elektro-mobilitás tananyag 5 1
TRANSCRIPT
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
1/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
2/59
2
Tartalom
1. Bevezets(az energiatrols szerepe, jelentsge) ................................................................. 4
2. Energiatrolkkal szemben tmasztott kvetelmnyek.......................................................... 5
3. Akkumultorok felptse, mkdse, diagnosztikja ............................................................ 7
3.1 lom knsavas akkumultor................................................................................................ 9
3.2
Nickel-Kadmium (Ni-Cd) akkumultor................................................................................ 10
3.3
NiMH (nickel-metall hybrid) akkumultor........................................................................... 11
3.4 NaS (ntrium-kn) akkumultor............................................................................................ 11
3.5
Ltium ion - technolgia ........................................................................................................ 12
4. Akkumultor menedzsment rendszer (Battery Management System BMS) ..................... 14
5. Akkumultorok tltse .......................................................................................................... 15
6. A villanymotor hasznlata genertorknt .............................................................................. 18
7. Akkumultor alkalmazsa elektromos autban..................................................................... 18
8.
Kondenztor felptse, mkdse, diagnosztikja............................................................... 20
9.
A hibrid jrmvekben alkalmazott egyb energiaforrsok s trolk................................... 23
9.1
Tzelanyag cella .................................................................................................................. 23
9.2 Lendkerk.............................................................................................................................. 27
10.
Korszer akkumultorokkal kapcsolatos fogalmak, jellemzk s diagnosztikjuk.............. 30
10.1 Alapfogalmak ........................................................................................................................ 31
10.1.1
Galvnelem ............................................................................................................. 31
10.1.2
Villamos tlts ........................................................................................................ 32
10.1.3 Villamos munka ...................................................................................................... 32
10.1.4
Villamos teljestmny ............................................................................................. 32
10.1.5 Akkumultor teljestmnye ..................................................................................... 32
10.1.6
Akkumultor nkislse ......................................................................................... 33
10.1.7 Ciklus ...................................................................................................................... 33
10.1.8 CCA, CA, AH (indt akkumultoroknl) ............................................................. 33
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
3/59
3
10.2 3. Akkumultorok felosztsa (fbb tpusok) ......................................................................... 35
10.3
Akkumultorok alkalmazsi terletei.................................................................................... 37
10.4
Fbb akkumultortpusok sszefoglal ismertetse.............................................................. 39
10.4.1
LOM-SAVAS AKKUMULTOROK................................................................ 39
10.5 Akkumultor felgyel elektronikk.................................................................................... 44
10.5.1 Cellakiegyenlt - Balancer .................................................................................... 44
10.5.2
2 Battery manager system....................................................................................... 45
10.6 Akkumultorok diagnosztikja ............................................................................................. 45
10.6.1
Az akkumultorok zemmdjai.............................................................................. 45
10.6.2 Kapacitsvizsglat .................................................................................................. 46
10.6.3
Cellafeszltsg ........................................................................................................ 49
10.6.4 Akkumultor savszint ellenrzse ......................................................................... 51
10.6.5 Bels ellenlls s terhel ramerssg.................................................................. 52
10.6.6 Hatsfok mrse ..................................................................................................... 53
10.7 Akkumultorok viselkedse klnbz hmrskleteken.................................................... 53
10.8 Akkumultorok tltse .......................................................................................................... 54
11. Felhasznlt irodalom ............................................................................................................. 57
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
4/59
4
1. Bevezets(az energiatrols szerepe, jelentsge)
Az elektromos autk elterjedsnek egyik f akadlya, az energiatrols mszaki
megvalstsnak krdse. Az elektromos autk meghajtst villanymotor biztostja,
amelynek mkdshez elektromos ramra van szksg. Az elektromos hajts irnti ignyt
az utbbi vekben a levegszennyezs, zajszennyezs, az zemanyagok drgulsa induklta.
A jelenleg hasznlt zemanyagok szksen llnak rendelkezsre, ellltsuk a kedveztlen
fldrajzi adottsgok miatt egyre kltsgesebb vlik, ugyanakkor a mobilits s a
motorizci irnti igny rohamosan nvekszik. Rupert Stadler, az Audi AG igazgatsgnak
elnke szerint 2020-ra minden Audi modellnek lesz egy e-tron vltozata is.1 Minden
autgyrt cg szmra ltfontossg krds lehet, hogy meglljk a helyket az elektromosautk tervezsnek versenyben, s akr versenyelnyre, akr vezet pozcira tegyenek
szert. Az elektromos hajts mr rgta hasznlt technolgia a kttt plys kzlekedsben,
ahol az ramot leggyakrabban fels vezetk biztostja. Szemlyautkban ez a megolds nem
hasznlhat, hiszen nem lehetne minden kzutat vezetkekkel elltni, a vezetket tpllni,
illetve az ezrt jr djat az autsoktl beszedni. Az energiatrolst azonban nem csak a
gpjrmvekben kell megoldani, a vilg minden ramszolgltatjnak foglalkoznia kell az
energiatrols krdsvel, mert a fogyaszti ignyek ingadozsnak kiegyenltse csak
energiatrols tjn valsthat meg, ezen kvl a megjul energiaforrsok (mint pldul a
szlerm) vltoz teljestmnyeit is ki kell egyenlteni. Az energiatrols problmjnak
lekzdse nagy elnyt jelentene az elektromos autknak a bels gs motorokkal szemben,
s elkpzelhet lenne, hogy a fnykpezgpekhez hasonlan, az elektromos autk teljesen
kiszortank az utakrl a ms meghajts jrmveket, mint a digitlis fnykpezgp az
analg eldjt. Jelenleg az elektromos s a benzines hajts kombincijaknt addgynevezett hibrid autkkal tallkozhatunk az utakon, s a kzel jvben ezeknek a
tpusoknak a trhdtsa vrhat. Mind az elektromos, mind a hibrid autk elnye, hogy a
kzlekeds sorn keletkezett tbblet energia (pldul a fkezs sorn keletkezett energia) egy
genertoron keresztl visszatplldik az energiatrol egysgbe, gy nem vsz el. Az
energiatalakts hatsfoka egy elektromos jrmnl ngyszer jobb, mint egy bels gs
motorral felszerelt jrmnl, gy azonos menetteljestmnyhez csak negyedannyi energia
1Gyr Plusz kzleti hetilap, II. vfolyam 10. Szm, 2012. Mrcius 9. pntek
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
5/59
5
szksges. Ezen kvl ezek az autk ltalban start-stop funkcival is el vannak ltva, ami
azt jelenti, hogy amikor az aut ll, a motor kikapcsol, s nem hasznl energit. Ekkor a
jrm villamos rendszervel szemben tmasztott kvetelmny a motor gyors jraindtsa, s
amg a motor ll, a tbbi villamos gp mkdsnek zavartalan biztostsa (pl. rdi). Az
tisztn elektromos autk energiatrolinak kls hlzatrl val feltltse szksges (kivve
pldul a napkollektoros megoldsokat), ezrt elterjedskben a tltllomsok
infrastruktrjnak kiptse is nagyban hozzjrul. A hibrid autkban az akkumultor
feltltst a benzinmotor vgzi, amikor az aut lland sebessggel halad. Az elektromos
illetve hibrid autk terjedst sok helyen a regisztrcis ad mrsklsvel, ingyenes
parkolsi lehetsggel, behajtsi engedlyekkel tmogatjk. A legtbb elektromos autvalKaliforniban tallkozhatunk, ahol nagy figyelmet szentelnek a krnyezetvdelemnek, s a
sztrok presztzskrdsnek ltjk az elektromos autk hasznlatt. A mrnkket nagy
kihvs el lltja, hogy lehet az elektromos ramot az autban trolni. A problmt az
energiatrol berendezsek nagy tmege s helyignye, a gpjrmvel megtehet tvolsg
egy tltssel, a vgsebessg s a tltsi id hosszsga jelentik. A leggyakoribb megolds az
akkumultor, ezen kvl a ktrteg kondenztor, a tzelanyag cella s a lendkerk fordul
el. A tovbbiakban ezeknek a berendezseknek a felptsrl, mkdsrl, elnyeirl,
htrnyairl, diagnosztikjrl lesz sz. Az energiatrolsi megoldsok dnthetik el, hogy
mikor tr t egy vsrl az elektromos autra, vagy a piacon knlt modellek kzl melyiket
fogja vlasztani, hiszen az energiatrols hatrozza meg a hattvolsgot, tltsi idt s a
hatkonysgot. Sajnos minden problmra nem jelent megoldst az elektromos energia
alkalmazsa az autkban, gondoljuk pldul a sok bonyolult elektronika krnyezetkrost
hatsra, egyszer ugyanis ezek az autk is elhasznldnak, vagy az autk megnvekedetttmegre, ami az utakat krostja.
