üldjuhul täiesti elektrijõul kerghübriidid liikuda ei saa.
Kerghübriidiga saavutatav kütuse kokkuhoid võrreldes samaväärse sisepõlemismootoriga on ca 15%.
Kõige levinumaks kerghübriidi lahenduseks on 48V süsteem, mis on integreeritud auto starter-generaatori külge.
Kerghübriidi eelised:
elektrimootor aitab sisepõlemismootorit siis kui ta kõige rohkem kütust kulutab- kiirenduste ajal
saab regenereeriva pidurduse kaudu energiat "tagasi"
täishübriidiga võrreldes lihtne ehitus
ruumikam auto- akud on väikesed
Ferrari, Koenigsegg, Mclaren ja teised superautode tootjad kasutavad kerghübriid lahendusi paremate dünaamika näitajate saavutamiseks. Sarnane F1 KERS süsteemile. Selliste lahenduste puhul võivad kasutatavad aku pinged olla kuni 800 V!
Ferrari La Ferrari:
Sisepõlemismootor : 6.3 l V12
Võimsus: 800 hp @ 9,000 rpm (597 kW)
Pöördemoment: 700Nm @ 6,750 rpm
Elektrimootor: 161 hp (120 kW)
Elektrimootori pöördemoment: 270 Nm @ 0 rpm
Käigukast: 7-käiguline automaat
Vedavad rattad: Tagavedu
Kerghübriidide lahendused:
Starter-generaator rihmülekandega:
Sellistel juhtudel pannakse tavapärane generaator tööle kiirenduste ajal elektrimootorina. Saavutatav lisavõimsus jääb 10kw ja 50Nm kanti. Kasutatakse hästi pingul kiilrihma (pildil) või hammasrihm ülekannet.
Starter/generaator/hooratas:
Sellistel juhtudel kasutatakse elektrimootori "rootorina" sisepõlemismootoori hooratast. Süsteem on keerukama ehitusega, kuid puuduvad igasugused rihmülekanded. Regenereeriva pidurduse efektiivsus on tänu suurtematele mähistele samuti suurem. Saavutatav lisavõimsus ca 15 Kw ja kuni 200 Nm!
Täishübriid HEV (Hybrid Electric Vehicle)
Täishübriid HEV (Hybrid Electric Vehicle)
Täishübriid sõidukil on kaks täiesti võrdse võimsusega jõuallikat. Üks sisepõlemismootor ja teine elektrimootor. Olenevalt sõidurežiimist, saab sõiduk liikuda ainult sisepõlemismootoriga, ainult elektrimootoriga või nende omavahelises koostöös.
Hübriidautode laialdase arendamisega hakati tegelema 2000. aastate alguses. Alates 2008 aastast pidi uute sõidukite heitenorm vastama Euro 6 nõuetele. Tavapäraste sisepõlemismootorite ja selle lahendustega, eriti just diiselmootoril, oleks väga raske etteantud nõudeid täita. Tõstes kütuse rõhku ja kasutades veel täpsemaid pihusteid see küll õnnestuks, aga see teeks müüdavad sõidukid tunduvalt kallimaks. Seetõttu otsustasid paljud autotootjad, eesrinnas Toyotaga kasutada väikest sisepõlemismootorit koostöös elektrimootoriga. Elektrimootorist saadav pöördemoment tagab küllaldase kiirenduse ning väikene bensiinimootor ei kuluta palju kütust. Samuti ei pea kasutatavad akud olema nii suured ja kallid kuna nende tühjenemisel saab kasutada laadimiseks sisepõlemismootorit.
Tänapäeval on enamus autotootjatel valikus ka hübriidsõidukid.
Kõigile teada-tuntud näide täishübriidautost on Toyota Prius.
Esimene seeriatootmises olev Prius tuli müügile 1997. aastal. Meile tuntud teise põlvkonna Prius tuli turule 2003. aastal. Nüüdseks 2018. aastast on Toyotal müügis neljanda põlvkonna Prius.
Kokku on Toyota valmistanud üle 4 miljoni Priuse.
Üldehituselt on nad kõik sarnased. Tehnika ja akude arenguga on muudetud neid võimsamaks ja efektiivsemaks.
