KÕRGEPINGESÜSTEEMID ELEKTRISÕIDUKITES

Definitsiooni kohaselt on elektrisõiduk mootorsõiduk, mida käitab elektrimootor. Liikumiseks vajalik elektrienergia saadakse veoakust (akumulaatorist), ehk siis mitte kütuseelemendist või sõiduulatuse suurendajast. Kuna elektrisõiduk ise ei erita töötamisel mingeid heitmeid, liigitatakse see null-emissiooniga sõidukiks.

Elektrisõidukites veavad rattaid elektrimootorid. Elektrienergia on salvestatud akudesse, milleks on üks või mitu veoakut või toiteakut. Elektrooniliselt juhitavad elektrimootorid suudavad pakkuda maksimaalset pöördemomenti ka paigal seistes. Vastupidiselt sisepõlemismootoritele ei vaja need tavaliselt manuaalkäigukasti ning kiirendavad jõuliselt ka väikestel kiirustel. Elektrimootorid on vaiksemad kui bensiini- või diiselmootorid, peaaegu vibratsioonivabad, ega erita kahjulikke heitgaase. Nende suurem kui 90% efektiivsus on väga kõrge.

Akude suhteliselt suurt kaalu tasakaalustab mitmete teiste komponentide kaalu puudumine (mootor, käigukast, kütusepaak), mis on vajalikud sisepõlemismootori korral. Elektrimootoriga sõidukid on siiski enamasti raskemad kui analoogsed sisepõlemismootoriga sõidukid. Aku(de) mahtuvus mõjutab oluliselt sõiduki kaalu ja hinda. Varasemalt oli elektriautode sõiduulatus ühe laa-

Hu Konditsioneerimine Ja Jahutamine Elektriautodes

Et elektriauto saaks töötada eriti efektiivselt, tuleb tagada optimaalne töötemperatuur nii elektrimootorile, juhtelektroonikale kui ka akule. See nõuab keerukat soojusjuhtimissüsteemi:

Külmaaine-põhine süsteem (või otsene akujahutus) dimisega lühike. Hiljuti on elektriautode arv, mis suudavad läbida sadu kilomeetreid, siiski märkimisväärselt tõusnud, näiteks võib tuua mudelid Tesla Model S, VW e-Golf, Smart electric drive, Nissan Leaf, Renault ZOE või BMW i3.

Külmaaine-põhise süsteemi põhikomponendid on kondensaator, aurusti ja akuseade (akuelemendid, külmutusplaat ja väline elektriline kütteseade). Seda varustab konditsioneerisüsteemi külmaaine kontuur ning seda juhitakse eraldi klappide ja temperatuuriandurite süsteemi abil. Erinevate komponentide funktsioonid on lahti kirjutatud jahutusvedeliku- ja külmaaine-põhiste süsteemide joonise selgituses.

Elektriautode sõiduulatuse täiendavaks suurendamiseks kasutatakse mõnikord elektri tootmiseks täiendavaid seadmeid (enamasti sisepõlemismootori kujul). Neid kutsutakse sõiduulatuse suurendajateks.

Külmaaine-põhine ringlussüsteem Jahutusvedeliku- ja külmaaine-põhine ringlussüsteem (või kaudne akujahutus)

KOOSTISOSADE KIRJELDUS

Jahuti

Jahuti on spetsiaalne soojusvaheti, mis on ühendatud nii jahutusvedeliku kontuuri kui ka külmaaine kontuuriga. See võimaldab jahutusvedeliku temperatuuri veelgi alandada konditsioneerisüsteemi külmaaine abil, mis pakub akule konditsioneerisüsteemi külmaaine kaudu vajadusel täiendavat kaudset jahutust. Seetõttu voolab teise kontuuri jahutusvedelik läbi aku jahutusplaatide. Pärast seda, kui soojus on neeldatud, jahutab jahuti jahutussegu taas algsele temperatuurile. Temperatuuri langust jahutis põhjustab peamises kontuuris ringleva teise külmaaine aurustumine.

Elektriline konditsioneeripump

Kompressorit käitab elektriliselt kõrgepinge. See võimaldab sõiduki konditsioneeril töötada ka siis, kui mootor on välja lülitatud. Lisaks saab konditsioneerisüsteemi abil ka jahutusvedelikku jahutada.

