keskiviikko 3. helmikuuta 2010

Sähköauto ei toimi pakkasessa

Sähköauto hyytyy pakkasella, kirjoittaa Kaleva. Ongelma on yleisesti tunnettu, koska kaikkien akkujen ja paristojen kapasiteetti pienenee kylmässä. Mitä kylmempää on, sitä vähemmän sähköenergiaa saadaan akusta tai paristosta. ”Kadonnut” kapasiteetti on kuitenkin tallessa akussa, ja se ”palaa” takaisin, kun akun lämpötila nousee.

Koska kaikkien akkujen toiminta perustuu kemialliseen prosessiin, ongelma purkausvirran pienenemisestä (eli saatavissa olevasta kapasiteeetista) kylmässä on resiprookkinen eli kylmä akku myöskin varautuu kylmässä hitaammin. Tähän on tosin kehitetty ”ratkaisu”, josta kerrotaan jäljempänä.

Sähköautossa akuista (eli akustosta) tarvitaan sähköä

1) auton liikuttamiseen eli korvaamaan perinteisen auton polttomoottori, jonka teho on vähintäänkin 60 kilowattia,
2) kaikille muille auton ja moottorin apulaitteille,
3) ajovaloihin ja
4) sisätilan lämmitykseen.

Nykyaikaisessa autossa on niin paljon välttämättömiä sähkölaitteita, että keskimääräinen virta on vähintäänkin useita kymmeniä ampeereita. Toisinaan virta kasvaa niin suureksi, että laturin teho ei riitä kattamaan kaikkea kulutusta, jolloin lisävirta joudutaan ottamaan auton akusta, mikä luonnollisestikin purkaa akkua ja sitä enemmän, mitä pidempään ajetaan.

Kalevan artikkelissa Toyota Auto Suomi Oy:n toimitusjohtaja Kari Skogster uskoo, että autojen akut kehittyvät pienemmiksi, halvemmiksi ja kestävämmiksi samalla tavalla kuin aikoinaan Nokian matkapuhelimetkin. Tämä on kuitenkin vain ylioptimistinen kuvitelma, koska puhelimissa käytetyt akut kehittyivät rinnan matkapuhelimien kanssa Skogsterin kuvaamalla tavalla. Sähköautoissa käytettävät akut ovat samantyyppisiä kuin matkapuhelimissa käytetyt, ja tuontyyppiset akut on käytännössä jo kehitetty lähes äärimmilleen, eli kovin suuria parannuksia niihin ei enää ole luvassa.

Sähköautoissa käytettävä akusto on erittäin kallis, ja sillä on vain rajallinen kestoikä. Jos akusto puretaan ja ladataan päivittäin, tuhat latauskertaa kestävää akustoa voidaan käyttää vain noin kolme vuotta, minkä jälkeen se täytyy uusia. Kun akusto vanhenee, sen kapasiteetti ja ajomatka pienenevät vastaavasti. Akuston hinta on vähintäänkin puolet auton verottomasta hinnasta, joten siitä tulee kallis huoltokäynti muuten vähän huoltoa vaativaksi mainostetulle sähköautolle.

Voisi sanoa, että sähköautoa, joka kuljettaa mukanaan satoja kiloja ongelmajätettä, akkuja, ei ole tehty eikä se sen vuoksi sovikaan näille leveysasteille vaan pikemminkin maihin, joissa lämpötila ei koskaan laske pakkasen puolelle.

Sähköautoa pidetään tulevaisuuden autona ei pelkästään ympäristökysymysten vaan myös sen käytön edullisuuden vuoksi. Mitenkähän mahtaa olla tulevaisuudessa sähköauton verotuksen kanssa, kun tai jos sähköauto on tuolloin yleistynyt? Nykyisin jopa 70 prosenttia bensiinin hinnasta on veroa, mikä selittää sen, että polttomoottoriautolla ajaminen ei ole kovinkaan edullista. Tuskinpa valtio jättää tulevaisuudessakaan sähköautoa verottamatta, vaan tieliikenteeltä tullaan perimään vähintäänkin sama määrä veroja kuin nykyisinkin, ja siinä samalla katoaa myytti sähköauton edullisuudesta. Se on varma.