2. Energiatrolkkal szemben tmasztott kvetelmnyek
Az energiatrol berendezsekkel szemben tmasztott ltalnos kvetelmnyek:
Magas trolsi kapacits,
Magas teljestmny leadsra kpes,
Ciklikusan feltlthet s kisthet legyen,
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
6/59
6
Hossz n kislsi id,
Nagy hatsfok,
Hossz lettartam, Krnyezetbart anyagok felhasznlsa, jrahasznosts lehetsge,
Alacsony beszerzsi szerelsi s fenntartsi kltsgek,
Gyors visszatlthetsg,
Alacsony hmrskletfggsg,
Kis kapacits/tmeg arny,
Kis mretek.
Az energiatrol megvlasztsakor figyelembe veend szempontok:
Teljestmnysrsg (kw/l vagy kw/kg): ettl fgg a jrm dinamizmusa,
Energiasrsg (kw*h/l vagy kw*h/kg): ettl fgg mekkora utat kpes a jrm az
elektromos hajtssal megtenni,
A kistsi/feltltsi ciklusok szma (lettartam),
A hatsfok (%), nkisls mrtke (%/nap),
Krnyezeti hatsok (gyrts, zemeltets, jrahasznosts),
Beszerzsi r,
Rendelkezsre lls (rendelhetsg)2.
Az energiatrol eszkzk teljestmnynek sszehasonltsra az gynevezett Ragone -
diagramok alkalmasak. A diagram tengelyein az energiasrsg, s a teljestmnysrsg
vannak feltntetve, mindkett logaritmikus. A fggleges tengely azt mutatja, hogy mennyi
energia ll rendelkezsre, a vzszintes tengely pedig, hogy milyen gyorsan lehet az
energihoz hozzfrni.
Az energiasrsg:
(ahol Vfeszltsg, I ramerssg, t id, m-tmeg)
A teljestmnysrsg:
(ahol Vfeszltsg, I ramerssg, m-tmeg)
2Sebestyn Szabolcs Hibrid hajts gpkocsik, szakdolgozat (30.-40. Oldal)
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
7/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
8/59
8
Elektromos jrmvek akkumultor rendszerei a kvetkez f elemekbl plnek fel:
Akkumultor egysg,
Akkumultorvezrl rendszer,
Htrendszer,
Szellztet rendszer,
Csatlakoz s biztost egysg.
Az akkumultor hznak feladata megvdeni a cellkat a mechanikai hatsok ellen,
tovbb villamos vdettsget is biztost. Az akkumultorokat villamos, illetve hibrid autk
esetben gyakran az utastrben, illetve az utasok kzvetlen kzelbe helyezikel, ezrt nagy
gondot fordtanak az esetlegesen tlmelegeds kvetkeztben kiszabadul mrgez, mar,
vagy gylkony anyagok elvezetsre, szellztetsre. Tovbbi biztonsgi krds, hogy
baleset esetn az akkumultort le lehessen kapcsolni az aut villamos berendezseirl, gy
elkerlhetek az ramts okozta srlsek. Amikor a vezet lelltja a jrmvet, az
akkumultor lekapcsolsra kerl a villamos berendezsekrl, nehogy egy bekapcsolva
felejtett fogyaszt lemertse.
2. braAkkumultor elhelyezse a Toyota Prius tpus autjban5
5http://www.play-auto.net/2010/01/are-you-having-problems-with-your-toyota-prius-battery/
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
9/59
9
Elnyei:
Alacsony ellltsi kltsg,
jrahasznosthat a 95%-a,
Nagy hatsfok (NiMH akkumultor esetben 47%-os, a ltiumion-akkumultornl ez
az rtk akr a 70%-ot is elrheti),
Megbzhatsg, biztonsgos zemeltets,
Karbantartst nem ignyel.
Htrnyai:
Rvid lettartam,
Korltozott a feltltsi ciklusok szma (1 teljes feltlts + 1 teljes kists),
Kislsi mlysg befolysolja az lettartamot,
Energiasrsgk kicsi, ezrt nagy a tmegk,
Fenntartsi kltsge magas,
Ssav rendkvl krnyezetkrost anyag.
3.1 lom knsavas akkumultor
lom knsavas akkumultorral pldul az iparban, azon bell is a logisztikban a
targonckban tallkozhatunk.
Jellemz mszaki adatai:
Ciklusszm: 750-1000
Energia hasznostsa: 65-80%
Kzepes cellafeszltsg: 2 V
Elmleti energiasrsg: 167 Wh/Kg
Gyakorlati energiasrsg: 35 Wh/kg
Az eltrs okai:
- knsavat hgtani kell (kb. 40%),
- az aktv tmeg kihasznltsga csak 50-60%,
- ohmikus vesztesgek
- a konstrukcis elemek tmege.
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
10/59
10
Teljestmnysrsg: 20 W/kg (tarts), 40-80 W/Kg (cscs)
Elnyei:
- megkzeltleg 100 ve gyrtjk (Ltium - ion akkumultornl ltni fogjuk, hogy az
rt jelentsen befolysolja)
- bevlt technolgia
- nagy tapasztalat
Htrnyuk:
- nagy sly/trfogat
- vzfogyaszts
-
nkisls- alacsony gzosodsi feszltsg
A tltsk szablyozott tltrammal kell, hogy trtnjen, mert helytelen, vagy tl gyors
tlts esetn az akkumultor tnkre mehet. Tl nagy ramerssg esetn az alacsony tltsi
id mellett alacsony cellafeszltsg rhet el.
3.2 Nickel-Kadmium (Ni-Cd) akkumultor
A nickel-kadmium akkumultor nagyteljestmny akkumultor, ra a Pb akkumltorok
krlbell hromszorosa. A hadiiparban s a replgpekben terjedt el. A kadmium
rendkvl mrgez, ezrt manapsg helyette inkbb NiMH (nickel-metall hybrid)
akkumultort alkalmaznak. Htrnya a Memory Effekt, ami azt jelenti, hogy az
akkumultort mindig ki kell stni, majd lland Qn=0,1 1/h rtkkel kell tlteni, hogy a
kapacitst megrizze.Jellemz mszaki adatok:
Ciklusszm: kb. 4000
Kzepes cellafeszltsg: 1,3 V
Elmleti energiasrsg: 245 Wh/Kg
Gyakorlati energiasrsg: 50 Wh/kg
Teljestmnysrsg: 100-800 W/kg
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
11/59
11
3.3 NiMH (nickel-metall hybrid) akkumultor
Ezt az akkumultortpust nagy terhelhetsg pufferakkumultorknt alkalmazzk hibrid
autkban, a regeneratv fkezsbl nyert villamos energia trolsra. Az lom-savastechnolgitl eltren itt nem vesz rszt az alkli elektrolit (vizes klium oldat) az elektrda
reakciiban. Aktv elektrdaanyagknt, valamint hidrogntrol anyagknt (alkotfm)
nickel-oxid hidroxidot hasznlnak. Az alkotfm magas lantn, cerium s neodymium
sszettel tvzet. Az akkumultort mkdse sorn nem szabad tltlteni, s a megfelel
szellzsrl gondoskodni kell.
Elnye:
-
nagy teljestmnysrsg
- j hatsfok
Htrnya:
- nagy nkisls
- nagymrtk hmrskletfggsg
- kedveztlen terheletlen feszltsg
1. Nagy energiacells
Energiasrsg: 80 Wh/Kg, 220 Wh/dm3
Teljestmnysrsg: 200 W/Kg, 600W/dm3
Tltsi id: 3 ra
2. Nagy teljestmny cells
Energiasrsg: 55 Wh/Kg, 165 Wh/dm3
Teljestmnysrsg: 600 W/Kg, 1800W/dm3
Tltsi id: 1 ra
3.4 NaS (ntrium-kn) akkumultor
Formja hengeres, s a kzepben van a nagy reakcikpessg ntrium, amelyet a
folykony kntl kermiamembrn vlaszt el. A membrn tengedi a ntriumionokat, mg az
elektronok egy kls krn jutnak a msik elektrdhoz - gy termel az akku ramot.
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
12/59
12
Elnye:
- megbzhatsg,
- hossz lettartam (15 v),
- alacsony alapanyagkltsg,
- nagy energiasrsg (124 Wh/l).
Htrnyai:
- a kicsi teljestmnysrsg,
- a kermia gyrtsi nehzsgei,
- magas mkdsi hmrsklet (330C),
-
nem alkalmas gyorstltsre.- a magas mkdsi hmrskletbl addan nem cskkenhet egy bizonyos szint al a
telepek hmrsklete (hmrskletszablyozs, fts)6
Az NiCd vagy lomakkumltorral felszerelt jrmvek egy feltltssel krlbell 150
killmter megttelre alkalmasak, ami a karosszria kialaktstl is fgg. Nhny plda a
Mitsubishi i-MIEV a gyrt szerint 160 killmter megttelre kpes, a Volkswagen E-Up!
Modelljvel megkzeltleg 130 kilomter tvolsgot tehetnk meg.
3.5 Ltiumion - technolgia
A nevt onnan kapta, hogya tlts trolsrl ltiumionok gondoskodnak, amelyek tltskor
a negatv, sznalap elektrdhoz, kistskor pedig a pozitv fm-oxidelektrdhoz
vndorolnak. Az elektrda anyagai pldul LiMn2O2, vagy LiFePO4. Az andot (grafit) s a
katdot (Ni, Mn, Co) elvlaszt elektrolit a LiPF6, vagy jabban a kevsb korrodl LiBF4,
ltalban folykony, szerves oldat formjban. A felhasznlt anyagok emltse azrt fontosennl a tpusnl, mivel a tbbi akkumultorhoz kpest sokkal kisebb mreteket tesznek
lehetv. Elszr mobil telefonokban s hordozhat szmtgpekben alkalmaztk.
6Dr. Emd Istvn, Tlgyesi Zoltn, Zldy Mt Alternatv jrmhajtsok(127.-130. Oldal)
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
13/59
13
Jellemz mszaki adatok:
Cellafeszltsg: 4,2 V
Elmleti energiasrsg: 400 Wh/Kg
Gyakorlati energiasrsg: 100 Wh/Kg
Tarts teljestmnysrsg: 100 W/Kg
Impulzusszer teljestmnysrsg: 500 W/Kg (30 sec.)
Elnye:
- nagy hatsfok (90-95%),
-
hossz lettartam (3000 ciklus)- nem ignyel karbantartst
- magas feszltsgszint
- j visszatlthetsgi kpessg
Htrnya:
- fejletlen tmeggyrts
- az elektrolit rossz vezet
-
a komplex felgyeleti rendszer szksgessge
- a magas kltsg
- kis biztonsg (melegeds): Tltlts vagy a nvlegesnl magasabb feszltsggel val
tlts esetn ugyanis h fejldik, ami az akkumultorfelrobbanshoz is vezethet.7
Mivel a ltiumalap akkumultorok energiasrsge lnyegesen nagyobb, mikzben slyuk
kisebb, lnyegesen nagyobb tvolsgok megttelre teszik alkalmass a gpjrmvet egyfeltlts utn. gy a Tesla jelenlegi Roadster modellje egyetlen feltltssel akr kzel 500
kilomtert is megtehet.
7Energy storage devices for future hybrid electric vehicles (www.sciencedirect.com,)
http://www.sciencedirect.com/http://www.sciencedirect.com/http://www.sciencedirect.com/http://www.sciencedirect.com/ -
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
14/59
14
4. Akkumultor menedzsment rendszer (Battery Management System BMS)
Az akkumultor menedzsment rendszer clja ltalnosan megfogalmazva az akkumultor
mkdsnek s lettartamnak optimalizlsa, a biztonsgos s megbzhat mkds
biztostsa.
Feladatai:
- Az akkumultorbl kivehet energia mennyisgnek mrse
- Akkumultorcellk tltttsgi llapotnak (SOC) mrse: ez azrt fontos, mert a
legkevsb tlttt cella hatrozza meg a teljes akkumultor csomag kirthetsgihatrt, s a legjobban feltlttt cella hatrozza meg a teljes akkumultor csomag
feltlthetsgi hatrt
- Akkumultor egszsgi llapotnak (SOH) rtkelse
- ramerssg, feszltsg, hmrsklet mrse klnbz zemllapotokban
- Akkumultor hmrskletnek szablyozsa (Az akkumultor lettartama nagy
mrtkben fgg a hmrsklettl.) Az akkumultor htse lgkondcionl
berendezssel, az utastr levegjnek beramoltatsva, vagy folyadkkal trtnhet.
- Az akkumultor cellinak feszltsgkiegyenltsnek szablyozsa
ltalbantuds alap modelleket alkalmaz a kvetkez terleteken:
Diagnosztika
Vezet szmra informci biztostsa
Optimalizlt energia menedzsment Optimalizlt tlts/kists id: Az akkumultor tnkremenetelt minden
esetben a ciklikus tlts s kists okozza. Minl magasabb a tlts, s minl
mlyebb a kists annl gyorsabban elhasznldik.8
Abban az esetben, ha az akkumultor tltltdne, vagy tlhevlne, a BMS lekapcsolja az
akkumultort a rendszerrl, gy megvja a tnkremeneteltl. Az akkumultor menedzsment
8Maria KlingebielHibrid hajtsok, tzelanyag cellk, alternatv tzelanyagok (49.-52. Oldal)
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
15/59
15
rendszer felels hibrid autkban azrt is, hogy a gyakori meglls-elinduls (start-stop
funkci alkalmazsa) esetn, ha az akkumultor mr nem tudja biztostani a motor
indtsakor szksges nagy mennyisg energit, akkor nem lltja le a motort.Mivel ebben
az esetben nehz biztostani a motor szmra szksges energit, s kzben a tbbi
berendezs zavartalan mkdst (fnyszr, rdi stb.), ezrt alkalmaznak egy kisegt
akkumultort is, amely indtskor lp mkdsbe egy levlaszt kapcsolnak ksznheten,
s elltja a tbbi fogyasztt, amg a motor indtsa folyik. Termszetesen norml zem idejn
ez az akkumultor is tltdik. Alkalmaznak tovbb egy harmadik kisegt akkumultort is,
ami az elektrohidraulikus fkrendszer mkdtetshez szksges, ennek biztonsgi okai
vannak.
5. Akkumultorok tltse
Minden elektromos jrm rendelkezik sajt AC tlt berendezssel, mely segtsgvel
otthon a garzsban, egy konnektorrl feltlthet. Ebben az esetben a tlts vezrlse az
autba ptett fedlzeti tltvel trtnik.
A msik lehetsges md az aut tltsre egy DC gyorstlt lloms felkeresse, ahol
sokkal gyorsabban tlthetjk fel az aut akkumultort, akr 15-20 perc alatt 80%-os
tltttsgre, ami a hagyomnyos AC tlts 8 rs tltsi idejnl lnyegesen gyorsabb.
3. braElektromos autk tltsi lehetsge9
9www.eszk.org/content/arch/.../beszamolo/20120223_entar_besz.pdf
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
16/59
16
Gyorstlt llomsok ltrehozshoz termszetesen infrastruktrlis beruhzsokra is
szksg van, ami egyelre mg vrat magra. Magyarorszgon a MOL Istenhegyi ti
tltllomsa az els kezdemnyezs ezen a tren. A tltlloms kialaktsnl minden
szempontbl trekedtek a krnyezetbart megoldsokra (napelem, zldtet, hszigetels,
fts, LED vilgts stb.).
4. braKrnyezetbart tltlloms Magyarorszgon10
Az azonban mg nem tisztzott a gyorstlt llomsokkal kapcsolatban, hogy ez agyorstlts mennyire viseli meg a forgalomban fellelhet akkumultorokat. Az ilyen jelleg
gyors feltlts ugyanis jelentsen cskkenti az akkumultor vrhat lettartamt ezrt is
csak a legmodernebb ltiumakkumultorok esetn alkalmazhat. A jelenlegi gyakorlatban a
jrmvek tltse tbb rt is ignybe vesz a tlt llomsokon, ami minden bizonnyal az
egyik f oka az elektromos jrmvek elterjedsnek lass temnek.
10http://www.mol.hu/hu/a_molrol/sd/kornyezetunk_vedelme/eghajlatvaltozas/a_jovo_toltoallomasa/
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
17/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
18/59
18
6. A villanymotor hasznlata genertorknt
A tisztn bels gs motorral szerelt gpjrmvekkel szemben nagy elnyt jelent az
elektromos illetve hibrid autknak az a lehetsge, hogy a fkezskor felszabadul energit a
villanymotor genertorknt zemelve az akkumultorba visszatltse. A genertor egy
gerjesztett ritkn lland mgneses forgrszbl s egy tbbfzis tekercsrendszerrel
elltott llrszbl tevdik ssze. Az llrsz csapgypajzsai s az abban elhelyezett
csapgyak tartjk kzppontban a forgrszt, s biztostjk annak a sima futst. A
gerjesztett forgrszt mechanikai energival, a genertor tengelyre csatlakoz turbinval
forgatjk. Ennek a hatsra a forgrsz indukcivonalai metszik az llrsz
tekercsrendszert, s abban feszltsget induklnak. Az llrsz ltalban hromfzistekercselssel kszl. A forgrszben szinkron gpekesetn kls forrsbl, csszgyrs,
sznkefs szerkezeten keresztl bevezetett egyenram, vagy lland mgnes; aszinkron
gpeknlpedig a rvidre zrt forgrszben induklt rvnyram gerjeszti a mkdshez
szksges mgneses teret. A genertor elnye a dinamval szemben az, hogy az induklt
feszltsgetkeferendszer nlkl kzvetlenl az llrszrl veszik le, gy nagy ramok esetn
sem kell a mozg alkatrszek (sznkefk) srlstl tartani. A tovbbi elnye , hogy az
ellltott vltakoz feszltsg transzformtor segtsgvel talakthat, s minimlis
vesztesggel szllthat.Ez a technolgia cskkentheti gyorshajtsok szmt azltal, hogy a
vezet nem rzi pazarlsnak a fkezst, gy az aut sebessgt mindig a megfelel rtkre
mrskli, ezltal a balesetek kockzatt is reduklja.13
7. Akkumultor alkalmazsa elektromos autban
Akkumultor alkalmazsra elektromos autban plda az Opel autgyr Ampera tpuselektromosa autja, amelybe ltium akkumultor kerlt beptsre. Az autban kt
villanymotor s egy benzinmotor gondoskodik a meghajtsrl. Ezt az autt tnylegesen
elektromos autnak hvhatjuk, ugyanis akkumultorrl zemelve krlbell 60 kilomter
megttelre kpes. Statisztikk szerint egy eurpai embernek naponta nincs is szksge
tlagosan ennl nagyobb tvolsg megttelre. Az akkumultor otthon 230 V-os feszltsgrl
4 ra alatt feltlthet. A jrm kros anyag kibocstsa gyakorlatilag ezen zemmdban
13http://hu.wikipedia.org/wiki/Gener%C3%A1tor
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
19/59
19
zrusnak tekinthet. Abban az esetben, ha hosszabb tra szeretnnk menni a jrmvel, akkor
a benzinmotor gondoskodik az akkumultor tltsrl, s gy egy tele tankkal krlbell 500
kilomtert tehetnk meg, s nem kell az akkumultor lemerlstl rettegnnk. Ez az aut
egy tlagember szmra minden ignyt kielgt, anlkl, hogy az letmdjn, vagy az
autzsi szoksn nagyobb vltoztatst kellene eszkzlni, elterjedsnek mr csak az ra
szabhat gtat, ami meghaladja a 12.000.000 Ft-ot. 14
6. braOpel Ampera felptse
14www.opel-ampera.com
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
20/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
21/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
22/59
22
ciklusai rvidebbek lesznek , illetve sokkal kevesebb ramcsccsal rendelkeznek, ami nveli
lettartamukat.17
7. braA Maxwell cg BOOSTCAP tpus kondenztora18
Kondenztor gpjrmben val alkalmazsra plda a Mazda i-ELOOP tpus jrmve,
amelynek energia visszatpll fkrendszere kondenztort hasznl.Mkdse: Az i-ELOOP
egy j 12-25V vltram genertorbl, egy kis ellenlls, elektromos duplarteg
kondenztorbl s egy DC/DC talaktbl ll. Az i-ELOOP abban a pillanatban elkezdi
talaktani s visszatpllni a mozgsi energit, amint a vezet felengedi a gzpedlt, s a
jrm lasstani kezd. A vltram genertor a maximlis teljestmny elrse rdekben
25V-ig terjed villamos ramot termel mieltt ezt az gynevezett elektromos duplarteg
kondenztorba (Electric Double Layer Capacitor EDLC) trolsra eljuttatja. Ez a
kondenztor kifejezetten gpjrmben trtn felhasznlsra lett kifejlesztve, s
msodpercek alatt feltltdik.19
17
Denis BittigkofferEnergiatrol a hibrid meghajts gpjrmvek szmra (2011. December 02.-i cikk)18www.maxwell.com19
http://www.tisztajovo.hu/oko-drive/mazda-i-eloop-kondenzator-alapu-energiavisszataplalo-fekrendszer/2011/11/29
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
23/59
23
8. bra - a Mazda i-ELOOP tpus jrmve20
9. A hibrid jrmvekben alkalmazott egyb energiaforrsok s trolk
9.1 Tzelanyag cella
Az zemanyagcella (ms nven tzelanyag-cella vagy tzelanyag-elem) egy eszkz,
ami a bel tlttt zemanyagbl vegyi reakci sorn, kzvetlenl elektromos energit llt
el. Rgta hasznlt technolgia tengeralattjrkban s az rkutatsban. Az
zemanyagcellkban leggyakrabban felhasznlt zemanyag a hidrogn, de hasznlhatak
bennk a klnbz sznhidrogn szrmazkok (pl. fldgz, metanol, gzolaj) is.
Tzelanyag-cellk felhasznlsval az energit hidrognknt vagy kismolekulj alkohol,
mint pl. metanol vagy etanol formjban kell hordoznunk. Az zemanyag cellk krosanyag-
kibocstsajval alacsonyabb, mint a hagyomnyos, sznhidrogn meghajts hergpek,
gy hosszabb tvon tiszta, krnyezetbart energiaforrst jelenthetnek. Az zemanyagcellban
az elektrolzisselppen ellenttes folyamat zajlik le: kmiai energibl elektromos energia
keletkezik. A hatsfok szempontjbl kedvez, hogy a hidrognbl kzvetlenl elektromos
20http://www.engadget.com/2011/11/26/mazdas-i-eloop-does-regenerative-braking-with-capacitors-instea/
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
24/59
24
energia nyerhet. A cella legtbbszr ktelektrdbl,azandbls akatdblll, a kztk
lv anyag azelektrolit.Az elektrolit kizrlag az ionok szmra tjrhat, az elektrdk egy
kls ramkrn keresztl vannak egymssal sszektve. Az zemanyag az andon
oxidldik, mg az oxign a katdon redukldik. Jrmvekben az gynevezett
protontereszt elektrolitmembrnos tzelanyagcellt (PEM-FC) hasznljk.21
9. braTzelanyag cella mkdse
A hidrogn az andhoz ramlik, ahol megtrtnik az ionizcija, vagyis hidrogn ionok
(protonok) s elektronok keletkeznek.
2H2 4H+
+ 4e-
A katdhoz vezetett oxign a fogyaszt fell visszaraml elektronok segtsgvel
redukldik.
O2 + 4H+
+ 4e- 2H2O
21Dr. Emd Istvn, Tlgyesi Zoltn, Zldy Mt Alternatv jrmhajtsok(161. Oldal)
http://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektr%C3%B3da&action=edit&redlink=1http://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektr%C3%B3da&action=edit&redlink=1http://hu.wikipedia.org/wiki/An%C3%B3dhttp://hu.wikipedia.org/wiki/An%C3%B3dhttp://hu.wikipedia.org/wiki/An%C3%B3dhttp://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Kat%C3%B3d&action=edit&redlink=1http://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Kat%C3%B3d&action=edit&redlink=1http://hu.wikipedia.org/wiki/Elektrolithttp://hu.wikipedia.org/wiki/Elektrolithttp://hu.wikipedia.org/wiki/Elektrolithttp://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Kat%C3%B3d&action=edit&redlink=1http://hu.wikipedia.org/wiki/An%C3%B3dhttp://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Elektr%C3%B3da&action=edit&redlink=1 -
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
25/59
25
Elmleti feszltsge 1,23 V, 25 0C hmrskleten, terhels alatt krlbell 0,5-1 V.
Ezekbl a cellkbl 300-450 darabra van szksg, hogy elrjk a kzti hajtshoz szksges
60-100 kW teljestmnyt, ami 1500-2000 W/l teljestmnysrsget eredmnyez.
A tzelanyag cellt a kvetkez rendszerek szablyozzk:
Hidrogn/leveg szablyozs (HAM hidrogen air management): A szksges
oxignt a levegbl nyerik, aminek nyomst lgsrtvel 2 brra nvelik, majd
lgszrn keresztl juttatjk a tzelanyag cella katd felli oldalhoz. Az oxign
nyomst s pratartalmt szablyoz szelepek biztostjk.
Hmrsklet szablyozs (THM - thermal management): mivel a tzelanyag cella
mkdsi hmrsklete (85 0C) alacsonyabb, mint a benzinmotorok esetben, ezrt ittfolyadk hts szksges, ami radsul villamos szempontbl szigetel.
Villamos energia szablyozs (EEM electrical energy management): feladata a
cellbl nyert maximlis ram szablyozsa.
Elnyei:
Megjul energiaforrs
Alacsony nkisls
Alacsony zajszint
Alacsony kros anyag kibocsts
Nem tartalmaz mozg alkatrszeket
Htrnyai:
Drga
Alacsony hatsfok (
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
26/59
26
llapotban troljk. A hidrognt nyomscskkent segtsgvel 10 br krli rtkre
expandljk, majd hidrognbefecskendezn keresztl juttatjk az andhoz.
A hidrogn trolsval szemben tmasztott kvetelmnyek:
- A trol faln val tszivrgskor fellp H2vesztesgek korltozsa.
- Nagy gravimetrikus s volumetrikus fajlagos trolkapacits.
- Tbb mint 500 Km megttele kt tlts kztt.22
Tzelanyag cella hibrid autban trtn alkalmazsra plda a Honda FCX Clarity, egy j
genercis, zr emisszij, hidrognnel hajtott aut, amely a Honda teljesen jzemanyagcells padllemezre pl, hajtsrl pedig nagyon kompakt, hatkony s ers,a
Honda ltal fejlesztett fggleges ramls zemanyagcella egysg gondoskodik. A
hattvolsg, a teljestmny, a tmeg s a hatkonysg tern nagy ugrst jelent, illetve az
eddigi zemanyagcells autkat meghazudtolan alacsony pts, dinamikus s kifinomult
megjelens FCX Clarity fontos elrelps a Hondnak az zemanyagcells autk fejlesztse
s az aut htkznapi hasznlhatsga tern tett erfesztseiben. Az FCX Clarity modellben
a Honda V Flow (vertiklis ramls) zemanyagcella egysgt, valamint az j, kompakt s
hatkony ltium-ion akkumultort s egyetlen, a hidrogn trolsra szolgl tartlyt
alkalmaztak. Az zemanyagcella a jrm f energiaforrsa. A regeneratv fkezs sorn
keletkez energit a ltium-ion akkumultor trolja. Ezt a rendszer akkor hasznlja fel, ha
szksg van az zemanyagcella teljestmnye mellett tovbbi hajterre. A jrm egyetlen
emisszija vz.23
22Maria KlingebielHibrid hajtsok, tzelanyag cellk, alternatv tzelanyagok (55.-71. Oldal)
23http://honda-auto.hu/honda-fcx-clarity-.html
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
27/59
27
10. braHonda V Flow zemanyagcella egysg
9.2 Lendkerk
A lendkerekes energiatrols vezredek ta alkalmazott megoldsa az egyenetlen
energiakzls s kivtel problmjnak, legyen sz akr egy fazekaskorongrl, egy villamos
autbuszrl vagy egy napermrl. Az ilyen elven mkd energiatrol rendszerek az
elrhet energia- s klnsen a teljestmnysrsg rtkeik miatt fontos szerephez jutnak a
sznetmentes tpellts terletn. A lendkerk vagy lendtkerk egy mechanikus
energiatrol eszkz, egy forg trcsa, melyet kinetikus energia trolsra hasznlnak.24Az
egyre npszerbb hibridautk htrnya, hogy bonyolultak s drgk, akkumultoraik pedig
nagyon nehezek. Nem vletlen, hogy az autsportban inkbb a mechanikus energit
talakts nlkl, mechanikus energia formjban trol rendszerek terjedtek el ez a Forma1-ben hress vlt KERS. Nem ms ez, mint egy lendkerk, amit a fkezs energija prget
meg.Ilyen megoldst alkalmaz a Porsche 918 RSR a sikeres Porsche hibrid tanulmnyutk
szintzist kpvisel cscstechnolgij, a legmagasabb szint ignyeket is kielgt modell:
kzpmret kup, amely kinetikus energiatrol rendszerrel rendelkezik. A 918 RSR-ben a
lendkerekes energiatrol egysg az utasoldalon kapott helyet, s gyakorlatilag egy
elektromos szerkezet, amelynek a rotorja akr 36000 percenknti fordulatszmot is elrhet az
24http://hu.wikipedia.org/wiki/Lendker%C3%A9k
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
28/59
28
energia megrzse rdekben. Amikor a kinetikus trolegysg feltltdik, a vezet egy
gomb megnyomsval aktivlhatja a rendszert, s felhasznlhatja az eltrolt energit
gyorstsra vagy elzsre.25
11. braA Porsche 918 RSR modelljnek lendkereke26
Egy msik megoldst tallunk a Volvo autgyr tervei kztt, ahol a Forma 1 -ben
alkalmazott KERS technolgit oly mdon ptik az autba, hogy az a hts tengellyel
legyen sszekapcsolva, mg a benzinmotor az els tengelyt hajtja, gy az aut gyorstskor
sszkerk hajtsv vlik. Fkezskor a fedlzeti szmtgp lekapcsolja a motort, gy az
energia nem nyeldik el a motorban, vagy vlik henergiv a fkbetteken keresztl,
hanem a lendkerkben troldik, amit aztn gyorstskor jra fel tud hasznlni az aut. A
krlbell 20 centimter tmrj lendkerk fordulatszma ez esetben elrheti a 60.000 es
percenknti fordulatszmot. Elnye, hogy a lendkerk pp akkor segt be a benzinmotornak,
amikor a legnagyobb szksge van r, vagyis az aut indulsakor (pldul piros lmpnl
val indulskor). A hagyomnyos autk fogyasztsa ilyenkor a legnagyobb, lendkerk
25http://www.jovo_technikaja.abbcenter.com
26http://www.thecoolist.com/porsche-918-rsr/
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
29/59
29
alkalmazsval viszont 20% -os fogyasztscskkenst rhetnk el. Htrnya, hogy a
lendkerkben trolt energia egy id utn elvsz, ezrt leginkbb vrosban lehet kihasznlni
az elnyeit, amikor gyakran fkeznk s gyorstunk, ennek ellenre nagy elrelpsnek
szmt ez a megolds, hiszen minden auts tudja, hogy vrosban fogyaszt az aut a
legtbbet.27
12. bra: A lendkerk kialaktsa
Elnyei:
Hossz lettartam
Nagy hatsfok
Htrnyai:
Drga
Gyors n kisls
Elektromos vezrls szksges28
27http://gigamad.hu/magazin/lendkereket_az_autokba
28http://www.vet.bme.hu/okt/korny/nt/mernal/tananyag/energiatarolas.pdf
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
30/59
30
10.Korszer akkumultorokkal kapcsolatos fogalmak, jellemzk s
diagnosztikjuk
Az akkumultor energiatrol eszkzk, melynek lnyege, hogy tltskor abevezetett villamos energit vegyi energia formjban huzamosabb ideig kpes
trolni, majd kislsekor villamos energiv alaktja vissza. Az akkumultor csak
egyenfeszltsg trolsra kpes.
Az akkumultorra fogyasztt kapcsolva az akkumultor gy mkdik, mint egy
galvnelem. A tltssztvlaszt folyamat kzben elektrdinak anyaga talakul.
Amikor ez a folyamat teljesen vgbement, az akkumultor kisttt llapotba kerl, a
kezdeti feszltsgrtke lecskken.
A tlts sorn a kapcsaira adott feszltsg hatsra tltram alakul ki ilyenkor az
akkumultor, mint fogyaszt, energit vesz fel, melynek hatsra a vegyi folyamat
fordtott irnyban megy vgbe, s az elektrdk anyaga eredeti llapotba kerl vissza.
A folyamat vgn az akkumultor feltltdtt, s ismt kpes energit szolgltatni.
Az akkumultor kapocsfeszltsge a kists sorn folyamatosan cskken, a tlts
sorn folyamatosan n. Ha kists kzben a kapocsfeszltsge egy bizonyos rtk al
esik, az akkumultor kislt, a kistst be kell fejezni, mert a tovbbi terhels az
akkumultor krosodst okozhatja. A tltst szintn be kell fejezni, amikor a
kapocsfeszltsg a tltsre megadott rtket elri. A tltlts ugyangy tnkreteheti az
akkumultort, mint a megengedettnl nagyobb kists.
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
31/59
31
12.bra: lom-savas akkumultor szerkezeti felptse lthat
10.1Alapfogalmak
10.1.1 Galvnelem
Ha hgtott knsavban rz- s horganylemezt helyeznk el, a vegyi hats
kvetkeztben a rzlemezbl elektronok lpnek ki a knsavba, gy a rz pozitv
tltsv vlik. A horganylemez viszont elektronokat vesz fel a knsavbl, gy negatv
tltst kap. A galvnelem e tltseket sztvlaszt hatsa az elektromotoros er. A
sztvlt klnnem tltsek vonzzk egymst, de a galvnelemen bell az
elektromotoros er sztvlaszt hatsamiattnem tudnak kiegyenltdni.
Ha azonban a galvnelem kapcsait egy vezetvel sszektjk, a vezetben lv
elektronokra, ill. ionokra a kapcsok tltsnek megfelelen vonz- ill. taszter hat,
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
32/59
32
gy a vezetben villamos ram alakul ki. Az raml villamos tltsek munka
vgzsre alkalmasak, azaz a galvnelem a benne felhalmozott vegyi energibl
villamos energit llt el.
10.1.2 Villamos tlts
A villamos ram a tltsek ramlsa. A tlts jele: Q.
Az ram (I) a vezetk keresztmetszetn idegysg (t) alatt thalad tltsmennyisg
(Q).
A tlts meghatrozsa: Q=I*t
10.1.3 Villamos munka
Az raml villamos tltsek energija a fogyasztn h- fny- mechanikai, vagy
vegyi energiv alakul t, munkt kpes vgezni. Kimutathat, hogy ha egy
fogyasztn U feszltsg hatsra t ideig I ram folyik, akkor a vgzett villamos
munka: W = U *I* t
10.1.4 Villamos teljestmny
A teljestmny az idegysg alatt vgzett munka. Meghatrozsa: P=W/t, ami nem
ms, mint P=U*I
10.1.5Akkumultor teljestmnye
Az akkumultor teljestmnye meghatrozza annak alkalmazhatsgt, s ezzel
egytt egy adott id alatt ellltott energiamennyisget. Az akkumultor
teljestmnyt a kapcsain lv feszltsg s a terhelsen tfoly ram szorzata adja
meg: P = I*U. Az gy kapott teljestmny mrtkegysge a watt. Az akkumultor
lehetsges teljestmnye annl nagyobb, minl kisebb a bels ellenllsa. Ennek a
bels ellenllsnak mindig olyan alacsonynak kell maradnia, mint azon elektromos
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
33/59
33
fogyasztk, melyeket rammal lt el. Ellenkez esetben az akkumultor teljestmnye
drasztikusan lecskken s a mszerek zemeltetse lehetetlenn vlik.
10.1.6Akkumultor nkislse
Rendszerint a pozitv elektrdaanyagok elektrolittal trtn oldhatsgval vagy a
termodinamikai instabilitsval (pl. kls befolystl mentes felbomls) van
kapcsolatban. Az egyszer tlthet akkumultorokhoz (elemek) viszonytva az
jratlthet akkumultorok nkislse rendkvl magas.
10.1.7 Ciklus
Ciklusnak nevezzk a tltsi s lemerlsi folyamatot, de ciklusnak szmt az is, ha
az akkumultor nem teljesen kisttt llapotban kerl feltltsre. Az akkumultor
lettartama s kapacitsa ersen sszefgg a tltsi ciklusok szmval. Tltsi
ciklusokrl rtelem szeren csak a ciklikus akkumultoroknl beszlnk.
10.1.8CCA, CA, AH (indt akkumultoroknl)
Hidegindt ram (Cold cranking amps vagy CCA) az az ramerssg rtk,
amelyet az akkumultor problmamentesen le tud adni 30 msodpercen keresztl -18C
hmrskleten gy, hogy a feszltsge nem esik 7.2V al.
Indtram (cranking amp vagy CA) az az rtk, amelyet hasonl krlmnyek
kztt mrnek 0C hmrskleten.
Amperra (AH) az akkumultor kapacitst (energia befogad-kpessgt) jelenti. 1
Amperra egyenl 1A ramerssg 1 rn keresztli leadsval.
SOH (State-of-Healt) - az lomakkumultorok egyik llapotjellemz paramtere.
Az SOH-rtk jelli a mg rendelkezsre ll teljestmnyt, illetve azzal
sszefggsben llramot, amit az akkumultor mg le tud adni.
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
34/59
34
SOC (State-of-Charge) - az akkumultor tltttsgi llapotra jellemzrtk. Az
SOC-rtk jelli egy akkumultornak a mg rendelkezsre llkapacitst a nvleges
kapacitshoz viszonytva.
DOD (Depth of Discharge) kistsi mlysg, egy akkumultor vagy cella
maximlis elektrokmiai kapacitsnak cskkenst jellemz rtk, mely a cskkens
mrtkt s nem a maradk tltst adja meg szzalkban.
Tltshiny(savas akkumultoroknl)
Ha egy akkumultor tltse nem ri el az elrt 13,8 -14,4V-ot, akkor tltshinyrl
beszlhetnk. Hosszan tart elgtelen tlts szulftosodshoz vezet.
Tltlts
Tltltsrl beszlnk, ha egy akkumultort a megengedett maximlis szintnl
jobban feltltjk. Savas akkumultorok a tltltst elviselik, de a Li-ion s hasonl
akkumultorokban azonnali, visszafordthatatlan krosodsokat okoz.
Tlmerts
Minden akkumultornl meg van hatrozva egy szint, aminl jobban nem ajnlott
lemerteni. Ha ez a szint al merl, tlmerlsrl beszlnk. Savas akkumultoroknl
ersen cskkenti az lettartamot, mg az ionos s polimeres akkumultorokat kevsb
befolysolja.
Hatsfok
Az akkumultor vesztesggel dolgozik, azaz nagyobb tltst s energit vesz fel,
mint amekkort kistskor lead. A vesztesgek jellemzsre kt hatsfokot szoks
megadni:
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
35/59
35
az amperra-hatsfok a visszaadott s a felvett amperrk hnyadosa
a wattra-hatsfok a visszaadott s felvett energia hnyadosa.
Pldul egy Ni-Cd akkumultorcells amperra-hatsfoka kb. 70%.
Gondozsmentessg
A mai modern akkumultorok a rgiekkel szemben mr gondozsmentesnek
tekinthetek. Rgi technolgival kszlt akkuknl idnknt desztilllt vzzel kellett
felnteni a cellkat, hogy ezzel ptoljk a prolgst. A modern technolgival kszlt
akkumultorok fedelt ppen ez okbl mr gy alaktjk ki, hogy azokat ne kelljen, stne is lehessen kinyitni, a prolgs ugyanis olyan kis mrtk, hogy az akkumultor
valjbannem ignyel gondozst.
A gondozsmentessg tovbb azt is magba foglalja, hogy egy akkumultor
tltst mennyire krltekinten kell elvgezni. Pldul egy Ni-Cd akkumultor
hasznlatakor nem ajnlott a rtlts, mg egy Li-ion akkunl ez semmilyen problmt
nem okoz. Ilyen szempontbl az Li-ion akku gondozsmentes.
Elem s akkumultor kztti klnbsg
Az elemeket hvhatnnk akr eldobhat, vagy egyszer hasznlhat
akkumultoroknak is, mivel lemerlsk esetn nincs lehetsg jratltskre s
jbli felhasznlsukra. Az jratlthet akkumultorok legfontosabb tulajdonsga,
hogy szemben az elemekkel - a hasznlati krlmnyektl fggen - akr 1000-szer is
feltlthetek, s jbl felhasznlhatak.
10.2 3.Akkumultorok felosztsa (fbb tpusok)
nem jratlthet akkumultorok - elemek
o alkli
o
alumnium
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
36/59
36
o krmsav cella
o galvn
o
ltiumo ltium leveg
o szerves
o papr
o
ezst-oxid
o cink-leveg
o cink-szn
o
cink-klorid
jratlthet akkumultorok
o lom-savas
VRLA
AGM
zsels
o ltium leveg
o ltium-ion
o ltium-ion polimer
o ltium vas-foszft
o ltium-kn
o ltium-titnt
o
nikkel-kadmium
o nikkel-vas
o nikkel-fm hibrid
o
nikkel-cink
o szerves
o polimer alap
o
poliszulfid bromid
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
37/59
37
o ntrium-ion
o ntrium-kn
10.3Akkumultorok alkalmazsi terletei
Nem jratlthet akkumultorok
A nem jratlthet akkumultorok,
kznyelven elemek (telepek), szmtalan helyen
kerltek alkalmazsra, elg, ha csak a
ceruzaelemekre vagy a gombelemekre
gondolunk. Ezeknek az ltalban alkli fmekbl kszlt elemeknek a legnagyobb
elnye, hogy a bennk trolt energit nagyon sokig- vekig- kpesek trolni, nem
gy, mint az jratlthet akkumultorok. Alacsony ruk, sokfajta kapacitsuk s
mretk miatt szles krben elterjedtek, viszont az egyre olcsbb s hatkonyabb
jratlthet akkumultorok mr kezdik tvenni a szerepket.
jratlthet akkumultorok
Szles krben elterjedtek, jelenleg is nagy hangslyt
fektetnek a fejlesztseikre. Krnyezetnkben szinte
mindenhol megtallhatak. Egyik legelterjedtebb
alkalmazsi terlete a jrmipar. Elnyeik a nem
jratlthet akkumultorokkal szemben: nagyobb a
fajlagos energiatrol kpessgk, hosszabb
lettartamak, zembe helyezsk egyszerbb,
mechanikai szilrdsguk nagyobb.
Az alternatv energia alkalmazsra trekv fejlesztsek nagymrtkben
befolysoljk az akkumultorok fejlesztst is. Az akkumultorok fejlesztsnl cl a
minl nagyobb kapacits mellett minl kisebb mret s tmeg.
A felhasznlsi szempontok alapjn lehetnek:
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
38/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
39/59
39
10.4Fbb akkumultortpusok sszefoglal ismertetse
10.4.1 LOM-SAVAS AKKUMULTOROK
10.4.1.1SAVAS:
Az lomakkumultor lemezekbl,
lombl, lom-oxidbl, tovbb 35%-os
knsav s 65%-os desztilllt vz oldatbl ll
(ill. tbb egyb elembl, amelyek pl. a
savsrsget befolysoljk). Ezt az oldatot
elektrolitnak nevezzk, ez indtja be a
kmia reakcit, amely elektronokat hoz
ltre. Amikor az akkumultort savsrsg-
mrvel tesztelik, gyakorlatilag az elektrolitban jelen lv knsav mennyisgt mrik.
Amikor a mrt rtk tl alacsony, az azt jelenti, hogy a kmiai folyamat, amely
elektronokat llt el, alacsony intenzits. Kt fle akkumultor tpust
klnbztethetnk meg, az indtt s a ciklikust.
10.4.1.2Felitatott vegszlas - AGM
AGM (Absorbed Glass Matt)
felitatott vegszlas konstrukci az
akkumultorlemezek kztt egy br-
szilikt prnt jelent, amely egyb
hasznos tulajdonsga mellett
megakadlyozza a lemezek kztti
vagy alatti cellazrlatot is. Az AGM
konstrukcik tovbbi elnye, hogy akkor sem szivrog ki bellk elektrolit, ha az
akkumultor hza megsrl, szttrik. A legtbb AGM akkumultor rendelkezik, az
un. gz rekombincis kpessggel, amely azt jelenti, hogy a tltsi/kistsi folyamat
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
40/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
41/59
41
10.4.1.4Nikkel-kadmium akkumultor (NiCd)
Ezeknl az akkunl az elektrdk
nikkelbl s kadmium vegyletblkszlnek. A Ni Cd-akku kicsi s knny.
Mivel mrgez nehzfm vegyleteket
tartalmaz, ellenrztt jrahasznostsra van
szksg. Ez az akkutpus viszonylag rgi
fejleszts, kiforrott technolgia, amelynek
viszont tbb elfogadhatatlan htrnya is van.Ezek kztt az els, hogy ezek az
akkumultorok mrgez fmeket tartalmaznak, amelyek nagyon krosak az
egszsgre. Hossz letciklusuk s j tlts-rtsi arnyuk miatt voltak sikeresek,
emellett jl brjk a nagy hmrskletingadozst is. Az j akkumultorokat elszr un.
formzni, azaz teljesen feltlteni majd lemerteni kell, hogy az akkun bell a kmiai
folyamatok kialakuljanak. Ezeknek az energiatrolknak van egy rdekes jelensgk,
mgpedig a memria effektus. Ez akkor jelentkezik, ha az akkut tl sokig trol
tltssel tltjk, vagy ha hossz ideig gy hasznljuk, hogy nem stjk ki teljesen s a
flig kislt akkura rtltnk (legjobb plda a mobil telefonok). Ilyenkor az akku
elfelejti, hogy fel van tltve s emlkszik a legutbbi kistsi pontra s csak addig
hajland teljes kapacitssal mkdni. Sorsukat a 2006. szeptember 26-n elfogadott, j
Eurpai Unis rendelet pecsteli meg, ahol elrjk az akkukban hasznlt kros
anyagok szigor korltozst, gy ezek az energiatrolk alkalmazsa mr csak ott
lehetsges, ahol helyettestsk nem megoldhat.
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
42/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
43/59
43
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
44/59
44
10.4.1.6Ltium polimer akkumultorok
A vegyi felptse hasonl a Li-Io
akkumultorhoz, de az elektrdkat egy porzus,
vkony, elektrolittal titatott polimer flia vlasztja el
egymstl. Mivel ez rugalmas, az akkut vltozatos
formjra lehet kszteni. A legjellemzbb a lapos,
rugalmas manyag tokba csomagolt, tglalap alak
forma. Tltsi vgfeszltsge 4,2 V, nvleges
feszltsge 3,7 V, melyet jl tart nagy ramoknl is.
Rvidzrlat elleni vdelemknt, a korszer Li-Po
akkukat elltjk egy beptett kiolvad biztostkknt
mkd elvkonytott vezet szakasszal. Ez megszaktja az ramot, ha az nagyon nagy
rtket r el. A Li-Po akkumultorok vrhatan a jv akkumultorai lesznek, de
egyes becslsek szerint az lettartamuk s a kapacitsuk cskkenni fog, egyfajtaeldobhat alkatrszknt szolgl majd.
10.5 Akkumultor felgyel elektronikk
Mivel a mai korszer akkumultorok nagyon rzkenyek bizonyos paramterekre,
mint pl. a tltltsre vagy az eltr cellafeszltsgre, gy a gyrtk knytelenek voltakkifejleszteni klnbz elektronikkat, melyek felgyelik az akkumultorokat.
10.5.1 Cellakiegyenlt- Balancer
Fknt Li-Ion s Li-Po akkumultoroknl hasznljk. Ahhoz, hogy az emltett
akkumultorokbl nagyobb kapacits energiatrolkat tudjunk ltrehozni, az egyes
akkumultor cellkat ssze kell kapcsolni. Mivel szinte lehetetlen, hogy kt cella
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
45/59
45
azonos paramterekkel rendelkezzen s ugyan olyan feszltsgre legyenek feltltve,
gy az sszekapcsolsuk pillanatban a cellk megprblnak kiegyenltdni. A
balancer, azaz a cellakiegyenlt elektronika feladata ezeknek a folyamatoknak afelgyelse s vezrlse. Ilyen elektronika nlkl a cellk sszekapcsolsa krosodst
okozhat.
10.5.2 2 Battery manager system
A battery manager system egy olyan
rendszer, ami teljes mrtkben felgyeli,
ellenrzi, vdi az akkumultort. A
rendszer ltalban a kvetkez
paramtereket figyeli: feszltsg,
hmrsklet, tltttsgi szint, htsi
rendszer (ha van), aktulis llapot. Ennek
az elektroniknak a segtsgvel elkerlhet az akku mlykistse, tltltse, s egybaz lettartamt cskkent hats megakadlyozsa.
10.6 Akkumultorok diagnosztikja
10.6.1 Az akkumultorok zemmdjai
Az akkumultor egy feszltsgforrs s egy ellenlls sorba ktsvel
modellezhet. A kt kivezetse kztti potencilklnbsg nem ms, mint a
kapocsfeszltsg. A kapcsokra kttt terhels alapjn hrom fajta zemllapotot
klnbztetnk meg:
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
46/59
46
resjrsi:
Ebben az esetben az akkumultor
kapcsaira nincs terhels kapcsolva,gy a kapocsfeszltsg megegyezik a
telepfeszltsggel. Az akkumultor
jsgi tnyezjt nem lehet
megllaptani terhels nlkli
mrssel.
Rvidzrsi:
Ilyenkor az akkumultor kapcsait
rvidre zrjuk, teht a terhel
ellenlls 0. A kapcsok kzt
vgtelen nagy ram indul meg, ami
ersen krosthatja az akkumultort.
Terhelt, zemi llapot:
Norml zemi llapot, ilyenkor az
akku kapcsain terhels van, amit
rtelmezhetnk terhel ellenllsknt
is. Ekkor az ramkrben I = Ut / (Rt +
Rb) mrtk ram folyik.
10.6.2 Kapacitsvizsglat
Az akkumultorok munkavgz kpessgt alapveten tnyleges feszltsgk s
kapacitsuk hatrozza meg. Egy jonnan beptett akkumultornl a gyrtk
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
47/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
48/59
48
10.6.2.2lland leadott ramos vizsglat
Ezen eljrs szerint a vizsglat alatt lland rammal stjk ki az akkumultorokat.
A gyakorlatban a rendelkezsre ll kapacits meghatrozsra ez utbbi mdszer azelterjedtebb. Az akkumultorgyrt cgek katalgusaikban ltalban mind az lland
teljestmnnyel, mind az lland rammal trtnkistsi grbket megadjk, ezrt a
legtbb akkumultor diagnosztikai egysg mindkt kapacitsvizsglati eljrsra
alkalmas.
Az brn egy tlagos akkumultor kapacitsvizsgl egysg lthat. Felptse 3 f
modulbl ll:
- elektronikus terhels,
- mrsi adatgyjt egysg,
- mkdtet, adatfeldolgoz s naplz szoftver.
Akkumultorok a jrmvekben
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
49/59
49
Az akkumultor kapacitst az indtmotor ram felvtele alapjn vlasztjuk meg.
A gyakorlatban srn elfordul az eredetinl nagyobb kapacits akkumultor
alkalmazsa, ha az a jrmben mretnl fogva elhelyezhet. Mivel a nagyobbakkumultort nagyobb rammal kell tlteni, ezrt a genertor tlterheldhet . Ha a
genertor nem tudja a szksges nagyobb tltramot biztostani, akkor esetleg nem is
tudja a nagyobb akkumultort teljesen feltlteni. A nagyobb kapacits akkumultor is
lemerlhet, mert a nagyobb akkumultorbl tbb energit vesz el a motor indtsa s
azrt is, mert gyakran tbbet s hosszabb ideig nindtzunk vele.
Ha viszont az eredetinl kisebb kapacitsra cserlik ki az akkumultort, akkor
a genertor tltltheti azt s emiatt id eltt krosodhat az akkumultor. A hlzat
feszltsge is magasabb szint lesz, gy a fogyasztknagyobb villamos teljestmnyt
vesznek fel s jobban terhelik a genertort.
A vgkivezetk polaritsnak ismerete mind az akkumultornak a jrmbe val
beszerelsekor, mind a tlt kszlkhez kapcsolsakor igen fontos. A helytelen
polarits alkalmazsakor krok keletkezhetnek a gpkocsi villamos- s elektronikus
berendezseiben, valamint az akkumultor tltben s magban az akkumultorban is.
A vgkivezetk leggyakoribb kialaktsnl a pozitv kivezets a vastagabb, teht
alakilag is felismerhetkivezetsek polaritsa.
10.6.3 Cellafeszltsg
Az akkumultorokbl agalvnelemekhez
hasonlan telep alakthat
ki. Az akkumultor telep
egy egysgt cellnak
nevezzk. Gyakori a soros
kapcsols, amelynl a telep feszltsge az sszekapcsolt cellk feszltsgneksszege. Az lom akkumultor egy celljnak feszltsge 2V. A cella, s ennek
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
50/59
50
kvetkeztben a telep feszltsge is fgg az ignybevtel mdjtl, valamint a kists
mrtktl. A frissen tlttt akkumultor cella feszltsge terhelskor kis mrtkben,
de gyorsan cskken, majd a galvnelemekkel ellenttben a teljes kislsig kzellland marad. Az lom akkumultornl pl. 2,1V-rl 2V-ra cskken, s kistttnek
kell tekinteni, ha a kapocsfeszltsge elri az 1,8V-ot.
A tltshez kicsivel nagyobb feszltsg szksges, s a feltlttt llapothoz
kzeledve a tltram cskken. Ha az ramot ugyanakkora rtken tartjuk, a
tltfeszltsget megnveljk, az elektrolitban tallhat vz elbontdik, s heves
pezsgs kzben gz fejldik. A feltlttt akkumultort ezrt a tltrl le kell
kapcsolni, klnben mechanikai deformci, a lgmentesen zrt
gombakkumultoroknl pedig robbans kvetkezhet be. A bontskor keletkezett
hidrogn s oxign keverke durrangzt alkot. Nagyobb akkumultorok tltsekor
ebbl olyan nagy mennyisg keletkezhet, hogy a tlt helyisgben a legkisebb tz
vagy elektromos szikra is slyos robbanst okozhat.
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
51/59
51
10.6.4 Akkumultor savszint ellenrzse
A savas akkumultorokban az elektrolit zemksz llapotban 1,28
kg/dm3-es (33%-os tmnysg) knsav, valamint desztilllt vzelegye. A kisls folyamn a savat alkot ionok kilnek a lemezekre s
a sav tmnysge felhgul, tovbb az elegyet alkot desztilllt vz
prolgsnak indul. Hogy az eredeti koncentrcit ismt vissza lehessen
lltani, az akkuba a bent fedlen keresztl, ltalban desztilllt
vizet, esetleg akkumultorsav elegyet kell utntlteni.
A savszint megllaptsnak a legegyszerbb mdja az un.savszintmr eszkz alkalmazsa. Ez nem ms, mint a klnbz
folyadkok srsgt kihasznl mrszl.
A sav szintjnek mrse, ha az akkumultor edny nem tltsz,
egyszeren elvgezhet egy 6-8 mm tmrj kb. 150-200 mm hosszsg vegcs
segtsgvel. Ekkor ms elrs hinyban rendszerint 10-15 mm magas sav szintet
kell belltani a lemezek felett. Ha jelents mennyisg cellnknt 50 100 cm3 vz
ptlsra kerlt sor, akkor elektromos tlt kszlkre kell kapcsolni az akkumultort
s elektronokkal is fel kell tlteni. A teljesen feltlttt, szobahmrsklet
akkumultorbl vett minta segtsgvel a sav pontos koncentrcija megllapthat.
Az akkumultor tltsi foka legegyszerbben a sav srsgnek mrsvel
hatrozhat meg. A lemerlt akkumultorban az elektrolit hamarabb megfagyhat,
amely az akkumultor tnkremenetelt okozza.
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
52/59
52
A teljesen zrt gondozsmentes lomakkumultort gyakorlatilag nem kell gondozni,nem kell a sav szintjt s srsgt havonta ellenrizni, mert mkdse kzben az
elprolg vz visszajuttatsrl az akkumultor kikpzse gondoskodik.
10.6.5 Bels ellenlls s terhel ramerssg
Egy akkumultor bels ellenllsa a vele megegyez mret galvnelem bels
ellenllshoz viszonytva sokkal kisebb, ennek kvetkeztben az akkumultor
nagyobb rammal terhelhet s vesztesgei is kisebbek.
A bels ellenlls rtke mrettl fggen 1 s 0,0001 ohm kztt vannak. A
maximlis terhel ram emiatt tbb szz, esetleg ezer amper is lehet, azonban a
krosodsok elkerlse rdekben a tarts tlramotel kell kerlnik.
Az akkumultor bels ellenllsbl lehet kvetkeztetni az llapotra,
elhasznltsgra. A mrst egy un. ESR mr mszerrel kell vgrehajtani, ami azelektrolit bels ellenllst mri. Pldul egy j NiCd/ NiMH akkumultor bels
ellenllsa 0,02-0,03 ohm, mg egy elhasznlt rtke 0,05ohm. A mrs segtsgvel
megllapthat, ha egy cellban szakads, vagy rvidzrlat van, gy ez nagyban
felgyorstja a hiba forrsnak feldertst.
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
53/59
53
10.6.6 Hatsfok mrse
Az akkumultor nagyobb tltst s energit vesz fel, mint amekkort lead, ezrt
vesztesggel dolgozik, aminek a mrtkt a kvetkezk alapjn lehet meghatrozni:- amperra hatsfok: a visszaadott s felvett amperrk hnyadosa
- wattra hatsfok: visszaadotts felvett energia hnyadosa
10.7Akkumultorok viselkedse klnbz hmrskleteken
Az akkumultorok szobahmrskleten adjk le a legjobb teljestmnyt.
Akkumultor tpustl fgg, hogyan reaglnak az ettl eltr hmrskletre, de
ltalban igaz, hogy a magas hmrsklet elssorban az akkumultor lettartamt
cskkenti, gyorstja az regedst. A NiMH akkumultorok nmagukhoz kpest 30
Celsiuson mr csak 80%-ot, 40 Celsiuson mr csak 60%-ot kpesek leadni. 45
Celsiusnl az lettartamuk is a felre cskken.
A nagyon alacsony hmrsklet sem hat kedvezen a mkdsre, a NiMH, az lom
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
54/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
55/59
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
56/59
56
Az akkumultor lettartam nvelsnek cljbl alkalmazhatak specilis
tltberendezsek. Ezek a rendszerek az akku pontos diagnosztikjval kezdik meg a
tltst, majd a lthat mdon, klnbz ngyszgjelekkel s zemmdokkal vgzik
el a tltsi folyamatot. Az ilyen berendezsek nagy mrtkben kpesek az akku
lettartamt megnvelni, hiszen tlts kzben gondoskodnak a szulftlerakds
minimalizlsrl, s egyb kezelsi folyamatokat is vgrehajtanak.
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
57/59
57
11. Felhasznlt irodalom
Elektrotechnika - Gergely Istvn - General Press Kiad, 2005
Jrmelektronika - Lajber Zoltn, DrVarga Mikls 2000
Huszti Tibor - A gpjrm villamos hlzata s az akkumultor 1996
Dr. Emd Istvn, Tlgyesi Zoltn, Zldy Mt Alternatv jrmhajtsok
Maria KlingebielHibridhajtsok, Tzelanyagcellk, alternatv tzelanyagok
Igbal HusainElectric and hybrid vehicles
Mehrdad EhsaniModern electric, hybrid electric and fuel cell vehicles
Karl-Joachim EulerBatterien und Brennstoffzellen
Veres Anettt a krnyezetbart authoz (szakdolgozat)
Sebestyn Szabolcs Hibrid hajts gpkocsik(szakdolgozat)
-
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
58/59
58
Internetes forrsok
- Wikipdia
-
http://www.varta.hu/
-
http://www.omikk.bme.hu
- http://www.powerquattro.hu
-
http://www.autotechnika.hu
http://www.varta.hu/http://www.varta.hu/http://www.omikk.bme.hu/http://www.omikk.bme.hu/http://www.powerquattro.hu/http://www.powerquattro.hu/http://www.autotechnika.hu/http://www.autotechnika.hu/http://www.autotechnika.hu/http://www.powerquattro.hu/http://www.omikk.bme.hu/http://www.varta.hu/ -
7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1
59/59