F2) Sähköautomuunnoksen sähkömekaniikan vaatimukset

Tässä osassa vaatimuksia käsitellään sähkömekaanisia osia (kuten akusto ja moottori), johdotuksia ja sulakkeita sekä "kiinteästi johdotettua" (releillä, kytkimillä ja diodeilla tms. toteutettua) toimintalogiikkaa, kuten hätäkatkaisupiiri.

Hallintalaitteisiin liittyvä sähkömekaniikka on käsitelty kohdassa sähköautomuunnoksen hallintalaitteiden vaatimukset

Akut

Akusto on sähköauton kallis osa ja se vaikuttaa paljon ajomatkaan ja hintaan

  • Valittava akkutekniikka
    • Vaihtoehto 1. Lyijyakut
      • Käytettävissä oleva kapasiteetti korkeintaan 60-70% nimelliskapasiteetista 25ºC lämpötilassa, noin 40-50% 0ºC ja 20-30% -20ºC.
      • Hävittäminen: lyijy kerättävä talteen
    • Vaihtoehto 2. Litiumakut
      • Käytettävissä oleva kapasiteetti kesällä lähes nimelliskapasiteetti, talvella lämmittämättömänä noin 60-70% nimelliskapasiteetista.
      • käyttölämpötila noin -25 .. 65ºC, kovissa pakkasissa tarvitaan kotelointia ja lämmitystä
      • Ei kärsi osittaisesta purkamisesta / osittaisesta lataamisesta
      • Hävittäminen: ei ole ongelmajätettä
  • Massa. Vaikuttaa voimakkaasti auton kuormattavuuteen. Kuljettaja
  • Mitat. Vaikuttaa voimakkaasti osasijoitteluun.
  • Kestoikä: noin 200 000 km ajoa
  • Akkupaketin vaihto lataamisen sijaan. Optio ja vaihtoehto.
  • Lisäakkupaketti. Optio.
  • Ei tarvita CE-hyväksyntää, oltava kierrätysmerkinnät ja pääsuoritusarvot
  • Akuston turvallisuus
    • Oikosulkusuojaus
    • Materiaalit paloa ylläpitämättömiä
  • Akuston lämmitys- / jäähdytysjärjestelmä. Optio.

Akuston sähköiset vaatimukset

  • Kapasiteetti: kymmeniä kilowattitunteja. Riippuu tarvittavasta ajomatkasta. Kuljettaja
    • Kulutus kevyessä kaupunkiajossa noin 50-100Wh/km, 80km/h noin 120-250Wh/km, 100km/h 200-300Wh/km, 120km/h 250-400Wh/km (hyvin suuntaa antavia evalbum.com:in ja käytännön kokemuksen perusteella)
  • Latausaika. (Liittyy latauslaitteeseen) Kuljettaja
  • Jännite. Vaikuttaa järjestelmän rakenteeseen, kuten johdotukseen, akuston rakenteeseen, laturin ja DC/DC-muuntimen valintaan sekä moottoriin ja sen ohjaimeen. Jännitevalinta tehtävä tasapainoillen eri tekijöiden välillä.
    • Jännite vaihtelee LiFePO4-akuilla noin 2..4V / kenno.
  • Virta.
    • Akun purkuvirta on rajallinen. (Tyypillisesti luokkaa 2C eli akku voidaan purkaa tyhjäksi 1/2 tunnin aikana.)
    • Yhteydessä akuston kapasiteettiin ja jännitteeseen sekä moottoritehoon.
  • Mitoitusperiaate?! Katso tarkemmin Sähköautomuunnoksen mitoitus ja tilankäyttö

Akustokoot

  • Isommat akustot voidaan sijoittaa autoon kahteen eri paikkaan
  • Vaihtoehto 1) Auto voidaan varustaa joko pienemmän tai isomman kennokoon akustolla. Kaikki akut ovat yhdessä ketjussa sarjakytkennässä.
  • Vaihtoehto 2) Lisäakusto
    • Vara-akusto, joka on vaihdettavissa sähköisesti pääakun tilalle ajoa varten
    • Vara-akusto on ladattavissa auton laturilla, kun se kytketään laturiin sähköisesti
    • Vara-akusto on ostettavissa myöhemmin

Super-kondensaattorien käyttö kiihdytyksiin

Super-kondensaattoreilla on akkuja paljon suuremmat virranantokyvyt, eikä niillä ole rajoitettua käyttösyklien määrää.