Arctic battery heater (ABH)

Maaseudun Tulevaisuus -lehti kertoi maanantaina oululaisen Arctic Heat Control Oy:n kehittämästä Arctic battery heater (ABH) -laitteesta, joka akusta ottamansa virran avulla lämmittää ja pitää lämpimänä samaisen akun. AHB-laite käsittää lämmityselementin, joka liimataan akun pitkälle sivulle, ohjainlaitteen, joka liimataan akun vastakkaiselle sivulle, ja viiden millin paksuisen solumuovieristeen, jolla akku eristetään sivuilta ja päältä ulkoilmasta. Laitteen idea on siinä, että lämmin akku varautuu paremmin kuin kylmä ja eriste pystyy pitämään akun plussan puolella jopa vuorokauden ajan.

Akun lämmitys käynnistyy vasta, kun auton moottori käy ja akun latausjännite on vähintään 13,5 volttia, ja se jatkuu, kunnes akun lämpötila on saavuttanut +20 astetta. Valmistajan mukaan 45–60 minuutin ajo nostaa akun lämpötilan -20 asteesta +20 asteeseen.

Tämä voidaan tarkistaa laskemalla. Tavallinen akku painaa noin 15–20 kiloa, ja suurin osa painosta tulee lyijykennoista. Oletetaan, että akussa on 15 kg lyijyä, 1 kg akkuhappoa ja 1 kg muovia. Tuolloin lyijyn lämpötilan nostamiseksi 40 asteella tarvitaan 78 kJ energiaa ja nesteen 168 kJ vastaavasti. Yhteensä ne tekevät 246 kJ, ja jos muovikuoren osuudeksi oletetaan varovasti 4 kJ, saadaan yhteensä 250 kJ. Jos lämmitykseen kuluu yksi tunti, vaadittava lämmitysteho on 69 wattia (6,8 ampeeria 12 voltin jännitetasolla).

Koska viiden millin eristeellä on kohtalaisen huono eristyskyky, eristeen asentaminen tiiviisti akun ympärille lieneekin mahdotonta ja ajoviima lisää lämpöhäviöitä, voidaan karkeasti olettaa, että vaadittava lämpömäärä ja lämmitysteho lienevätkin vähintään kaksinkertaiset eli noin 500 kJ ja 140 wattia (13,6 ampeeria). Tämä virta kuormittaa latausjärjestelmää ja on siten poissa akun latausvirrasta. 140 watin lämmityselementti akun kylkeen liimattuna tuntuu toisaalta varsin isotehoiselta, joten sen teho saattaa todellisuudessa ollakin pienempi ja lämmitysteho vastaavasti.

Koska koko akun lämpömäärä eli siihen varautuvan lämpöenergian määrä on suhteellisen pieni, se myös luovuttaa lämpönsä varsin nopeasti, joten ilman kunnollista eristystä, mitä viiden millin solumuovi ei ole (vaikka solumuovi onkin hyvä eriste), akku jäähtyy kaikesta huolimatta nopeasti.

ABH-laite henkilöautoon maksaa 180–190 euroa. Kun mukaan liitetään verkkojännitteellä toimiva laturi, joka lataa akkua ja ilmeisestikin myös lämmittää akkua auton ollessa pysähdyksissä ja lämmityksessä, hintaa kertyykin jo 420 euroa.

Sama ongelma sähköautossa

Aivan sama ongelma tulee vaivaamaan myös sähköautoissa käytettäviä akkuja, vaikkakaan ne eivät ole polttomoottoriautojen käynnistysakkuina käytettyjä lyijyakkuja. Jos ilma lämpötila on matala, akkujen lataaminen nopeasti tai täyteen voi olla vaikeaa tai peräti mahdotonta. Tuollaisen monisatakiloisen akuston lämmittäminen samalla, kun se on latauksessa, voi olla haastavaa.