Tehnilised andmed Prius 2021:
Sõiduki täismass: 1790 kg
Sisepõlemismootor: 1,8l 142 Nm 72 Kw
Elektrimootor: 163 Kw 53 Kw
Kombineeritud koguvõimsus: 90 KW*
Jõuülekanne: eCVT
*hübriidautode juures ei saa võimsusi arvutades lihtsalt SPM ja ELM kokku liita. Sisepõlemismootor laeb ka generaatori kaudu akut ning elektrimootori võimsuse määrab aku laetus ning seeläbi akust/generaatorist tulenev voolu hulk.
Pildi allikas: https://toyota.us/3iKINdX
Priuse akupakk: lithium-ion, 95 aku elementi, Kogupinge 351 V, mahtuvus 8,8 kWh. Sõiduulatus puhtalt elektriga ca 40 km.
Elektrimootor on ühendatud parallelselt sisepõlemismootoriga:
Mõlemat jõuallikat saab kasutada koos ning mõlema jõuallikaga saab sõita iseseisvalt. Erinevalt tootjast on kasutusel erinevad lahendused. Toyota näiteks kasutab kaht eraldiseisvat elektrimootorit jõuülekande sees. Üks neist töötab põhiliselt elektrimootorina, teine starter- generaatorina. Toyota hübriididel puudub tavapärane starter. Mootori otsas asub ainult kliimakompressor ja selle käitamiseks vajalik rihmülekanne (uutematel see ka elektriline).
Hyndail on jõuülekandes üks mootor ja starter-generaatorina kasutatakse tavapäraselt mootori küljes asetsevat rihmülekandega generaatorit.
Toyota süsteemi erinevused võrreldes ühe mootori kasutamisega käigukastis on:
järsult kiirenduselt (elektrimootor töötab täisvõimsusel) järsult pidurdamisele üle minnes (elektrimootor hakkab tööle generaatorina) ei pea muutma kogu süsteemi juhtimist ja välditakse "augu" teket. Kahe mootoriga variandis töötab üks mootor veomootorina, teine rohkem generaatorina.
kahe eraldi mootori pöörete arvu ja võimsuse muutmisega (vaata videot) saavutatakse ülekandearvu muutus. Sarnaselt tavapärasele CVT kastile puudub siin igasugune rihm/kettülekanne.
kasutades planetaarülekannet ja sisuliselt "1 käiku" saavutatakse 20% vähem energiakadusid jõuülekandes.
kogu koost on võrdlemisi kompaktse ehitusega.
mootori küljes ei ole tavapärast generaatorit
Uuem Toyota süsteem. Kahe elektrimootoriga. eCVT ülekanne
Vanem Toyota süsteem. Kahe elektrimootoriga.
Hyndai jõuülekanne. Ühe 38 kw elektrimootoriga. 6. käiguline automaat
Videos on juttu ülekande detailidest ning 9. erinevast sõiduolukorrast.
e- 4WD ehk jagatud veoskeemiga hübriid.
Tavapäraselt kasutatakse sellise lahenduse puhul esisillas sisepõlemismootorit ning tagasillal elektrimootorit/ elektrimootoreid.
Akude ja elektrimootorite paigutuse tõttu kasutatakse seda lahendust suurtemate maasturite puhul. Näiteks Toyota Rav4, Volvo Xc 90.
Volvo XC90 T8 andmed:
Sisepõlemismootor: 2,0 l 233 kW 400 Nm
Elektrimootor: 65 kW 240 Nm
Kombineeritud võimsus: 295 kW
Lithium ion aku, 6,5 Ah 400 V
Pildi allikas: https://bit.ly/3gxHDji
Pildi allikas: https://toyota-club.net/files/faq/19-10-10_faq_e-four_4wd/e4WD_view.png
Kellele sobib puhtalt hübriidauto?
Tavapärane hübriidauto on iselaaduv elektrisõiduk. Välisest vooluvõrgust teda laadida ei saa.
Seetõttu sobib hübriidsõiduk inimesele, kes kasutab ära mõlema mootori poolt pakutavad eelised. Näiteks suurlinna ääres elavale perele. Sellisel juhul hommikul maanteel linna sõites töötab bensiinimootor- auto läheb ilusti soojaks ja akud laetakse täis. Seejärel linnavahel sõites ning ummikutes jõnksutades saab ära kasutada akupaki energiat ja liigelda ilma sisepõlemismootorita.