Moottori

Autossa voi olla yksi tai useampi sähkömoottori: yksi moottori voi olla kytketty tasauspyörästöllä vetäviin pyöriin tai vetävillä pyörillä voi olla omat moottorinsa. Sähkömoottoreita on eri monia eri tyyppisiä.

Katso sähköautomuunnoksen moottorin vaatimukset

Latausliityntä (auto/sähköverkko-liityntä)

  • Liityntäperiaatevalinta
  • Tulojännite
  • Latausvirta
  • Sijoituspaikka
    • Vaihtoehto 1) kuljettajan kohdalle vasempaan etulokasuojaan. Etuna kätevä paikka.
    • Vaihtoehto 2) oikeaan etulokasuojaan. Etuna kätevä paikka ajoradan vieressä ladattaessa.
    • Vaihtoehto 3) etupuskuriin. Kuten usein lohkolämmittimen pistokekin. Haittana kuraantuminen ja loskaantuminen.
    • Vaihtoehto 4) bensatankin läpän taakse. Etuna valmis läppä.
  • Suojaaminen läpällä. Optionaalinen.
    • Läppä suljettavissa ja lukittavissa kaapelin ollessa kiinni, jotta latausjohtoa ei viedä. Optionaalinen.
  • Latauspistokkeen kiinni olemisen tunnistin
    • E-sääntö 100 vaatii johdon tunnistamisen, kun yritetään lähteä liikkeelle. (5.1.2.4)
    • Akun sähkönsyöttö takaisinpäin pistokkeeseen pitää olla ehdottomasti katkaistu, kun laturi irrotetaan.
      • Voidaan toteuttaa yksisuuntaisen laturin luotettavalla isoloinnilla.
    • Pistoke voi silti olla huonosti kiinni tai kokonaan irtikin sähköverkon päästä. Sähköverkon jännite voi pätkiä ja laturin on kestettävä tämä.

Latauskaapeli

  • Oltava suojattu ulkokäyttöä silmälläpitäen. (Sähköturvallisuuden takia.) Pakollinen.
  • Laturin liityntäjohdosta erityisiä suomalaisia vaatimuksia: -40ºC, johto 50mm halkaisijan kerällä?! Pakollinen.

Käyttövirran kytkentä eri kohteisiin

DC/DC-muuntimen kytkentä päälle

  • Usein ladattaessa voidaan tarvita 12V virtaa, joten DC/DC-muunnin on kytkettävä päälle (esim. puhaltimen pyöritys ohjaamon lämmityksen yhteydessä)
  • Vaikka autolla ei ajetakaan, voidaan haluta ottaa 12V piiriin virtaa ajoakusta (esim. audiolaitteet ja kylmäkaappi). Optio.
  • Auton seisoessa käyttämättömänä DC/DC-muunnin on kytkettävä pois päältä, jotta ajoakku ei pääse tyhjenemään ja menemään pilalle.

Pääkontaktori ajovirran kytkemiseen päälle

Kontaktori, jolla ajoakun virta on saatava katkeamaan kaikissa olosuhteissa. Tämä on myös turvatekijä. Pystyttävä takaamaan, ettei hitsaudu kiinni syöksyvirtatilanteissakaan.

  • Kärkien jännitekesto. Pakollinen ja kriittinen.
  • Kärkien virrankesto. Pakollinen ja kriittinen.
  • Ohjausjännite
  • Eristysjännitevaatimukset?
  • Lataustilanne?!

