KOMPONENDID JA JUHTSÜSTEEMID
Alljärgnevas õppematerjalis vaatleme põhilisi elektrisõidukite komponente.
Erinevad tootjad kasutavad mitmesuguseid erilahendusi, küll aga jääb komponentide tööpõhimõte ja üldehitus sisuliselt muutumatuks.
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%
Vaheldi (Inverter)
Elektrimootori juhtplokk ja vaheldi on kaks erinevad seadet.
Juhtplokk PCU (power control unit)- otsustab millal ja kuidas kasutada akusse salvestatud energiat. Tema töö on sarnane sisepõlemismootoriga sõiduki mootori juhtplokile.
PCU sisendsignaalid on: PCU väljundsignaalid on:
gaasipedaali asend % 1. Mootori pöördemomendi tõstmise käsklus
piduripedaali asend % 2. Mootoripidurduse käsklus
sõiduki kiirus
veoaku laetus
veoaku väljundpinge
veoaku väljundvool
elektrimootori kiirus
PCU annab oma juhtsignaali vaheldile.
Vaheldi (Inverter) - muundab akust tuleva alalisvoolu mootorile sobivaks kolmefaasiliseks vahelduvvooluks. Vastupidi ehk alaldina töötab see regenereeriva pidurduse ajal.
Nimetusi võib erinevas kirjanduses olla vaheldi kohta erinevaid: vaheldi, inverter, alaldi. Inverter on tuletatud ingliskeelsest sõnast, alaldi alalisvoolu tekitamisest ning vaheldi vahelduvvoolu tekitamisest. Kuna enamus ajast muudab ta alalisvoolu vahelduvvooluks on vaheldi nimetus kõige eestikeeles kõige korrektsem.
Enamus elektrisõidukitel on vaheldi ja mootori juhtplokk ehitatud kokku. Nad toimivad ühtse voolu jaotus/juhtimis/muundamise moodulina.
Vaheldi tööpõhimõte on küllaltki lihtne:
Alalisvoolust (DC) tehakse PWM* (pulsilaiusmodulatsiooni teel) vahelduvvool. Selle sagedust ja suurust saab küllaltki lihtsalt muuta ning seeläbi veomootori kiirust ja pöördemomenti muuta- elektrisõiduki "gaasi" andmine.
Elektrisõiduki möödumisel tekkiv undav hääl ei ole elektrimootorist, vaid on tegelikult vaheldi sees olevate transistorite hääl, mis lülituvad sekundis kuni 15 000 korda pidevalt sisse ja välja.
Vaheldis tekkiva voolu sagedus määrab ara veomootori pöörlemissageduse (rpm), voolutugevus (A) veomootori pöördemomendi. Erinevate faaside lülitusjärjestusest aga oleneb mootori pöörlemissuund.
Vaheldis voolu muundamisega kaasneb aga suur kuumus. Elektrisõidukite vaheldid on vedelikjahutusega. Suur kuumus tähendab aga seda, et tekivad energiakaod. Vaheldis voolu muundamisest (nii DC-AC kui pidurdamise ajal AC-DC) tekkivad kaod on kuni 20% kogu elektrisõiduki kadudest.
Alloleval pildil on näha, kuidas transistoreid sisse välja lülitades ja kasutades PWM juhtimist saadakse alalisvoolust sobiv vahelduvvool.
Pildi allikas: https://bit.ly/3l1vRl7
Pildi allikas: https://bit.ly/2Vf5ehQ
Väga üksikasjalik video vaheldi ehitusest.
PWM- ehk pulsilaiusmodulatsioon on üks elektrooniliste täiturite juhtimisviise. Seda kasutatakse tänapäeval väga paljude seadmete juhtimiseks.
N: sõiduautodel- O2 anduri soojendus elemendi juhtimiseks, etteandepumpade tootlikkuse juhtimiseks jne...
Lihtsalt PWM ehk impulss juhtimise tööpõhimõtet võib seletada nii:
Kuidas muuta ottomootori bensiinipumba tootlikust, kui on teada on, et pumba mootor töötab 12V-ga. Alla 12V mootor tööle ei hakka, aga kuidagi on meil vaja panna mootor "vähem" tööle.
