Miten sähköauto toimii? Sähköauton osat ja toiminta

Sähköauto toimii yhden tai useamman sähkömoottorin voimalla. Autossa voi olla yksi sähkömoottori kytkettynä etuakseliin tai taka-akseliin. Joissakin sähköautoissa voi puolestaan olla moottori molemmille akseleille tai oma moottorinsa joka renkaalle. Moottorit saavat voimansa ladattavasta akusta.

Sähköautosta puhuttaessa tarkoitetaan yleensä täyssähköautoa, joka toimii kokonaan sähköllä. Täyssähköautoa ei pidä sekoittaa hybridiautoon, joka voi toimia perinteisellä polttoaineella tai sähköllä. Täyssähköauton ja hybridiauton ero on se, että hybridiauto lataa akkua polttomoottorin voimalla.

Täyssähköauto toimii ainoastaan sähkövirran voimalla, toisin kuin hybridiauto.

Täyssähköauto puolestaan käyttää ainoastaan akun varausta moottorien pyörittämiseen. Joissakin sähköautoissa tosin on jarrutusenergiaa talteen ottava järjestelmä, joka lataa akkua ajon aikana. Jotkin hybridit voivat olla myös täyssähköauton tavoin ladattavia, esimerkiksi Volkswagen Passatin voi saada myös ladattavana plug-in hybridinä.

Miten sähköauton moottori toimii?

Sähköautoissa käytetään induktiomoottoreita tai kestomagneettimoottoreita, ja niitä ohjataan taajuusmuuntajalla. Induktiomoottorin ja kestomagneettimoottorin ero on se, miten niiden roottorit on rakennettu. 

Induktiomoottorin roottori muodostuu käämistä, joka on oikosuljettu. Käämiin johdetaan sähkövirta, ja sähkö muodostaa magneettisen kentän. Kestomagneettimoottorissa ei ole käämiä, vaan roottori koostuu magneeteista. Induktiomoottorien käyttö on yleisempää, koska niissä on muutamia etuja verrattuna kestomagneettimoottoreihin.

Induktiomoottorien etuja ovat esimerkiksi hetkellinen rasituksen kesto ja vapaan rullauksen salliminen. Kestomagneettimottori ei kestä hetkellistä rasitusta, sillä rasituksen aiheuttama kuumeneminen voi poistaa magneettien tehon. Induktiomoottori pystyy myös rullaamaan vapaasti eikä tarvitse koko ajan sähkövirtaa. Kestomagneettimottori puolestaan tarvitsee aina sähkövirran pyörittääkseen magneettikenttää.

Kuten edellä jo todettiin, niin sähköautossa voi olla useampi moottori. Useimmissa sähköautoissa on kaksi moottoria, yksi molemmille akseleille. Joissakin sähköautoissa on kuitenkin moottori joka renkaalle tai ainoastaan yksi moottori etu- tai taka-akselille. On olemassa myös sähköautoja, joissa on kolme moottoria, esimerkiksi kaksi moottoria takana ja yksi edessä. Tämänkaltaiset ratkaisut ovat kuitenkin harvinaisempia.

Jokaisessa rakenteessa on omat hyötynsä. Esimerkiksi nelimoottorinen sähköauto on erinomainen peräkärryn vetämiseen, sillä vetovoima jakaantuu todella tasaisesti jokaiselle renkaalle. Kaksimoottorinen järjestelmä on puolestaan säästeliäs virrankulutuksen suhteen, ja auton painopiste pysyy keskellä moottorien sijainnin ansiosta.

Sähköauton moottori ei ainoastaan kuluta sähköä, vaan myös tuottaa sitä. Moottorit nimittäin toimivat generaattoreina silloin, kun sähköautolla jarrutetaan. Generaattoreina toimivat moottorit pystyvät siis myös lataamaan auton akkua.

Sähköautoissa käytetään vaihtovirtamoottoreita.

Miten sähköauton taajuusmuuntaja toimii?

Sähköauton moottoreita täytyy ohjata jotenkin, ja siihen tarkoitukseen taajuusmuuntaja on erinomainen ratkaisu. Taajuusmuuntaja on sijoitettu akun ja moottorin väliin, ja se säätelee moottorille syötettävää virtaa. Taajuusmuuntaja muuntaa akun tasavirran sähköauton moottorille sopivaksi tasa- tai vaihtovirraksi.