Päävirtakytkin ajovirran katkaisuun

  • Jännitekesto
  • Virtakesto
  • Mahdolliset viranomaisvaatimukset / turvallisuus:
    • Erotusväli
    • mekaaninen tahattoman sulkeutumisen esto
  • Järjestelmä saatava jännitteettömäksi
    • huollossa
    • kolaritilanteessa

Riittääkö avattava lenkki?!
Riittääkö varmatoimisten pääkontaktorien ohjaus?!

Hätäkatkaisupiiri

  • Saatava koko järjestelmä sähköttömäksi
  • Vaatimukset erilliselle kontaktorille hätäkatkaisutilanteessa?!
  • Hätä-seis-painike.
  • Törmäyskiihtyvyyden tunnistin. Optio.
  • Ylilämpöantureita. Optio.

Pääsulake tai sulakkeet

  • Jännitteen kesto. Pakollinen ja kriittinen.
  • Riittävä katkaisukyky (engl. breaking capacity, määritetään akuston oikosulkuvirrasta). Pakollinen ja kriittinen.
  • Katkaisuvirran mitoitus. Pakollinen ja kriittinen.
  • Sulakepidike
    • Sulakkeen turvallinen vaihtotapa suunniteltava ja ohjeistettava. Pakollinen.
    • Luotettava tärinässä
    • Ei saa vaurioittaa ympäristöään rikkoutuessaan
  • Helposti saatavissa
  • Automaattinen / kertakäyttöinen vaihdettava (vaihtotilanne ja sähköturvallisuus siinä huomioitava)

Katso myös johtimien sulakesuojaus kohdassa Tekninen toteutus

Johtosarjat

Yleistä johtosarjoista

  • Jännitekesto (erityisesti ajojännite- ja verkkojännitepiiri). Käytettyjen materiaalien jännitekestot tarkistetaan ja käytännön johdotuksen eristysvastus mitataan. Ehdoton (sähköturva).
  • Virrankesto. Käytettyjen materiaalien virtakestot tarkistetaan. Kytkettyjen piirien vastustasot mitataan (ehkä liitokset tarkistetaan kuormitettuina lämpökamerallakin). Ehdoton (sähkö- ja paloturva).
  • Pakkasen ja kuumuuden kesto. Ehdoton (sähköturva).
  • Tärinän- ja iskunkesto
    • Laadukkaat puristusliitokset
    • Monisäikeiset johtimet. Pakollinen.
    • Lukitut liittimet. Pakollinen.
    • Johtimien sidonnat
    • Läpiviennit suojattuja
  • Alustassa esineiden tunkeutuminen johdotuksiin
    • Suojaputkitus / -kotelointi
  • Kemiallinen kesto
    • Joissakin kohdin öljynkesto
  • Häiriösuojaus
    • Osassa kaapeleista oltava maadoitetut suojavaipat
  • Asennettavuus
    • Kaapelien taivutussäteet
  • Komponenttien ja johdotusten oltava mitattavissa jännitteisenä (huolto ja vianetsintä).

Katso myös johtimien sulakesuojaus kohdassa Tekninen toteutus

Liitintyypit

Yleisiä liittimien vaatimuksia:

  • Jännitekesto. Kriittinen.
  • Virtakesto. Kriittinen.
  • Lämpötila-alue. Kriittinen.
  • Korroosion kesto (lika ja kosteus)
  • Lukitus. Pakollinen.
    • Mahdollinen sormella painaen vapautettava lukitus
    • Mahdollisessa kierrelukituksessa on oltava pykälä, jonka taakse jaustava lukitus jää, jotta se ei irtoaisi tärinässä
  • Mahdollinen taivutussuoja
  • Mahdollinen vedonpoisto ja taivutussuojaus
  • Mahdollisen suojasukan kytkentämahdollisuus
  • Liitinpinnit
    • Pienivirtaisille signaaleille olisi oltava kullatut liitinpinnit
    • Liitinpinnit kiinnitettävä puristamalla