Mida võimsamad on akud, seda mõistlikum on kasutada keerukamat jahutusvedeliku- ja külmaaine-põhist ringlussüsteemi. Kogu jahutussüsteem on jagatud mitmeks kontuuriks, millest igaühel on eraldi radiaator (madaltemperatuuri radiaatorid), jahutuspump, termostaat ja jahutusvedeliku väljalülitusklapp. Spetsiaalse soojusvaheti (jahuti) abil on ühendatud ka konditsioneeri külmutuskontuur. Kõrgepinge jahutusvedeliku-põhine küttekeha tagab piisava kontrolli akutemperatuuri

Madaltemperatuuri radiaator

Elektrimootori ja juhtelektroonika jahutusvedeliku temperatuuri hoitakse allpool 60°C eraldiseisva jahutuskontuuri abil, kasutades madaltemperatuuri radiaatorit.

Termostaat üle madalatel välistemperatuuridel. Elektrimootori ja juhtelektroonika jahutusvedeliku temperatuuri hoitakse madaltemperatuuri radiaatori abil eraldi ringluses alla 60°C (joonisel sisemine kontuur). Täisjõudluse saavutamiseks ja võimalikult pika eluea tagamiseks on vajalik hoida aku jahutusvedeliku temperatuuri alati vahemikus 15-30°C. Kui temperatuurid liiga madalaks lähevad, soojendatakse jahutusvedelikku välise kõrgepinge küttekeha abil. Kui tem- peratuurid liiga kõrgeks muutuvad, jahutatakse seda madaltemperatuuri radiaatoriga. Kui sellest ei peaks piisama, aitab jahutusvedeliku temperatuuri alandada nii jahutusvedeliku ringlus kui ka külmutusringlusega ühendatud jahuti. Siin voolab konditsioneerisüsteemi külmaaine läbi jahuti ning jahutab täiendavalt jahutusvedelikku, mis samuti läbi jahuti voolab. Kogu juhtimine toimub eraldi termostaatide, andurite, pumpade ja klappide abil.

Elektrilised või mehaanilised termostaadid hoiavad jahutusvedeliku temperatuuri ühtlasel tasemel.

Aku jahuti

Akusegmendid asuvad jahutusplaatide kummalgi küljel. Akusegmendid ja jahutusplaadid moodustavad püsivalt kinnitatud akumooduli. Otsese akujahutuse korral voolab konditsioneerisüsteemi külmaaine läbi jahutusplaatide. Kaudse akujahutuse korral voolab läbi jahutusplaatide aga jahutusvedelik. Kui jahutuse võimsus pole aku kaudse jahutuse jaoks piisav, võidakse jahutusvedeliku jahuti abil täiendavalt jahutada. Jahuti on spetsiaalne soojusvaheti, mida kasutatakse kaudseks akujahutuseks ning mis on ühendatud nii jahutusvedeliku ringluse kui ka külmaaine ringlusega.

Kõrgepinge aku

Kõrgepinge aku on koos elektrimootoriga üks elektrisõiduki peamisi komponente. See koosneb omavahel ühendatud akumoodulitest, mis omakorda koosnevad elementidest. Enamasti põhinevad akud liitiumioon-tehnoloogial ja neil on kõrge energiatihedus. Väheneva keemilise reaktsiooni tõttu langeb jõudlus miinuskraadide juures märkimisväärselt. Temperatuuridel üle 30°C kiireneb oluliselt vananemisprotsess ja temperatuuridel üle 40°C tekib akukahjustuse oht. Võimalikult pika eluea ja jõudluse tagamiseks peab aku töötama kindlas temperatuurivahemikus.

Väline elektriline soojendi / väline kõrgepinge soojendi

Elektrisõidukite mootorid ei eralda soojust, mida jahutusvedelikule üle saaks kanda. Seepärast on vaja salongi soojendamiseks kasutada ventilatsioonisüsteemis asuvat elektrilist lisakütteseadet.

Jahutusvedeliku/külmaaine väljalülitusklapp Jahutusvedeliku/külmaaine väljalülitusklappe juhitakse elektrooniliselt ning need avavad või sulgevad vastavalt vajadusele jahutusvedeliku/ külmaaine ringluse osi või ühendavad erinevaid kontuure omavahel.