Lahendus on mootorit pidevalt sisse välja lülitada. 12V ta töötab, 0V seisab. Tehes seda teadlikult ja kontrollitult, saamegi muidu 12V tarbivat ja ühtlast rõhku tootvalt bensiinipumbalt vähem tootlikust. (Pump vahepeal töötab, vahepeal seisab)
Impulssidena sisse/välja voolu lülitades saame väljundsignaaliks nende keskmise, tavapärasest madalama väärtuse!
Pildi allikas: https://bit.ly/3w5Xvzc
Veoaku (Traction battery)
Akude kohta üksikasjalikult saad lugeda peatükist "Akud ja laadimine"
Veoaku on kõrgepingeaku, millest saadakse energiat veomootori käitamiseks
Aku võib olla NiMh või Li Ion tehnoloogial.
Veoaku on elektrisõiduki kõige raskem ja kallim osa. Keskmiselt 500 kg ja 4000 EUR.
Erinevad tootjad kasutavad erinevaid lahendusi ning akutehnoloogiaid, kuid ülesehitus on neil kõigil sarnane. Veoaku koosneb väikstest akuelementidest, mis on omavahel ühendatud mooduliteks ning need omakorda ühtseks kõrgepinge akupakiks.
Näiteks:
Tesla 75 kW/h veoaku: Koosneb 16 eraldisesisvast moodilist, igaühes on 444 üksikut aku elementi (18650 ja 3,1Ah)- kokku 7104 elementi. Kogupinge 375V. Kaal 500kg
Nissan Leafi 40 kW/h veoaku: Koosneb 24 moodilist, igaühes 8 elementi. Kogupinge 350V, kaal 3.3kg
Mõtlemiseks:
Milleks kasutatakse elektrisõidukites kõrgepinge akusi ca 400V?
Vihje: Ohmi seadus, voolutugevus, juhtme ristlõike pindala.
Pildi allikas: https://thumbs.gfycat.com/WeeklyDelayedFirebelliedtoad-size_restricted.gif
Pildi allikas: https://bit.ly/3gXWlBs
Väga üksikasjalik video veoaku ehitusest.
Elektrimootor (Electric motor)
Elektrimootorite kohta üksikasjalikult saad lugeda peatükist "Elektri mootorid"
Enamus tänapäeva elektrisõidukite mootoritest on püsimagnetitega sünkroonmootorid (Prius, Leaf)
Eelised:
kiirus ei sõltu koormusest - töötab väga ühtlaselt
pöördemomenti ja kiirust saab lihtsalt muuta- sageduse muutusega
effektiivne
oma suuruse kohta võimas
lihtne generaatorina tööle panna- kasutada regenereerivat pidurdust
Staatori mähistes tekitatakse pöördmagnetväli, ning rootor hakkab kaasa liikuma vastavalt mähistes tekkivale magnetväljale. Rootori mähise magnet poolused "lukustavad" ennast staatori pöördmagnetvälja külge ja nii rootor kui staator liiguvad ühe kiirusega- sellest ka nimi, sünkroonmootor.
Mähistes tekkivat magnetvälja juhitakse faaside sageduse muutmisega - elektrisõidukites "gaasi" andmine
Puudused:
püsimagnet ei kannata vibratsiooni, kõrget temperatuuri ja ülekoormust.
aja jooksul magnetiseeritus võib väheneda
püsimagnetites kasutatav magnet (üldjuhul neodüüm) on haruldane muldmetall- selle saadavus ja hind on pidevas muutuses
asünkroonmootorist keerukam ehitus
mootori stardiks/töötamiseks on vaja keerukat juhtimissüsteemi ning resolverit/sünkroandurit.
Tesla kasutab oma sõidukites aga asünkroonmoootoreid.