Hübriidsõiduki kasuteguri tõstmiseks on väga vaja korrigeerida oma sõidustiili. Lühikestel sõitudel ning ja järskudel kiirendustel töötab enamus ajast ottomootor. Sellisel juhul ei kasutata ära elektrimootori eeliseid ning hübriidiga kaasnev suurem mass (mootor, akud) suurendavad kütusekulu.
Täishübriid auto maksab samaväärsest sisepõlemismootoriga mudelist ca 8000 EUR rohkem.
ISESEISEV TÖÖ: leia 3 hübriidautot ja vaata nende reaalset kütusekulu.
Mõtlemiseks:
Mõtlemiseks:
Mitu km saab sõita 8000 EUR eest? Arvestage kütusekulu 8 l/100km ja hinnaks 1,4 EUR
8000/ 1,4 = 5700 l kütust 5700 /8'100=71250 km Keskmine eestlane sõidab aastas ca 15 000 km. Antud hinnavahega saab "tasuta" sõita 4,75 a!!!
Ülalmainitud arvutuses ei ole arvestatud elektrisõitu ja laadimise hinda.
Pistikhübriid PHEV (Plug in-hybrid)
Pistikhübriid PHEV (Plug in-hybrid)
Pistikhübriid on hübriidauto tüüp, kus akupakki saab laadida ka välisest toiteallikast. Üldehitus, sõlmed ja tööpõhimõte on samad, mis tavapärasel hübriidsõidukil. Ainukese erinevusena lisandub laadimispistik ning osadel juhtudel natukene suurem akupakk.
2020 BMW X5 PHEV andmed:
Sisepõlemismootor: 3.0 l 282 hp 450 Nm
Elektrimootor: 111 hp 266 Nm
Kombineeritud võimsus: 394 hp
Aku: Lithium ion, 24 kwh
Sõiduulatus ainult elektriliselt ca 90 km.
Kellele sobib?
Pistikhübriid kasutab ära mõlema mootori eelised. Elektrimootori saastevaba sõidu ning sisepõlemismootori kiire tankimise ning sõiduulatuse määramatuse.
Sarnaselt täishübriidile, sobib pistikhübriid eramajas (laadimisvõimalus) suurlinna läheduses elavale inimesele. Lisavõimalusena saab ootamatult sõita kuhu iganes- sisepõlemismootorit saab kiirelt tankida. Viimane omakorda juba laeb akut ning valmistab auto ette elektriliseks liikumiseks.
Pistikhübriid on ka hübriidlahendustest kõige kallim.
Pildi allikas: https://bit.ly/35pn57z
Sõidupikendi (Range extender Electric Vehicle)
Sõidupikendi (Range extender Electric Vehicle)
Sõidupikendiga elektriautod on ehituselt väga sarnased puhtalt elektrijõul liikuvale autole. Neil on küll olemas sisepõlemismootor, aga seda kasutatakse ainult veoakude laadimiseks.
Kasutatav sisepõlemismootor töötab täiesti autonoomselt, ning on tihtipeale väga väikese kubatuuriga ja efektiivne (töötab Atkinsoni tsükliga).
Kuna sisepõlemismootor töötab sõltumatult ja laeb ainult veoakusid, saab kasutada seal ka teisi lahendusi kui kolbmootor. N: osad autotootjad katsetavad ka rootormootoreid.
BMW i3 2020 andmed:
Sisepõlemismootor: 0.65 l 34 hp 2 silindrit
Elektrimootor: 102 hp 270 Nm
Aku: 42,2 kWh 120 Ah 350 V
Sõiduulatus elektriliselt: ca 280 km
Pildi allikas: https://bit.ly/3wxrsJD
Pildi allikas: https://bioage.typepad.com/.a/6a00d8341c4fbe53ef022ad3b45e3a200b-550wi
Hübriidsõidukite hooldusvajadus?
Hübriidsõidukite hooldusvajadus?
Tavapärane arusaam elektrisõidukitest on, et neid on odavam hooldada. Hübriidsõidukitel on aga kaks mootorit- suhteliselt hooldusvaba elektriajam (ELM) ning tavapärane sisepõlemismootor (SPM). Viimane vajab regulaarset hooldust.