Juhtelektroonika

Nende ülesanne sõidukis on kontrollida elektrimootoreid, suhelda sõiduki juhtsüsteemiga ja teostada diagnostikat sõidu ajal. Reeglina koosneb juhtelektroonika elektroonilisest juhtimisseadmest, inverterist ja alalis-/vahelduvvoolu konverterist. Et hoida juhtelektroonikat teatud temperatuurivahemikus, on need ühendatud sõiduki jahutus-/küttesüsteemiga.

Väline kõrgepinge jahutusvedeliku kütteseade

Kui temperatuurid liiga madalaks muutuvad, soojendatakse jahutusvedelikku välise elektrilise kõrgepinge kütteseadmega. See on ühendatud jahutusvedeliku ringlussüsteemiga.

Kondensaator

Kondensaatori ülesanne on jahutada maha külmaaine, mis on kompressoris kompressiooni tõttu soojenenud. Kuum külmaaine gaas liigub kondensaatorisse, eraldades ümbritsevasse soojust läbi toru ja ribide. Jahtumise käigus muutub külmaaine olek tagasi gaasilisest vedelaks.

Elektriline veepump

Elektrilised vee- ja jahutusvedelikupumbad ning nende integreeritud elektroonilised juhtseadmed aktiveeritakse varieeruvalt, vastavalt vajaminevale jahutusjõudlusele. Neid saab kasutada nii pea-, lisa- kui tsirkulatsioonipumpadena. Need toimivad mootorist sõltumatult ja vastavalt vajadusele.

Konditsioneer

Tänu kõrgele efektiivsusele eraldavad elektrimootorid töö ajal keskkonda vähe soojust ja paigal seistes üldsegi mitte. Salongi kütmiseks või klaaside udust ja jääst puhastamiseks on madalate välisõhu temperatuuride korral vaja kasutada väliseid kütteseadmeid. Need kujutavad endast suure energiakulu tõttu märkimisväärseid täiendavaid energiatarbijaid. Kulutades ära osa akusse talletatud energiast, mõjutavad need oluliselt ka sõiduulatust, eriti talvel. Ventilatsioonisüsteemiga ühendatud välised elektrilised kütteseadmed on lihtsad ja efektiivsed, kuid tarbivad väga palju energiat. Seetõttu kasutatakse nüüd ka energiasäästlikumaid soojuspumpasid. Suvel saab neid kasutada ka konditsioneerisüsteemina jahutamiseks. Istmesoojendid ja soojendusega klaasid viivad soojuse otse soojendust vajavatele pindadele, vähendades sellega salongi soojendamise vajadust. Elektriautod veedavad tihti suure osa seisuajast vooluvõrku ühendatuna. Sel moel on võimalik soovitud salongitemperatuur saavutada enne sõidu alustamist, ilma akut koormamata. Sõidu ajal kulub seeläbi kütte ja jahutuse peale oluliselt vähem energiat. Nüüd on saadaval ka nutitelefonirakendused, mille abil saab kütet distantsilt juhtida.

Laadimise ja akukasutuse juhtimine Akudel kasutatakse erinevaid laadimist ja akukasutust, temperatuuri jälgimist, sõiduulatuse määramist ja diagnostikat juhtivaid süsteeme. Kestvus sõltub põhiliselt kasutustingimustest ja kasutuspiirangute järgimisest. Temperatuurikontrolliga akujuhtimissüsteemid aitavad ära hoida kahjulikku ja võimalikku ohtu kujutavat akude ülelaadimist või kurnavat tühjenemist ning kriitilisi temperatuuriolusid. Iga üksiku akuelemendi jälgimine võimaldab reageerida enne, kui rike või teiste akuelementide kahjustamine aset leiab. Seisundiinfot saab hoolduseesmärkidel salvestada ning vea korral võidakse juhile edastada ka vastavad teated. Põhimõtteliselt on enamiku tänaste elektriautode aku mahtuvus piisav suuremaks osaks lühemateks ja keskmise pikkusega sõitudeks. 2016. aastal Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi poolt avaldatud uuring järeldas, et praeguste tavaelektriautode sõiduulatus on piisav 87% kõigist sõitudest. Sõiduulatused varieeruvad siiski suurel määral. Elektrisõiduki kiirus, välisõhu temperatuur ning eelkõige kütte- ja kliimaseadme kasutus toovad kaasa sõiduulatuse märkimisväärse vähenemise. Samal ajal võimaldavad aina kiirenevad laadimisajad ja laienev laadimistaristu elektriautode sõiduulatust veelgi suurendada.

SKF TEHNILINE INFOLEHT: