Kysymys DC-sähköauton sähkötekniikasta - Sähköautot - Nyt!

Jos aiot tehdä systeemin tavallisesta autosta, 30 km:n toimintasäde vaatii akkujen käyttökelpoiseksi kapasiteetiksi autosta ja ajosta riippuen noin 5 kWh, joten nimelliskapasiteettia olisi syytä olla jonkin verran enemmän. Tavallisessa auton lyijyakussa on suuruusluokkaa 1 kWh, joten tarvitset ainakin viisi sellaista.

Määrä ei ole mahdottoman suuri, mutta ongelmat tulevat purkautumisnopeudesta. Lyijyakku pitäisi esimerkiksi C/20 -purkamisesta, mikä antaisi viidellä akulla muutaman sata wattia yhteenä. Tarvitset paljon enemmän, joten tästä tulee haastetta.

Tehoa tarvitset huippuna arviolta 20 kW. Sillä auton pitäisi kaupunkinopeuksissa kiihtyä sen verran ripeästi, ettei kuski kiihdy nopeammin. Keskimääräisenä tehona haluamasi huippunopeus (80 km/h) vaatii noin 10 kW ellei autosi ole pieni tai erityisen aerodynaaminen. Akkujen kannalta purkausnopeus on näillä luvuilla maksimissaan noin 4C ja keskimääräisenäkin 2C. Tällöin tavallisen lyijyakun kapasiteetti putoaa murto-osaan nimellisestä.

Kuvaamasi jännitteennostokytkentä on ihan tunnettu varauspumppu, mutta sen soveltuvuus tähän käyttöön ei energiamäärien ja moottorin luonteen vuoksi ole kovin hyvä. Varauspumpun etuna on induktanssin puuttuminen, mutta ilman induktanssia se on jo teoriassa häviöllinen kapistus jännitelähteestä ajettuna. Yleensä varauspumppuja käytetään muutamilla volteilla ja milliampeereilla esimerkiksi LEDien syöttämiseen matalista jännitteistä. Silloin kymmenen prosentin tappio hyötysuhteessa on hyvin siedettävissä, jos hankalasta kelasta päästään eroon.

DC-moottorilla tosin on se hauska piirre, että se on itsessään induktiivinen kuorma. Tällöin riittävän korkeasta jännitteestä (vähintään suurin tarvittava napajännite) voidaan moottoria ajaa pulssinleveysmodulaatiolla, siis yksinkertaisesti jännitettä pätkimällä. Tällöin tarvittava elektroniikka yksinkertaistuu kohtuullisen paljon, vaikka tuolla tehotasolla elektroniikka ei koskaan ole käytännössä yksinkertaista. PWM:n käyttäminen kuitenkin vaatii riittävää syöttöjännitettä, eikä regeneratiivinen jarruttaminen onnistu.

En halua olla tylsä ilonpilaaja, mutta näillä tehotasoilla tehoelektroniikan suunnitteleminen on varsin spesialisoitunutta puuhaa. Kannattaa ensin vähän aikaa ottaa savuja ulos pienemmistä hakkureista, niissäkin riittää haastetta pitkäksi aikaa.

(Muistuu mieleeni anekdootti takavuosilta jostain National Semiconductorin hakkuriseminaarista… Ensimmäisessä kalvossa oli kysymys "Would you like to design a switching power supply?". Seuraavassa kerrottiin, että jos vastaus on "haluan", niin on syytä hakeutua ammattiavun piiriin. Kolmannesta kalvosta eteenpäin kerrottiin, mitä voi tehdä, jos on pakko suunnitella hakkuri…)