Toome alljärgnevalt välja iga süsteemi suurima erinevuse ning jälgimist vajava.
NB: Igal sõidukil on oma ettenähtud remondijuhend - intervall hooldutöö teostamiseks!
Mootor: Tavapärast SPM käivitatakse sisuliselt 2 x päevas. Hommikul ja õhtul. Mistahes hübriidsõiduk aga võib sõidu ajal sisse/välja lülituda kümneid kordi. See kõik kulutab mootorit ja käivitit rohkem kui tavaliselt.
Lisaks seab mistahes hübriidlahendus väga kõrged nõuded mootoriõlidele. Kui tavaliselt tekib töötava mootori pindadele õlikile kiht (kõrvaloleval pildil sinine osa- 0.007 mm paks!) ja kaks metallpinda omavahel kokku ei "puutu", siis mootori seiskudes õlikile kiht igakord katkeb. Uuesti käivitades mõjuvad detailide kokkupuutepindadele, aga tohutud koormused (metallide vahelisele õlikilele mõjuvad jõud on 1 mm2 kohta ca 50 tonni ning temperatuur võib tõusta tekkiva koormuse tõttu üle 400 C. Kõik need äärmuslikud tingimused kiirendavad mootoriõli kiiremat vananemist ning seab selle spetsifikatsioonidele suured nõudmised.
Näitena kasutatab Toyota 0w-20 õli, mis on "tavaõlidest" kõrgema hinnaga.
Pidurid: Hübriidautod kasutavad sarnaselt elektrisõidukitele regenereerivat pidurdust. Piduriklotside/ketaste kaudu pidurdamine toimub põhiliselt madalatel kiirustel ja järsul pidurdamisel. Seetõttu teevad hüdropidurid tavapärasest vähem tööd. Eestis on sõidukite piduri kolbide/liugurite kinnijäämine tavaline probleem. Vähese kasutuse tõttu on hübriididel oht veelgi suurem. Iga korrapärase hoolduse ajal tuleb hübriidsõiduki pidurid kriitiliselt üle vaadata.
Veermik: Veermikus võrreldes SPM sõidukiga suuri erinevusi pole. Nagu ikka on juhitavuse parandamiseks vedrustamata mass püütud hoida võimalikult madalal. Seetõttu suuremõõtmeliste velgede ja ohtra alumiiniumi kasutamisel vedrustuse liigendites ei pea vedrustuselemendid meie kliimas vastu.
Varuosad: Veermikudetailid on üldjuhul samad, mis SPM mudelitel. Varuosade probleem tekib kõrgepingesüsteemi juures. Originaalvaruosad (vaheldi, aku jne...) maksavad väga palju. Odavamat alternatiivi/kasutatud varuosa kasutades võib tekitada hoopis uued vead. Nii ohutuse kui seadme toimimise tõttu. Siiski võib välja tuua, et nii Nissanil, Toyotal kui ka teistel tootjatel pole väga palju probleeme elektrilise osaga olnud. Suuresti on see tänu sellele, et seal sisuliselt puuduvad liikuvad osad. Enamus probleeme on tarkvaraliselt lahendatavad ning teostatavad sõiduki garantiiajal.
Teenindus ja remont: Nagu eelmainitud varuosade saadavusest selgus, tekib põhiline probleem defekteerimise ja remondi osas. Kõrgepingeseadiste remont nõuab omaette pädevust nii tehnikult teadmiste osas kui ka töökohalt seadmete poolest.
Hübriid- ja elektrisõidukite mõtteline jaotis arvestades elektrimootorist tulenevat lisavõimsust. Rohelisega on märgitud arvutuslik kütuse sääst!
Pildi allikas: https://bit.ly/3zzCobI
Kordamisküsimused:
Kas oskad liigitada elektri- ja hübriidsõidukeid?
Kas oskad nimetada iga elektrisõiduki tüübi eelised ja puudused?
Kas oskad kirjeldada erinevate elektrisõidukite veoskeemi ja tehnilist lahendust?
Nimeta mikrohübriidide lahendusi? Kas need säästavad reaalselt ka loodust?
Millised probleemid võivad ette tulla elektrisõidukite hooldusel?
Page updated
Report abuse