Sähköautot - Nyt!

Ja mähän ton kirjoitin :)

"Lähdin hieman selvittelemään aihetta luettuani Temen kommentteja."

Hienoa. Joku sentään on kuullut huudon metsään. On totta, että osittain kommenttini ovat oleet kärjistettyjä, mutta mitä sitten. Jonkunhan on pakko ajatella kriittisesti.

"käsittääkseni taajuusmuuttajalla ohjattua oikosulkumoottoria(ja kestomag.moottoria) on mahdollista käyttää voimanlähteenä sähköautoissa."

Sillä tietämyuksellä mikä minulla on jaan käsityksen kassasi. On totta, että kokekukseni sähkömoottoreistä tulee työkoneista, mutta en näe mitään erityistä syytä, etteikö se olisi siirrettävissä autoon.

"Oikosulkumoottori on edullinen ja yleisesti saatavilla oleva komponentti.
Kestomagneettimoottori on n.20-25% kalliimpi, mutta hyötysuhde ja ohjattavuus on parempi."

Tässä kohtaa täytyy tehdä ratkaisu luotettavuuden, yksinkertaisuuden ja hinnan väliltä. Itse lähtisin liikkeelle perinteisestä oikosulkumoottorista sen yksikertaisuuden takia. hintakaan ei ole ihan pieni tekijä. Auton tapauksessa kuitenkaan ei tarvita ihan hirveän tarkkaa ohjausta. Hyötysuhteessa ei ole kovinkaan suurta eroa. Toki tuossa kyseen tulee painotus. Kumpi tahansa on ihan pätevä aiottuun käyttöön.

"Taajuusmuuttaja ei ole edullinen, eikä kaupalliset tuotteet sovellu suoraan sähköautoon."

on totta, että taajuusmuuntaja voi hyvinkin olla kallein yksittäinen komponentti. Toisaalta kerran tekemällä kunnolla samaa voidaan käyttää lähes loputtomasti. Toisaalta se taajuusmuuntaja ohjausohjelma on se hankala paikka. Työkoneissakin noita kehitetään jatkuvasti. En ole varma, mutta jo aiemmin ketjussa mainittu Vacon toimittaa mm. KoneCranesin tarvitsemat taajuus muuntajat. Noita käytetään mm. lukeissa (haarukkatrukki) ja RTGssä
http://www.konecranes.com/portal/equipment/port_cranes/container_cranes/straddle_carriers/
http://www.konecranes.com/portal/equipment/port_cranes/container_cranes/rubber_tired_gantry_cranes/

Mainituissa laitteissa useimmiten on diesel -mottori joka pyörittää generaattoria ja tuottaa tarvittavan virran, mutta muuten toimii kuin sähkökäyttöinen laite. Taajuusmuuntaja käytössä puolestaan ei ole merkitystä onko tuleva virta tasa- vai vaihtovirtaa, koska virta muutetaan joka tapauksessa ensin tasavirraksi. Toki tuo on huomioitava. Tosin aika ihmeelliseltä tuntuu, jos tuolla tekniikalla voidaan saada 80t lukki tai 800t nosturi skulaamaan, muttei 1,5t autoa.

Nuo loppu huomautukset pääosin pitävät paikkansa, ainakin sikäli kun minä tekniikkaa ymmärrän. Silti se mitä minä sähkömoottoreista tiedän (joka sinänsä ei ole kovinkaan paljoa) ei poista sitä, että oikosulkumoottori taajuusmuuntimen perässä on tehokkain tapa muuntaa sähköenergiaa pyörimisliikkeeksi. Syy tähän on periaatteessa yksikertainen, moottori pyörii jatkuvasto optimikierrosalueellaan.

- Teme

Haluamatta mitenkään tarpeettomasti lannistaa, tämän kokoluokan IGBT-komponenttia ei oikein voi suoraan vaihtaa jonkun pienen fetin tilalle. Pelkästään tuollaisen ison kiven hilan ohjaamiseen menevä teho lasketaan wateissa. Pitää koko ohjauspuoli suunnitella uudestaan. Se PWM ja ohjaussignaalien luonti on tässä ehkä se helpoin tehtävä olettaen että ette ole kiinnostuneita mistään moottorimalleista vaan ihan perus siniaallon luominen riittää. Sen PWM:n voi tehdä esim. jollain mikrokontrollerilla, FPGA:lla tai vastaavalla, halpaa ja helppoa kokeilla ja kolvata. PWM on oikeastaan aika antiikkista, on noita kehittyneempiäkin vaihtoehtoja.

Kun sekä jännitteeseen että virtaan laitetaan pari nollaa perään, mukaan tulee kaikenlaisia mielenkiintoisia ilmiöitä joiden tutkimiseen teollisuudessa on tapana myös jonkin verran panostaa. Ainakin voi varautua sen verran monen IGBT:n paukkumiseen "harjoitellessa" että niiden hinnalla jo melkein ostaisi vaihtosuuntaajan yhteen autoon.
Sitten jos ohjaus vaikka sekoaakin ja sillan ylä- ja alapuoli johtaa samaan aikaan, oikosuljetaan akusto, joka voi vaikka räjähtää ja sitten ainakin pääsee hesariin, etenkin jos akusto räjähtää keskellä Helsinkiä. Vaikka ei saisikaan happoja päälleen, aina voi saada sähköiskun kun akkujännitettä on kuitenkin aina satoja voltteja ja siinä tuotekehittäessä hääräilee projektin ympärillä.

