48 voltin kevythybridijärjestelmä

18 / 05 / 2020

Marketing

Toisin kuin aidoissa hybridikokoonpanoissa, joissa moottori ja/tai sähkömoottori liikuttaa ajoneuvoa, 48 voltin kevythybridijärjestelmää käytetään tyypillisissä stop-start-järjestelmällä varustetuissa ajoneuvossa. Siihen asennetaan 48 voltin sähkömoottori-/generaattorikokoonpano moottorin tueksi, kiihtyvyyden nopeuttamiseksi ja polttoainetalouden parantamiseksi.

Lisäksi sähkökäyttöiset komponentit, kuten ilmastointikompressori, ohjaustehostimen pumppu ja moottoriöljypumppu, vähentävät edelleen moottorin kuormitusta ja parantavat polttoainetehokkuutta.

mild hybrid vehicle diagram

1 Elmotor-/generatoraggregat
2 AC/DC-växelriktare
3 48-volts batteri
4 DC/DC-omvandlare
5 48-volts strömfördelare
6 12-volts batteri
5 12-volts strömfördelare
8 Elektrisk turboladdare

Ajoneuvojen sähköistäminen yli 12 voltin jännitteellä ei ole uusi idea: autoteollisuus harkitsi 42 voltin järjestelmän käyttöä 1990-luvulla. Idea hylättiin myöhemmin, sillä sen pelättiin aiheuttavan korkeita kustannuksia, sekä johtuen käytännön ongelmista, kuten kytkimen ja releiden ennenaikaisesta rikkoutumisesta. Ympäristönsuojeluun liittyvien seikkojen takia moderni elektroniikka hyödyntää kuitenkin aiempaa kestävämpiä transistoreita, diodeja ja mikrokytkimiä, mikä tekee volttimäärän lisäämisestä aiempaa varteenotettavamman vaihtoehdon.

Miksi siis tyytyä 48 volttiin? Nykyisten säännösten mukaan yli 60 voltin jännitteellä varustetut järjestelmät ovat virallisesti “korkeajännitteisiä”. Tämä aiheuttaa lisäkustannuksia kalliiden suojausten, liittimien ja johtimien (kuten useissa hybridi- ja sähköajoneuvoissa käytettävät oranssit johtimet) käytön vuoksi. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että koko ajoneuvon sähköjärjestelmä siirtyisi 48 volttiin. Perinteistä 12 voltin syöttöä käytetään edelleen useimmissa vakiopiireissä, kuten valot, ovien lukot, sähköikkunat ja tietoviihdejärjestelmät.

Tavallisessa 48 voltin kevythybridijärjestelmässä on vain pieni määrä lisäkomponentteja: sähkömoottori-/generaattorikokoonpano, AC/DC-invertteri, tasajännitemuunnin, 48 voltin akku ja sähköahdin.

Sähkömoottori-/generaattorikokoonpano: Vesijäähdytteinen ja hihnakäyttöinen sähkömoottori/generaattori korvaa tavallisen laturin ja käynnistää moottorin uudelleen stop-start-tapahtuman jälkeen, kun taas perinteistä 12 voltin starttimoottoria käytetään ajoneuvon normaaliin käynnistykseen käynnistysavaimella.

Silloin tällöin sähkömoottori/generaattori voi tukea moottoria kiihdytyksen parantamisessa ja vähentää moottorin kuormitusta strategisesti polttoainetalouden maksimoimiseksi. Lisäksi generaattoritilassa sähkömoottori/generaattori myös lataa molemmat akut perinteisen laturin tapaan mutta perinteisestä generaattorista poiketen silloinkin, kun ajoneuvo kulkee vaihde vapaalla tai jarruttaa.

AC/DC-invertteri: 48 voltin sähkömoottoriin/generaattoriin voidaan integroida tai olla integroimatta AC/DC-invertteri, ja sitä voidaan käyttää kahteen tarkoitukseen.

Ensinnäkin sen avulla voidaan muuntaa 48 voltin akun tasavirta vaihtovirraksi sähkömoottorin/generaattorin käyttöön moottoritilassa.

Toiseksi sen avulla voidaan muuntaa sähkömoottorin/generaattorin generaattoritilassa tuottama vaihtovirta tasavirraksi, jolla ladataan 12 ja 48 voltin akut.