5 kommenttia:

  1. Uusien autojen virrankulutus noussut yli 300% mainostaa Varta ja Exide! Miten sitten akusta voi sen verran saada "ylimääräistä" tehoa kun kylmä akku kyykkää takuuvarmasti moisen kuormituksen edessä!
    ABH järjestelmä=automaatinen akun varauksen ylläpito- ja huoltojärjestelmä.

    ABH:n lämmityselelmentti ja ohjainlaite tulee liimallisen eristeen alle. Eriste on erittäin tiukasti akussa kiinni. Kun akku on saavuttanut +20 asetetta ja lämmitys katkaistaan niin akku alkaa hiljalleen jäähtyä. Jos akun lämpö menee alle +10 asetta ajon aikana ABH lämmittää sen uudelleen. Kun sitten auto sammutetaan niin akku tietenkin jäähtyy pakkasessa. Kuitenkin 5mm eristeen vuoksi hitaasti koska tuo lyijymöntti on melkoinen "termospullo". Se on aamulla vielä reilusti plussan puolella jolloin sen lämpeneminen +20 asteeseen tapahtuu nopeasti. Yleensä nykyauton laturit ovat 80- 120 Amp. tuottavia.Kylmä akku ottaa (-18 asteisena) n. 3,7 Amp vastaan. ABH ei siis kuormita latausjärjestelmää koska laturin tuottoa on yllinkyllin. Kylmään akkuun laturin tuotto ei uppoa, lämpimään kylläkin.
    Mitä hintaan tulee niin laturi+liitäntäjohdot+ABH on huomattavasti halvempi kuin auton hinaus korjaamoon viikonloppuna 200€ ja arkena 100€ ja akun vaihtotyö 60e, akku 150€, sijaisauto tai taxi töihinmenoa varten(myöhässä) + pakkasessa seisominen mikä ei ainakaan mielialaa kohota. Lisäksi sitten lukuiset vikakoodit jotka alijännitteisellä akulla startatessa aiheuttavat uuden korjaamokäynnin, kenties jonkin kalliin ohjainboxin hajottua. Jos on vielä auto jossa on lisälämmitin, joka asennettuna maksaa n. 1500-1700 €, virtaa kuluu niin paljon ettei sitä käytännössä voi juuri käyttää. Rahaa meni siis hukkaan. Nämä kun ottaa mukaan niin ABH ratkaisee monta ongelmaa. Jos auto maksaa 20-70.000 € mutta ei lähde käyntiin automyyjän lupauksista huolimatta on ABH oikea ratkaisu. Siksi järjestelmän nimi onkin "automaattinen akun varauksen ylläpito- ja huoltojärjestelmä".
    Suomessa kehitetty, suomessa valmistettu,suomalaisiin olosuhteisiin.

    VastaaPoista
  2. ,,,tuohon ABH:n kannattaa tutustua ihan käytännössä niin sen toiminta aukeaa kirjoittajalle paremmin...ostin ja pois en enää anna. Loistava ratkaisu ja vielä suomalainen.

    VastaaPoista
  3. Kuten laskin aikaisemmin, ”ongelma” näyttää olevan akun pieni lämmönvarauskyky. Jos 1,5 litraa vettä lämmitetään 40 astetta, siihen kuluu sama 250 kJ energiaa.

    Jos 40-asteinen 1,5 litran vesipullo eristetään samalla (tyydyttävällä) tavalla, se viedään ulos tuuliseen 20 asteen pakkaseen ja sen jäähtymistä seurataan, siinä tuskin kuluu edes 24 tuntia, ennen kuin pullo on jäässä. Akku jäähtyy aivan samalla tavalla.

    VastaaPoista
  4. .....hmm, pitäiskö Sinun kokeilla tuo ensin käytännössä....kyllähän vesi jäätyy mutta kun akku on täydessä varauksessa (omainaispaino 1,28) niin jäätyy vasta -70°C:ssa joten ontuu ontuu tuo sinun ajatus..

    VastaaPoista
  5. Jäätyy ja jäähtyy - eläköön se pieni ero (h). Jäätynyt vesipullo on aivan yhtä kylmä kuin jäähtynyt akku -20 asteen pakkasessa.

    VastaaPoista