Vaikka sen auton sitten saisikin kulkemaan, vielä tulevat EMC-määräykset eli harrastevälineenä se myös pysyy jos (hintavahkoja) EMC-testejä ei ole tehty. Kun niitä ei ole tehty, ei voi tietää häiriintyykö kännykät ja viranomaisradiot kun huristelee ohi. Edelleen: invertterit ovat erinomaisia häiriölähettimiä ja teollisuudessa ponnistellaan ankarasti jotta EMC-rajat eivät ylittyisi. Ei ole helppo nakki sekään. Sen lisäksi että virrat ovat suuria, myös virtojen ja jännitteiden aikaderivaatat ovat hyvinkin suuria.

Tällä kaikella tarkoitan sanoa että kannattaa vakavasti harkita niitä olemassaolevia oikean teholuokan laitteita.
Open Source on oikein hieno juttu ja itsekin naputtelen tätä tarinaani Kubuntulla. En vaan oikein usko että Open Sourcea kannattaa ulottaa ihan IGBT hilojen ohjaamiseen. Sähköautoon liittyy kuitenkin paljon ohjaus/viihde-elektroniikkaa jossa voi soveltaa open source -periaatteita.
Akustoihin verrattuna taajuusmuuttajat eivät ole edes kovin kalliita. Jos ei ole halua ostaa täydellä hinnalla, aina voi yrittää rakentaa jotain yhteistyötä.

Lauantaita kaikille,

Löysin netistä PWM-vaihtosuuntaajan suunnitteludokumentit. Oli tehnyt joku
tamperelainen oppilasporukka harjoitustyönään. kytkikset ja kaikki.
ehkä tästä sais komponentit sopivasti mitoittamalla käypäisen ajonhallintalaitteen
esim oikosulkumoottoria varten.
Taajuusmuuttajahan muuttaa ensin vaihtovirran tasavirraksi ja sen jälkeen tuo tehty tasavirta
muutetaan taas uuden taajuuden vaihtovirraksi.
tässä olis nyt semmoinen kapistus, jonka avulla sais akuista tulevan tasavirran suoraan
halutuntaajuiseksi (nopeudensäätimen asennon mukaan) vaihtovirraksi sähkömoottoria varten.

Joku innokas sähköasiantuntija vois mitoittaa noi komponentit tuollaista 30 kW tehoa varten niin
sitten olis meillä nopeudenhallintajärjestelmä… ainakin sikäli kun mnä asiasta mitään ymmärsin.

Mutta se linkki dokumenttiin: PWS-vaihtosuuntaaja
jukka

Tervehdys
Olen jo useita vuosia harkinnut nykyisen bensamoottorin korvaamista sähkö sellaiseksi ja hiukan perehtynyt seuraaviin ongelmiin, ensiksi auton painojakauma tulisi olla sama kuin alkuperäisessä kokoonpanossa, moottorin ja akuston paino ei saisi ylittää auton alkuperistä kantavuutta, toiseksi mikäli lyijyakkuja käytetään starttiakut eivät kelpaa ne on suunniteltu antamaan maximi virtaa vain lyhytkestoisesti, ts käyttöikä arviolta muutama kuukausi . Muutenkin lyijyakuston teho/painosuhde on huono erityisesti pakkasella ja osittain purettuna. Uskon että nämävaihtosuuntaaja-ongelmat ovat suhteellisen pieniä kun nämä pääseikat ovat hallinnassa.
Näissäkin asioissa täytyisi pitää idealismi hallinnassa ja toimia enemmän realismin pohjalta
Hyvää jatkoa kaikille

En menisi laskemaan tavallisen taajarin varaan. Ne on yleensä suunniteltu kiinteisiin asennuksiin ja suht. vakaisiin olosuhteisiin. Autokäytössä vaaditaan suurta tärinänsietoa ja erittäin suuresti vaihtelevien olosuhteiden sietoa. Varmasti jotkin direktiivitkin sanelevat kovia vaatimuksia turvallisuuden vuoksi.

Voisi tietenkin kokeilumielessä testata, mitä joku tavallinen ABB:n kone tykkää siitä että sitä ajettaisiin vaikka 100 Hz taajuudella, jolloin kierrosluku nousisi 6000 rpm:ään. Kestääkö siinä laakeristo? Täriseekö roottori liikaa?

Periaatteessa tuolloin moottorista saatavilla oleva teho tuplaantuu myös. Mikäli laakerit vaihdetaan asiallisiksi, niin siinä ei pitäisi olla mitään ongelmaa. Vaihteisto sovitettaisiin vain toimimaan välille 0-6000 rpm.

Akkujännitehän muuttuu varaustilan ja kuormituksen mukaan, tavallisella 3,7 voltin kemialla välillä 4,2 - 2,5 täydestä tyhjään, eli Vaconin taajuusmuuttaja pitäisi suunnitella erikseen niin että se kykenee toimimaan 40% jännitteen alenemalla.

Pelkän taajuusmuuttajan hukkalämmöllä ei kauheasti juhlita. Jos hyötysuhde pysyy esim. 90% paremmalla puolella niin ajon aikana saadaan tuskin kilowattia lämmitykseen. Energian säästämiseksi olisi parasta käyttää lämpöpumppua joka tuottaa pikkupakkasilla jopa kolme kertaa enemmän lämpöä kuin ottaa sähköä. Sen kylmää puolta voisi lisälämmittää tuolla taajuusmuuttajan hukkalämmöllä jolloin COP paranee suhteessa pelkkään raakaan ulkoilmaan.