Tasajännitemuunnin: Koska tällaisessa ajoneuvossa on sekä 12 voltin että 48 voltin järjestelmät, siinä on tasajännitemuunnin, joka laskee sähköjännitteen 48 voltista 12 volttiin.

48 voltin akku: 48 voltin litiumioniakku sijaitsee yleensä ajoneuvon takaosassa. Akku voi sähkömoottorin/generaattorin tavoin haihduttaa lämpöä jäähdytysjärjestelmän avulla.

Sähköahdin: Perinteinen turboahdin on korvattu sähköisellä versiolla, joka tunnetaan paremmin nimellä sähköahdin. Sen sijaan, että pakokaasujen odotettaisiin pyörittävän juoksupyörän vauhtiin, juoksupyörää pyöritetään sähkömoottorilla. Tämä tarjoaa tarvittavan lisätehon välittömästi ilman turboahdetuille moottoreille tyypillistä viivettä. Superahtimet voidaan myös sähköistää, jolloin ne tarjoavat samankaltaisia tuloksia kuin sähkömoottorilla toimiva turboahdin.

48 voltin kevythybridijärjestelmää kehitetään jatkuvasti, jotta se täyttää pakokaasujen päästösäännökset, parantaa polttoainetaloutta ja nopeuttaa kiihdytystä. Tästä syystä ajoneuvovalmistajat kehittävät parhaillaan muita älykkäitä parannuksia 48 voltin järjestelmän täydentämiseksi – seuraavassa on muutamia esimerkkejä näistä parannuksista:

DSF (Dynamic Skip Fire) -teknologia: Integroi sylinterin poiskytkennän 48 voltin kevythybridijärjestelmään. DSF-järjestelmä eristää sylinterin irrottamalla nokka-akselin jatkeet. Tämä lukitsee imu- ja pakoventtiilit kiinni silloin, kun virtaa tarvitaan vähemmän, mikä puolestaan parantaa polttoainetaloutta.

Laajennettu stop-start-teknologia: Toisin kuin perinteinen stop-start-teknologia, joka sammuttaa moottorin kokonaan silloin, kun ajoneuvo pysähtyy täysin, laajennettu stop-start-järjestelmä sammuttaa moottorin myös silloin, kun ajoneuvo on pysähtymässä tai kun se ajaa vakionopeudella.

Sähköisesti lämmitettävä katalysaattori: Haitallisten päästöjen määrän vähentämiseksi katalysaattorin on saavutettava toimintalämpötilansa mahdollisimman nopeasti. Hybridijärjestelmät hankaloittavat tilannetta usein toistuvien stop-start-tapahtumien vuoksi ja sammuttamalla moottorin ajettaessa vaihde vapaalla. Ongelma voidaan kuitenkin helposti korjata lämmittämällä katalysaattoria sähköisesti 48 voltin järjestelmän avulla.

Moottoriohjattujen lisävarusteiden sähköistäminen: Vesipumppu ja ilmastointikompressori ovat kaksi esimerkkiä komponenteista, jotka ovat sähköistettävissä. Sähköistäminen vähentää moottorin parasiittista hankaushäviötä ja sallii komponenttien määrittää oman käyttöjaksonsa ajoneuvon ja kuljettajan tarpeiden mukaan.

Nykyisin käytössä olevalla 12 voltin järjestelmällä on toimintavaikeuksia muihin kalliimpiin aitoihin hybridijärjestelmiin verrattuna, kun taas 48 voltin kevythybriditeknologia tarjoaa kustannustehokkaan ratkaisun päästösäännösten täyttämiseksi ja vastaisuudessa runsaasti energiaa kuluttavien sähkökomponenttien suosion kasvuun valmistautumiseksi.

48 voltin teknologian käytön odotetaan lisääntyvän entisestään etenkin aiempaa tiukempien hiilidioksidipäästötavoitteiden myötä ja polttomoottorin suosion hiipuessa.

Autodata julkaisee sähkö- ja hybridiajoneuvojen äyttöjärjestelmäkaavioita. Näin varmistamme sen, että säilytämme ykkösasemamme tieliikenteen ajoneuvojen vianmääritys- ja korjausratkaisuna sähkö- ja hybridiajoneuvojen suosion ja kysynnän kasvaessa.