Kuidas töötavad tänapäeva elektriautod?
Toimetaja: Marek-Lars Kruusen
Elektriautodes kasutatakse energiamuundurit või energiasalvestit. Näiteks elektrienergiat toodab vesinikust Honda FCX ja seda autos kohapeal. Vesiniku, mis saadakse surupaagist, ja õhust võetud hapniku oksüdatsiooni keemilist energiat muudab kütuseelement otse elektrienergiaks ja soojuseks. Selle käigus tekib heide veeauru näol.
Keemilise energia muutmise kogukasutegur elektrienergiaks ja soojuseks on 80 – 90 %. Elekter moodustab kaks kolmandikku saadud energiast. Kogu eespool kirjeldatud protsess toimub „mehaanilise vahelülita“ ja vesinikurikast gaasi või vedelikku on vesiniku kõrval samuti võimalik kasutada.
Elektriautol on patareid, mis koosnevad kütuseelementidest. Elektriauto elektrimootorit toidavad väga paljud elemendid. Vajaliku pinge saamiseks lülitatakse hulk elemente omavahel jadamisi, kuid suurema voolutugevuse saamiseks aga rööbiti.
Elektrolüüsi ja kütuseelemendi töö on omavahel vastandlikud. Näiteks vesinikku toodetakse paiksete seadmetega elektrolüüsi teel veest ja elektrist. Kütuseelemendi üks kallimaid koostisosasid on plaatinast katalüsaator, kuid kaasaegsematel kütuseelementidel on selle metalli vajadus kümneid kordi väiksem kui vanematel kütuseelementidel.
Kütuseelementide asemel kasutatakse ka akusid ehk akumulaatoreid, milleks võivad olla ühe massiühiku kohta suhteliselt väikese energiamahutuvusega „pliiakud“. Samasuguse massi juures mahutavad energiat palju rohkem liitiumioon akupatareid, kuid need on pliiakudest kallimad. Näiteks Tesla Roadsteri auto akupatareis on üle 6000 elemendi. Elektriauto kõige kallimaks ja kõige lühiajalisemaks sõlmeks peetaksegi just akut.
Liitiumiioonakudest kolm korda kergemad on näiteks tsink-õhk-akud ja seda samasuguse mahtuvuse juures.
Akusid võib laadida ka kodu elektrivõrgust, mille korral paikneb alaldi autol. Selline laadimine võtab kaua aega, kuna koduvõrk ja pardalaadija on väikese võimsusega. Kuid kiirlaadimised võimaldavad umbes poole tunniga laadida 80 % aku mahtuvusest. Pliiakudele see aga ei sobi.
Sagedusmuundur on üheks teiseks oluliseks sõlmeks elektriauto juures. Kolmefaasiliseks vahelduvvooluks muudetakse alalisvool, mis tuleb akumulaatorist või kütuseelemendist. Sagedusmuundurid muudavad alalisvoolu soovitud sagedusega vahelduvvooluks. Voolu muundamine tekitabki mootoris pöörlevat liikumist ja suurt pöördemomenti, kusjuures mootori kiirus sõltub muundatud voolu sagedusest. Näiteks nullsagedus võrdub paigal olekuga, mida suurendatakse järk-järgult.
Muundurites kasutatakse võimsustransistore. Elektroonikaseadmete abil juhitakse muunduri ja läbi selle ka elektrimootori tööd.
Elektriauto elektrimootoriks on tavaliselt kolmefaasiline püsivmagnetitega sünkroonmootor või asünkroonmootor, mille liikuv osa on ainult rootor. Rootori võll toetub kahele kuullaagrile ja kasutegur on umbes 80 – 90 %.
Kui aga elektriauto pidurdub, siis mootor muutub generaatoriks ja auto kineetiline energia muundub elektrienergiaks, mis sobib akude laadimiseks. See tähendab seda, et auto liikumisenergia ei muutu pidurdumise korral pidurites soojuseks, mis seejärel õhku haihtuks. Kõik läheb hoopis akude elektrienergiaks.
Elektrigeneraatori korral muundab elektrimasin kui energiamuundur mehaanilist energiat elektrienergiaks. Elektrimootori korral muudetakse elektrienergiat mehaaniliseks energiaks ja elektrimasinmuunduri korral muudetakse elektrienergiat mehaanilise energia kaudu tagasi elektrienergiaks, millel on teistsugused parameetrid. Kõik elektrimasinad töötavad sellistel põhimõtetel, mida me tunneme elektromagnetilise induktsiooni nähtusena ja Lorentzi jõuna.
Kuna vaheldi, mis töötab transistoritel, saab muuta alaldiks, siis seega saab alaldada sünkroongeneraatori vahelduvvoolu alalisvooluks, mis sobiks akude laadimiseks. Akude laadimisel või töötamisel eralduvat soojust saab omakorda kasutada näiteks salongi kütteks. Kuid auto, mis kasutab kütuseelementi, salvestab pidurdusenergiat eraldi elektrienergiasalvestisse, milleks võib olla näiteks superkondensaator.
Transistoreid kasutatakse elektriahelate lülitamiseks ja elektrisignaalide võimendamiseks. Need on kolme väljaviiguga pooljuhtseadised ehk trioodid. Transistori abil on võimalik juhtida ehk tüürida ühe elektrisignaali ( sisendsignaali ) kaudu teist elektrisignaali ( väljundsignaali ). Elektroonikas, info- ja sidetehnikas ja jõuelektroonikas ongi transistor kõige olulisemaks elektroonikalülituste koostisosaks. Transistorid kui seadised võivad olla integraallülituste ehk mikrokiipide sees, kuid ka nendest eraldi olevatena. Pooljuht räni on transistorite väga levinumaks alusmaterjaliks, kuid teisi pooljuhtmaterjale ( näiteks galliumarseniidi ) kasutatakse kõrgsagedusseadiste jaoks. Jõutransistorites kasutatakse samuti räni, kuid ka selliseid pooljuhtmaterjale, millel on suuremad sulamistemperatuurid.
Allikad: www.tehnoloogiasait.info
Märksõnad: elekter, auto, mootor, tehnika, aku, generaator.