Asünkroonmootorite eelised:
väga lihtne ehitus
võrdlemisi madal tootmis hind
töökindel
ei kasutata püsimagneteid
suure pöördemomendiga, eriti just madalatel pööretel
ei vaja püsimagneteid rootoris- EMJ (elektromotoorjõud tekib pöördmagnetvälja ja rootori libistuse kaudu)
Asünkroonmootorite puudused:
pole nii efektiivne võrreldes samaväärse sünkroomootoriga (libistuse tõttu kaob ca 3%)
suured voolu kõikumised
suure koormuse ja inertsimomendi (raske käivituse) korral venib käivitusprotsess pikaks, seetõttu kuumenevad mootori mähised käivitusprotsessis oluliselt
Pildi allikas: https://thumbs.gfycat.com/CorruptFlamboyantLeopardseal-max-1mb.gif
Tänapäeval kasutatakse aga elektrimootoreid, mis on nn. hübriidmootorid (reluktantsmootorid)
Nende rootoris on kasutusel ka püsimagnetid.
Nad käivituvad nagu asünkroonmootor- suure momendiga- ning teatud kiirusel saavutatakse sünkroonsus.
Ülekanne (Transmission)
Üheks suurimaks erinnevuseks võrreldes tavapärase sisepõlemismootoriga on elektrisõidukite käigukast, õigemini selle puudumine.
Sisepõlemismootor suudab vajaminevat kõrget pöördemomenti välja anda suhteliselt kitsas pöörete vahemikus. Tavaautol on see tihtipeale +-1000 pööret. Max. pöörete arv ottomootoril ca 6000rpm.
Elektrimootor aga suudab maksimaalset pöördemomenti välja anda praktiliselt kohe tööle hakates. Max. pöörete arv ca 17 000rpm (0-200km/h)
Elektrimootoriga sõiduk ei vaja vabakäiku, "tühikäigul" töötamiseks lülitatakse mootor lihtsalt välja.
Seetõttu ei vaja elektrilise mootoriga sõiduk mingit ülekandesüsteemi veojõu muutmiseks.
Küll aga kasutatakse elektrisõidukites üheastmelist pea ülekannet (Näiteks Leafil 7,9:1, Teslal 9,7:1) et vähendada elektrimootori pöörete arvu (muuta seeläbi sõitu vaiksemaks) ning suurendada tippkiirust.
Samuti ei vaja elektrimootoriga sõidukit tagurpidi käigu jaoks eraldi hammasratast. Tagurpidi sõitma hakkamiseks pannakse lihtsalt elektrimootor tagurpidi tööle.
Enamus elektrisõidukeid on ka avatud differentsiaaliga. Vajadusel rakendatakse ratta pidureid, et suunata veojõudu raskemini ringi käivale rattale- tekitatakse kuntslikult piiratud libisemisega differentsiaal.
Pildi allikas: https://bit.ly/3hb6ZUx
Avatud differentsiaal. Veojõudu piirab elektroonika!
Pildi allikas: https://bit.ly/2Sw5asS
Väga lihtne kaheastmeline ülekanne elektrimootori pöörete vähendamiseks.
Pildi allikas: https://bit.ly/3dF1pJd
Kõrgepingejuhtmed (Cables)
Kõikidel kõrgepingeseadiste karpidel ja katetel on kõrgepinge hoiatusmärk.
Aastast 2010 on kõik kõrgepingejuhtmed elektri- ja hübriidautodes tähistatud ORANZIGA.
Kõik kõrgepingejuhtmed (nii + kui - ) on autokerest täielikult eraldatud.
Kõrgepinge (oranžid) kaablid on tehtud materjalidest, mis võimaldavad nendest läbi juhtida väga suuri pingeid (kuni 1500V) ja voolutugevusi (kuni 1000A).
Tavatehnikul või elektrisõiduki omanikul on KEELATUD avada, sulgeda, mõõta või teha ükskõik mis töid kõrgepingesüsteemis.
Erinevate tööde läbiviimiseks peab tihtipeale omama vastava margi mudelipõhist väljaõpet.
Kuna elektriautos kasutatakse suuri pingeid ja palju erinevaid juhtimis ning monitooringu süsteeme (PWM) peavad kõrgepingejuhtmed olema ka hästi varjestatud- juhtmes liikuva voolu tekitatud magnetväli ei tohi mõjutada teisi süsteeme (näitena vanal autol raadio hakkab sahisema kui tagaklaasi soojendus sisse lülitada)
Pildi allikas: https://bit.ly/3qInuMh
Pild iallikas: https://bit.ly/3gY8HJZ
Elektrisõidukites leitavad hoiatusmärgid!!!
Pildi allikas:https://bit.ly/3dmxC7D
Lisaks on kõik kõrgepingejuhtmed ühendatud kontrollahelaga HVIL (high voltage interlock loop)
Need on nähtavad väikesed klemmid pildil. Nendest juhitakse läbi 12V aku pinge ning selle kaudu jälgitakse kõrgepinge ahela korrasolekut. Kui tekib mingisugune vigastus või pinge all pistiku avamine, lülitavad aku releed koheselt lahti ning kõrgepinge ahel katkeb.
Kuna elektrisõidukis on pidevalt erinevad temperatuuri olud ja vibratsioonid on kõik pistikud disainitud nii, et ilma inimese kaasabita neid lahti ei saa. Samuti on nad kõik veekindlad.
Kuna HVIL süsteem on väga tundlik ja tajub ka ahela takistuse muutusi, siis võib arvata et tulevikus vananenud või oskamatult lahti võetud ja niiskust saanud pistikute tõttu hakkavad levima elektrisõidukite vead ja süsteemide seiskumised.
Pildil on näha Cherlovet Volt vaheldi kaane eemaldamine- kaane mitteteadlikul eemaldusel kontrollahel katkeb ja aku releed lülitavad kõrgepinge välja.
Osadel elektrisõidukitel võib näha ka kollase sildikesega väikest juhtme keerdu/rõngast kusagil mootoriruumis. See on sama kontrollahela väljavõte ning on mõeldud päästjatele kiireks kõrgepingeahela katkestamiseks.
Pildi allikas: https://www.renhotecpro.com/wp-content/uploads/2021/03/hvil-plug.jpg
Jahutus- ja küttesüsteem (Cooling/heating system)
Jahutus ja küttesüsteem elektrisõidukitel jaguneb kaheks: sõitjateruumi küte ning jahutus ja aku ja elektriseadiste küte ning jahutus.
Sisepõlemismootoril läheb ca 60% tekkivast energiast soojusena väliskeskkonda kaotsi. Sellisel puhul pole mingit probleemi kütta selle energiaga ka sõitjateruumi (salongi radiaator). Elektrimootorid aga sellises ulatuses ja püsivalt sooja ei tekita ning seetõttu on elektrisõidukite üheks probleemiks külma kliimaga maades - Eestis- sõitjateruumi küte. Ükskõik milline on lahendus, kõik soojendus ja jahutus süsteemid tarbivad energiat veoakust ning selle tulemusena väheneb sõiduulatus kuni. On kindlaks tehtud, et väga külma kliima korral kuni 60%.
Sõitjateruumi jahutus käib läbi tavapärase kliimakompressoriga süsteemi. Ainukese erinevusena ei ole sisepõlemismootorit, mis kliimakompressorit ringi ajaks, vaid selle asemel kasutatakse kompressori käitamiseks omaette elektrimootorit. Rohkem saad lugeda "Elektrisõidukite mugavussüsteemide" peatükist.
Sõitjateruumi kütteks kasutatakse elektrisõidukites mitut süsteemi:
PTC küte, kus 4kW kütte elemendist (elektriradiaator) juhitakse läbi välisõhku ning sellega soojendatakse sõiduki salongi. Ehituselt on selline lahendus kõige lihtsam, samas energiakaod on kõige suuremad. Soojenduse välja lülitades hakkab sõitjateruum koheselt jahtuma.
Soojusvaheti: 3-9kW elektrilisest kütteelemendist juhitakse läbi jahutusvedelikku, mis läbi salongi radiaatori soojendab sõitjateruumi minevat välisõhku.
Soojusvaheti kaudu on energia muundamine väiksemate kadudega ning juba kuumutatud jahutusvedelik muudab süsteemi töö vähem inertsemaks- jahutusvedelik ei jahtu nii kiirelt maha.
Soojuspump: 3-12Kw
Tänapäevastel elektrisõidukitel kasutatakse juba soojuspumba laadset lahendust (sarnaselt kodus maja küljes olevale).
Selleks kasutatakse juba olemasolevat kliimaseadme süsteemi (külma tekitamiseks) ning vajadusel saab süsteemi ka tagurpidi tööle panna- tavapärane aurusti muutub kondensaatoriks ja kondensaator aurustiks.