Vakioitavat liittimet:

  • Väyläliitin, vakio kaikissa osissa jos mahdollista
  • Käyttöjänniteliitin, vakio kaikissa osissa jos mahdollista
  • Ajovirtaliittimet
    • "Andersson-liitin"?
    • EN 1175-1 antaa vaatimuksia akkuliittimille (trukit)

Läpiviennit ja kaapelien sidonta

Läpivientien vaadittavia ominaisuuksia:

  • Tiiveys
  • Mahdollinen vedonpoisto ja taivutussuojaus
  • Mahdollinen häiriösuojaus

Kaapelisidontojen vaatimuksia:

  • Tarpeeksi tiheä sidonta
  • Sidonta kaapelia vaurioittamattomalla tavalla
    • Reunojen suojaus
    • Sidontakohdissa ei saa olla tärinässä kaapelia hinkkaavia kohtia

Kaapelien suojaus

  • Muoviset suojaputket
  • Metalliset suojaputket
  • Suojakourut
    • Päällimmäisistä suojakouruista tulisi nähdä, koska auton pohjaa on kolhittu ja sähköiset rakenteet ovat mahdollisesti vaurioituneet kolhimisen seurauksena (esim. ojaanajo)

Kaapelityypit

Yleisiä kaapelien vaatimuksia:

  • Jännitekesto. Kriittinen.
  • Virtakesto ja poikkipinta-ala (ohuet kaapelit lämpenevät enemmän, virtakesto suhteessa sulakkeisiin). Kriittinen.
  • Lämpötila-alue. Kriittinen.
    • pakkasen kesto
    • virran aiheuttamalle lämpenemiselle varaa kymmeniä celsiusasteita
    • huomioita mahdollisen akuston lämmityksen vaikutukset
  • Säikeiden määrä (taivutus ja tärinäkesto)
  • Mahdollinen suojasukka, jolla voidaan nostaa jännitekestoa ja/tai mekaanista suojausta
  • Kemiallinen kesto, joissakin kohdin likaa ja öljyä

Yleisesti valittavia kaapelityyppejä:

  • Väyläkaapeli
    • CAN kierretyllä parilla, mahdollisesti suojavaippa
  • Käyttöjännitekaapeli

Eri johtosarjat

Eri tyyppiset ja eri jännitteiset johtosarjat on syytä pitää erillisinä selkeyden, modulaarisen ajattelun ja sähköturvallisuuden selvän analysoitavuuden takia. Johtosarjojen tyyppejä ovat (kuhunkin kuuluu monia johtosarjoja):

  • Ajojänniteosan johdinsarja
    • Pääakun piirin johdotus turvallisia helppoja reittejä pitkin
    • Sähköturvallisuus tärkeää! Huomaa myös BMS-johtimet, jotka ovat akkujännitteessä
    • Sulakesuojaus erityisen tarkkaa!
    • Eristysvastus pitäisi mitata vuosittain (EN 1175-1)
  • Verkkojänniteosan johdinsarja
    • Sähköturvallisuus tärkeää!
    • Sulakesuojaus erityisen tarkkaa!
  • Kontrolliosan johdinsarja
  • 12V-järjestelmän johdinsarja

Sähköinen jarrujen alipainepumppu

Lämmitysjärjestelmä

  • Auton sisätiloja on lämmitettävä. Perusteet: huurteenpoisto ja matkustusmukavuus. Pakollinen
    • Vaihtoehto 1) Sähköinen vastus ja auton oma puhallin
    • Vaihtoehto 2) Polttoöljylämmitin (Webasto)
    • Vaihtoehto 3) Ilmalämpöpumppu
  • Tuotettava lämpöteho: henkilöautoissa noin 3kW
  • Viranomaisvaatimukset: 78/317/ETY
Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License