Auton ohjaajan paikalla olevalla kaasupolkimella ohjataan siis taajuusmuuntajaa, joka päästää sopivan määrän virtaa akulta moottorille. Jos haluat ajaa autolla kovempaa, virtaa päästetään moottorille enemmän. Jos taas haluat ajaa hiljempaa, virtaa tulee moottorille vähemmän. Taajuusmuuntajan avulla pystyy muuttamaan myös sähköauton kulkusuuntaa.

Kun sähköauton moottori toimii generaattorina, taajuusmuuntaja muuntaa moottorilta tulevan vaihtovirran akulle sopivaksi tasavirraksi.

Taajuusmuuntaja toimii siis tavallaan sähköauton vaihteistona. Tämän takia kaikki sähköautot ovat automaattivaihteisia ja tehon välitys moottorilta renkaille on lähes portaatonta. Moottorin ja renkaille menevän akselin välissä on toki muutama hammasratas, joiden avulla renkaat saavat paremman väännön. Mitään monimutkaista hammasvaihteistoa ei kuitenkaan ole.

Sähköauto ladataan vaihtovirralla, mutta akku pystyy varastoimaan vain tasavirtaa. Tämän vuoksi vaihtovirta muunnetaan ensi tasavirraksi ja sitten takaisin vaihtovirraksi moottoria varten.

Sähköauton latausyksikön toiminta

Auton lataaminen on varmasti tuttua jokaiselle sähköautonomistajalle. Sähköauto ajetaan latauspaikalle tai töpseli kiinnitetään seinään, jos lataat autoa kotona. Seinästä tuleva sähkö ei kuitenkaan mene suoraan auton akulle, vaan se kulkee ensin sähköauton oman latausyksikön kautta.

Latausyksiköllä on muutama todella tärkeä tehtävä. Tärkein asia, mitä latausyksikkö tekee, on latauspisteeltä tulevan vaihtovirran muuntaminen tasavirraksi akulle. Se on tärkeä tehtävä, sillä kaikista latauspisteistä sähkö tulee vaihtovirtana, mutta sähköauton akku pystyy varastoimaan ainoastaan tasavirtaa.

Sähköauton latausyksiköllä on myös muita tehtäviä. Latausyksikkö kertoo tietoa sähköauton akun varaustilasta ja latausnopeudesta. Se lähettää tiedon auton kojelautaan kuskin nähtäville. Ainakin Teslalla taitaa olla myös älypuhelinsovellus, josta näkee auton lataustilanteen.

Lue myös: Mikä on sähköautojen latauspisteiden määrä Suomessa?

Sähköauton akku ja sen toiminta

Sähköllä toimivan auton akku on epäilemättä yksi tärkeimmistä menopelin komponenteista. Sähköauton akku koostuu tuhansista tavallisen AA-pariston kokoisista litiumkennoista, jotka on kytketty kiinni toisiinsa.

Akku olisi toki mahdollista rakentaa myös isommista kennoista, mutta silloin akun jäähdyttäminen olisi hankalampaa. Pienempien kennojen ansiosta sähköauton akkua pystyy jäähdyttämään helpommin. Jäähdytystä tehostaa kennojen välissä kulkeva jäähdytysnesteputki, jossa virtaa nestettä. Akkua jäähdytetään sähköautossa samaan tapaan kuin moottoria normaalissa polttomoottoriautossa.

Auton edessä on jäähdytysnesteellä täytetty syyläri, jonka sisässä oleva neste jäähtyy ilmavirran ansiosta. Tämän jälkeen jäähtynyt neste pumpataan akkukennojen väliin jäähdyttämään niitä.

Suuri akku tekee sähköautosta painavamman, mutta liian pieni akku ei riitä pitkille matkoille. Kennojen määrä vaikuttaa suoraan auton toimintasäteeseen, joten mitä enemmän sähköautoon saadaan mahtumaan litiumkennoja sitä pidemmälle autolla voi ajaa yhdellä latauksella. Sähköautojen toimintasäde vaihtelee paljon, ja se voi olla mallista riippuen mitä tahansa 100 kilometristä 500 kilometriin.

Suuri ja pitkään kestävä akku tekee siis sähköautosta painavamman, mutta hyvä puoli on se, että akku on sijoitettu yleensä auton pohjaan. Tämän ansiosta auton painopiste on alhaalla, ja se on ajettavuudeltaan parempi. Alhaalla oleva painopiste on myös yksi syy sille, miksi Tesla saa niin hyviä tuloksia törmäystesteistä. Nimittäin, kun painoa on paljon auton pohjassa, niin auto ei pyörähdä ympäri helposti.

Sähköauton akku koostuu tavallisista pariston kokoisista litium-akuista, jotka on kytketty toisiinsa.

Sähköauton tasavirtamuuntajan toiminta

Elektroniikkaa on tärkeässä osassa sähköautojen tekniikkaa. Tämän vuoksi autoissa on tasavirtamuuntaja, jonka avulla akulta tuleva tasavirta muunnetaan pienemmälle jännitteelle. Pienemmän jännitteen avulla käytetään auton elektroniikka, kuten kojelaudan näyttöä ja muita pienempää jännitettä tarvitsevia elektroniikkaosia.

Sähköauton eri osat tarvitsevat siis erisuuruisia jännitteitä toimiakseen. Moottorit vievät luonnollisesti eniten virtaa ja toimivat suurimmalla jännitteellä. Joissakin sähköautoissa on myös oma akkunsa pienempää käyttöjännitettä tarvitseville osille. Niissä tapauksissa tasavirtamuuntaja myös lataa pienemmän jännitteen akkua.

Yhteenveto sähköauton toiminnasta

Sähköauton toimintaperiaate on suhteellisen yksinkertainen. Induktiomoottorit saavat voimansa auton akusta, joka koostuu tuhansista pienistä kennoista. Virta ohjataan akulta moottorille taajuusmuuntajan läpi, jolloin moottori saa juuri sopivan määrän virtaa. Taajuusmuuntaja on tavallaan sähköauton vaihteisto, sillä nopeutta säädellään sen avulla.

Auton toimintasäde on riippuvainen akkukennojen määrästä. Mitä enemmän kennoja on sitä pidemmälle sähköauto pystyy yhdellä latauksella kulkemaan. Toki kennojen ikä, ajonopeus sekä akun lämpötila vaikuttavat myös toimintasäteeseen.

Sähköauton akun kennot jäähdytetään samalla tavalla kuin moottori perinteisessä polttomoottoriautossa. Akkutekniikan kehittyessä autovalmistajien täytyy löytää myös parempia tapoja jäähdyttää auton akkua. Jos sähköautoja halutaan käyttää raskaassa työssä, akun tehokas jäähdyttäminen on välttämätöntä.

Sähköautojen tekniikka kehittyy koko ajan eteenpäin, mutta myös latauspisteitä tarvitaan kattavammin.

Autossa käytetään myös monentasoisia jännitteitä, joten akun jännite täytyy muuntaa kaikille osille sopiviksi. Moottorit tarvitsevat korkean jännitteen, kun taas muut osat esimerkiksi matkustamossa tarvitsevat pienemmän jännitteen toimiakseen.

Sähköauto on siis osiensa summa, kuten mikä tahansa muukin tekninen laite. Joiltakin osin sähköllä toimiva auto on jopa yksinkertaisempi kuin tavallinen polttomoottoriauto.

Lue myös: Voiko sähköautolla vetää peräkärryä? Sähköauto ja peräkärry

Lähteet: Alternative Fuels Data Center – How Do All-Electric Cars Work?

2 kommenttia artikkeliin ”Miten sähköauto toimii? Sähköauton osat ja toiminta

  1. CCS-liittimestä autoon tulee tasavirtaa. Siksi niistä saa akun täyteen nopeammin. Jos oltaisiin vain auton oman ac/dc-muuntimen varassa (max 22kw), niin sähköautolla ei kovin pitkälle pötkittäisi. Ainakaan kovin nopeaasti. Lataus kestäisi oikeasti piiiiitkäääään.

    Tykkää

  2. Muuten kuulosti ihan hyvältä mutta tietääkseni muuta valmistajat kuin Tesla ja Lucid eivät käytä sylinterin muotoisia kennoja. Tässä kuulosti vähän siltä että kaikki valmistajat käyttäisivät näitä sylinterin muotoisia. Muita malleja on ainakin pussi ja prismaattinen kenno, joita on yleensä kappalemääräisesti paljon vähemmän.

    Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s