Selline süsteem on kõige efektiivsem, samas on tal ka kõige keerukam ehitus.
Kõige kasulikum on elektriauto laadimise ajal panna ka ennast kütma/jahutama. Siis kasutatakse energiat välisest võrgust ning juhil on kõige mugavam sõitu alustada. See eeldab aga laadimispistiku olemasolu kodus/tööl ning sõidu täpsemat etteplaneerimist.
Lisaks saab kasutada talvisel ajal ka muid juhile "soojatunnet" tekitavat lahendusi- istmesoojendus, roolisoojendus jne...
PTC kütte element
Pildi allikas: https://evsenhanced.com/wp-content/uploads/2019/11/Gen2Heater.jpg
Soojusvaheti (Borg Warner)
Pildi allikas: https://bit.ly/3hbJydz
Pilödi allikas: https://bit.ly/3y1t8LL
Elektriseadiste ning aku jahutus
Elektrisõidukites kasutatavad akud on väga suure energiatihedusega. Nende kasutusel, tühjenedes ja laadides nende temperatuur muutub pidevalt. Enamjaolt kasutatavad li-ion akud aga ei kannata eriti suuri temperatuuri kõikumisi.
Liiga külmast peast akuelementide enese sisetakistus suureneb ning ta ei anna enam välja niipalju voolu ning samamoodi ei võta ka sisse- laadimine on raske.
Liitium aku temperatuurid:
Alla 5C - kiirlaadimine muutub võimatuks
Alla 0C- akude väljundvool ja sõiduulatus/mahtuvus vähenevad
Üle 35C - akude sooritusvõime hakkab vähenema
Üle 45C - võimalus pöördumatu kahjustuse tekkeks! Võimsust vähendatakse tunduvalt ning akusid hakatakse intensiivselt jahutama.
Lisafaktina võib ka välja tuua, et liigsoojust akupakis tekitab ennekõike akudes endas toimuv, mitte niiväga ilmastik. Näiteks kiirlaadimine.
Akude jahutuseks kasutatakse
Õhkjahutust (ventilaator)
Jahutusvedelikuga jahutust (omaette jahutussüsteemi ringlus)
Sõiduki kliimaseadet.
Tavaliselt kasutatakse nende kombinatsioone erirežiimidel jahutamiseks või kütmiseks.
Väga külmana hakkab aku ennast ka ise soojendama. Kui see juhtub laadimise ajal, pole hullu midagi- kütteks kasutatakse välisvõrgust tulevat energiat. Kui see juhtub aga parklas seistes , tühjeneb veoaku mis omakorda vähendab sõiduulatust! (talvel soojamaareisile minnes jätate auto lennujaama parklasse)
OLULINE: Värvikambris võib laki kuivatamise ajal tõusta temperatuur 60C. Kas see on ohutu elektrisõiduki akudele?
Pildi allikas: https://bit.ly/3qwtur8
LI ion aku kuumenemine:
Pildi allikas: https://bit.ly/3qwdghQ
Mõtlemiseks:
Tesla kasutab väikseid aku elemente ja vedelik jahutust.
Leaf kasutab lapikuid aku elemente ja õhkjahutust.
Mis võib olla kummagi süsteemi eeliseks? Puuduseks?
Võrdle pilte allpool!
Pildi allikas: https://bit.ly/3y1NDYI
Pildi allikas: https://bit.ly/3A98P0B
Laadimissüsteem (Charging system)
Iga aku kaotab oma energiat selle kasutusel. Selleks tuleb aku tühjenedes pöörata voolu lisamise teel tema sees toimunud elektrokeemiline protsess vastupidiseks.
Täpsemalt saad lugeda laadimise kohta "Akud ja laadimine" õppetükist
AC laadimine on seinavõrgust kasutades sõiduki enda pardalaadijat. Kutsutakse ka "aeglaseks" laadimiseks.
DC laadimine kasutab välist laadijat. Kutsutakse ka "kiirlaadijaks"
Elektrisõidukite laadijaid on väga erinevaid. Põhiliselt jagunevad need 4 tüüpi.
Tüüp 1 on ühefaasiline pistik. Tüüp1 võimaldab laadida kiirusel kuni 3-4(7)kW sõltuvalt auto ja võrgu võimekusest. Selline laadija on kaasas peaaegu iga müüdava elektrisõidukiga ning ennekõike mõeldud koduseks kasutamiseks.
Pinge: 240V (USA 120/240V)
Voolutugevus: 12-16A - sõltub maja enda vooluvõrgust
Laadimiskiirus: sõltub vooluvõrgust, aga tavapärane 3-4 kW (16A)
Sõiduulatuse kasv laadides: ca 10 km sõiduulatust tunnis
Laadija: sõiduki sisse ehitatud
Tüüp 2 pistikud on ühe või kolmefaasilised. Tüüp 2 võimaldab laadimiskiirust kuni 22kW. Kuna laadimisvool on suur, sõltub aku laadimisaeg juba konkreetse sõiduki aku tehnoloogiast.
Pinge: 240/400V
Voolutugevus: 12-60A - sõltub maja enda vooluvõrgust, Eestis tavaliselt 32A
Laadimiskiirus: sõltub vooluvõrgust, aga tavapärane 13 kW (32A)
Sõiduulatuse kasv laadides: ca 50 km sõiduulatust tunnis
Laadija: sõiduki sisse ehitatud
CHAdeMO- “Charge de Move” laadimispistiku kasutavad paljud Jaapani ja Euroopa autotootjad kui ka Tesla. Laadija võimaldab (üli)kiiret laadimist, ning sobib sõidukitele mille aku seda võimaldab.
Pinge: 400-500V
Voolutugevus: ca 150A - sõltub laadimisjaamast
Laadimiskiirus: sõltub laadimisjaamast, kuni 150 kW (Enefit Volt võrgus kuni 62,5kW)
Sõiduulatuse kasv laadides: ca 100 km 10-20 minutiga (80% akut 30 minutiga)
Laadija: välises keskkonnas. Sõidukini jõuab juba DC.
CCS pistik on täiustatud versioon Tüüp 2 pistikust. Sellel on on kaks täiendavat voolukontakti kiire laadimise pakkumiseks. CCS toetab nii alalis- kui vahelduvvoolu laadimist ja võimaldab laadimiskiirust kuni 350kW. Viimast muidugi juhul, kui laadija suudab seda pakkuda ja auto vastu võtta. CCS laadimisstandardit kasutavad uuemad, kiirlaadimist võimaldavad Euroopa, USA ja Lõuna-Korea autotootjad.
Pinge: 400-1000V
Voolutugevus: kuni 150A - sõltub laadimisjaamast
Laadimiskiirus: sõltub laadimisjaamast, kuni 150 kW (Enefit Volt võrgus kuni 22kW)
Sõiduulatuse kasv laadides: ca 100 km 35 minutiga
Laadija: välises keskkonnas. Sõidukini jõuab juba DC.
Pild iasllikas: https://bit.ly/3ht1O36
Sõidukis asuv laadija:
Pildi allikas: https://bit.ly/3w4HYzR
Elektrisõidukites olev laadija.
Muudab ühe- või kolmefaasilise vahelduvvoolu kõrgepingeakule sobivaks alalisvooluks. Juhib ka laadimisprotsessi ja ohutust.
Kiirlaadijates (DC) vooluga laadides voolu laadijad ei muudeta- juba on valmis akule sobiv alalisvool.
Tähelepanu tasub pöörata veel jahutussüsteemi torudele- laadija kuumeneb laadimisprotsessi jooksul ning teda tuleb jahutusvedelikuga jahutada.
12V süsteem (12V system)
Elektrisõidukite peamine energiaallikas on ca 400V kõrgepingeaku.
Küll aga on kõikidel elektrisõidukitel ka 12V "tavaline" aku. Selle kaudu käib kogu süsteemi juhtimine ning käitatakse kõikvõimalikke abi- ja lisaseadmeid.
Tuled, ukselukud, kojamehed, raadio, navikatsioonisüsteem, näidikud jne...
12V akut laeb elektrisõiduki töötamise ajal kõrgepingeaku.
Huvitav fakt:
Nissan Leafidel on ca, 160Ah veoakud. (elektritaksod)
Tihtipeale parklas seistes kuulavad juhid raadiot, mis töötab 12V aku vooluga. Kuna see aku on ka kõrgepinge juhtsüsteemi käivitamiseks, siis alla 12V pinge langedes ei lase ta sõidukit enam "käivitada" ehk veoakut ei aktiveerita. Sõiduk seisab! Kui seista "süüde sees" asendis, siis võiks raadiot kuulata (160Ah tavaraadio voolutarve ca 1A) 160 tundi, ehk 7 ööpäeva.
Siit ka elektriauto juhtimisega seotud suur mure- autotootjad/autojuhid peavad ümber mõtlema ja harjuma kõik oma senised käitumismallid!
Pild iallikas: https://bit.ly/3qu050K
Pidurisüsteem (Braking system)
Pidurisüsteem on sõidukitel väga oluline süsteem. Pidurisüsteemi poolt tehtav töö ja võimsus on mootori võimsusega suhtes 1:4
Näiteks:
100kw mootoriga auto kiirendab 0-100km/h ning vajab selleks 100kw võimsust. Et sama auto pidurdaks 100-0 kmh peab pidurite võimsus olema 400kw!
Sama 1:4 reegli saab üle kanda ka pidurdusmaa pikkusele:
Näiteks:
50km/h sõiduk vajab seisma jäämiseks ca 20m.
Suurendades kiirust kaks korda -kuni 100km/h -vajame seisma jäämiseks 20x4= ca 80m.
100km/h liikuv auto läbib 1 sekundiga 27 meetrit
Keskmise juhi reageerimisaeg takistuse märkamisel on ca 1 sekund (sellest hetkest kui juht märkab takistust-tõstab jala piduri pedaalile-avaldatud surve jõuab piduri kolvini- piduri klotsid puutuvad kettaga kokku ja algab pidurdamine).
Keskmine tänapäevane sõiduauto suudab 100-0 km/h kuivades ja heades tingimustes teha ca 30 meetriga.
Pidurdusmaa arvutamine:
Reageerimismaa: ca 1 sek 100kmh= 30m
Pidurdusmaa (ideaalsetes tingimustes 30m, reaalselt 40m): ca 40m
Kokku: 70m. Kui juhi tähelepanu on hajunud ja/või teetingimused on kehvemad võib pidurdusmaa mitmekordistuda.
Pildi allikas: http://thecartech.com/subjects/auto_eng/Stopping_distances_for_cars_files/image008.gif
Lähituled valgustavad ca 50m. Kaugtuled ca 150m. Kui pimedal teel liikuda lähituledega 100km/h ja valgusvihus paistab takistus, kas meil õnnestub otsasõitu vältida?
100km/h toimub pidurdamine 70m. Enne 50 meetri kaugusel valgusvihus olevas takistust meil seisma jääda ei õnnestu.
Kasutades kaugtulesi või vähendades kiirust õnnestub. Mis kiirusega peaks sõitma et 50m kaugusel seisma jääda?
Kõigest eelkirjeldatust võib aru saada, et pidurites muudetakse väga suur energia piduri klotsi ja ketta hõõrdumise ajal soojusenergiaks. Seda energiat kuidagi sisepõlemismootoritega sõidukitel ära ei kasutata. (minimaalselt tehakse seda mootori pidurduse ajal- sõltub suuresti juhist)
Elektrilise veomootoriga sõidukites saab aga pidurduse hetkel panna elektrimootori "tagurpidi" tööle muutes selle elektrigeneraatoriks. Saadud energiaga laetakse veoakut. Olenevalt sõidustiilist saab sellisel moel sõiduulatust suurendada ca 10%.
Regenereeriv pidurdus vajab juhilt ka vastavat sõidustiili. Omades elektrisõidukit tuleks sellega sõitmine endale selgeks saada, et maksimaalselt kõiki võimalusi ära kasutada.
Loomulikult kasutatakse pidurdamiseks ka tavapäraseid pidurisadulaid ja pidurikettaid, aga seda madalamatel kiirustel (el mootor ei pöörle enam piisava momendiga elektri tootmiseks) ning äkkpidurduse korral.
Kogu pidurdust kontrollitakse elektrooniliselt ja sujuvalt. Juht reaalselt ei tunneta millist pidurit kasutatakse.
Elektrisõiduk on kõige effektiivsem just linnaliikluses. Linnas on palju kiirendusi/pidurdamisi ja seetõttu on regenereeriv energia tootmine kõige tulemuslikum.
Tehniku poolelt vaadates on regenereeriva pidurdusega sõidukitel on ka üks puudujääk. Tavapäraselt on esipiduriklotside friktsioonkatte hooldus/kontrollmõõduks 3mm. Elektrisõidukitel (Leaf, Prius) aga 1mm. Seda seetõttu, et esipidureid ei rakendata nii palju. Kuna aga pidureid ei kasutata pidevalt, kipuvad Eesti tingimustes liugurid ja klotsid kinni jääma/viltu kuluma.
Seetõttu tuleb igal hooldusel pöörata suurt tähelepanu pidurite seisukorrale. Tavapärane praktika on, et pidureid peab tihedamini hooldama.
Pildi allikas: https://s19533.pcdn.co/wp-content/uploads/2019/05/brake-pad-wear-1-521.jpg
Kõikidel elektriajamiga sõiduautodel kasutatakse kaheharulist hüdraulilist pidurisüsteemi. Selle põhiosad on piduri peasilinder, elektrohüdrauliline/vaakumiga piduri võimendi, piduri torud, pidurisadul koos kolviga, piduriklots ning piduriketas.
Peale pidurivõimendi töötavad kõik eelnimetatud osad nii nagu kõikidel teistel sõidukitel.
Kõige suurem erinevus ehituslikult ja tööpõhimõttelt on pidurite juhtploki/võimendi juures.
Tavapäraselt jaotab piduripedaali poolt tekitatud rõhu rataste vahel pidurite juhtmoodul (BCM)
Piduripedaali vajutamisel hinnatakse mootori juhtimismooduli ja BCMi vahel teavet juhi kavatsuste kohta. Tulemuseks on kombinatsioon regeneratiivpidurdusest ja hüdrosüsteemi rakendamisest.
Süsteem näeb välja tavapärane, kuid tavapärase pidurduse korral puudub peasilindri ja pidurisadulate vahel hüdrauliline ühendus. Selle asemel tekitab rõhu pidurite rakendamiseks hüdropump. Peasilindri ja pidurisadulate rõhu jälgimiseks on andurid. Need andurid on osa piduri hüdraulilisest moodulist.
Mõtlemiseks:
Mida teeb pildil olev "stroke simulator"?
Oluline: nagu juuresolevalt põhimõtteskeemilt näha, on piduritorustik keerulisema jaotusega kui tavapärane hüdrauliline süsteem. Seetõttu tuleb alati elektrisõidukite pidurisüsteemi õhutustades kasutada diagnostika seadet ja vastavat funktsiooni. Seeläbi avatakse kõik klapid/ühendused ning pidurivedelik (ja õhk) pääsevad nendest välja. Vastasel juhul võib kuhugile süsteemi jääda väikene õhu osakene, mis võib vähendada tunduvalt pidurisüsteemi tööd.
Pildi allikas: https://www.nissan-global.com/JP/TECHNOLOGY/FILES/2010/08/f4c5a6d267c482.jpg
Pildi allikas: https://pmmonline.co.uk/wp-content/uploads/files/ADL1.jpg
Kordamisküsimused:
Mis on ülesanne järgnevatel komponentidel: vaheldi, elektrimootor, veoaku, ülekanne, 12V süsteem, laadimissüsteem, jahutussüsteem?
Mis on PWM juhtimissüsteem? Selle eelis??
Kas oskad kirjeldada elektrisõiduki veoaku ehitust?
Milliseid laadimissüsteeme sa tead?
Mille poolest erineb elektrisõiduki pidurisüsteem tavapärasest sisepõlemismootoriga sõiduki omast?
Lisamaterjal:
Elektrisõidukite komponentide kohta on väga head õppevideod nende osandamisest ja ehitusest Weber State Universityl Youtube kanalil. Sisu on küll ingliskeelne, kuid komponentide ehituse ja tööpõhimõtte kohta sisaldavad väga põhjalikku infot. Võimalusel vaadake need kõik ka läbi!