Ajoneuvojen apulaitteiden virrankulutus ja sen

aiheuttamat haasteetVesa Linja-aho

Metropolia-ammattikorkeakouluhttp://www.slideshare.net/linjaaho/auton-virrankulutus

1980-luvun tavallinen auto

• Sytytysjärjestelmä

• Käynnistin

• Valot

• Sisätilapuhallin ja takalasinlämmitin

• Äänimerkki, (radio, penkinlämmitin…)

2010-luvun tavallinen auto

• Sähkötoimisia laitteita joka paikassa

• Uusin tehosyöppö: lämmitettävä tuulilasi (2 kW)

Miksi lisää sähkölaitteita?

• Mukavuuslaitteet

• Parempi säädettävyys → pienempi polttoaineenkulutus

• 100 W ≈ 0,17 l/100km

5

Haasteellisimmat järjestelmät

• Polttoainekäyttöinen lisälämmitin

• Hyötyajoneuvot, joissa paljon elektroniikkaa (esim. hälytysajoneuvot)

• Start-stop-automatiikalla varustetut ajoneuvot

• Jarrutusenergian talteenotto

• Käynnistys ei vaadi paljon energiaa, mutta liian tyhjä akku ei kykene antamaan riittävän suurta hetkellistä tehoa käynnistykseen.

Ratkaisuja

• Tehokkaampi latausgeneraattori

• Älykäs virranhallinta

• Kaksi akkua

• Käynnistysakussa pieni sisäinen resistanssi ja kapasiteetti

Esimerkkejä suuruusluokista

• 12 V 60 Ah akku = 0,72 kWh kapasiteettia

• 500 watin kuorma vie 10 minuutissa 17 % kapasiteetista – pakkasella vaikutus vielä suurempi (-18 °C: 34 %).

• 140 A laturi (14 V latausjännite) ≈ 2 kW tehoa

Jarrutusenergian talteenotto

• Latausgeneraattori kytketään irti kiihdytyksessä

• Latausgeneraattorilta otetaan täysi mahdollinen teho moottorijarrutuksessa

• Vaatii älykkään virranhallinnan

• Perinteinen logiikka, jossa akku pyritään pitämään aina täynnä, on pakko hylätä.

Älykäs virranhallinta• Helpoin tapa seurata lyijyakun varaustilaa lyhyellä

aikajänteellä on tarkkailla lataus- ja purkuvirtaa.

• Varaustilan tarkkailu jännitettä mittaamalla mahdollista vain kuormittamattomasta akusta

• Täysi lyijyakku ≈ 12,7 V; 50 % 12,0 V

• Yleisin toteutustapa: valvotaan akun maajohdon jännitehäviötä (manganiinivastus). Mahdollista olisi myös valvoa akun maajohdon virran luomaa magneettikenttää.

Älykäs virranhallinta• Apulaitteiden kuluttama teho voi olla useita kilowatteja.

• Älykäs virranhallinta estää apulaitteiden käytön jos varaustila ei salli sitä.

• Esimerkiksi tuulilasin lämmitystä ei kytketä jos akku on lähes tyhjä, näin varmistetaan että varausta riittää mahdolliseen uudelleenkäynnistykseen.

• Älykäs virranhallinta on start-stop-automatiikan edellytys: varaustasoa valvottava jatkuvasti.

Valvontalogiikka• Kolme pääsuuretta

• jännite

• virta

• lämpötila.

• Järjestelmä valvoo akun kokonaistilaa (SOF), jonka määräävät akun kunto (SOH) ja varaustila (SOC).

Miksi lyijyakku?• Halpa

• Matala sisäinen resistanssi → suuri käynnistysvirta

• Huoleton ladattava (kestää ylilatausta)

• Matala itsepurkautuminen

• Sitä on käytetty aina ennenkin

Polttoainekäyttöisen lisälämmittimen asettamat vaatimukset

• Halvin mahdollinen lyijyakku on suunniteltu kestämään lähinnä käynnistysvirtapiikki ja hieman purkautumista – se on entinen muutaman kymmenen syväpurkaussyklin jälkeen.

• Syväpurkaukseenkin suunniteltu akku kestää käytössä paremmin jos käytössä on kiinteä ylläpitovaraaja.

• Ylläpitovaraaja kytkettävä niin että se ei sotke virranhallinnan toimintaa.

Lisälukemista

• Suomen Autolehti 2/2014: Ajoneuvojen sähkönkulutus kasvaa

• Dan Selin: Henkilöauton sähkölaitteiden energiankulutus. Opinnäytetyö, Metropolia-amk. 17.11.2013. (Löytyy verkosta: googlaa työn nimellä.)