Elektro-mobilitás Tananyag 5 1

7/25/2019 Elektro-mobilits Tananyag 5 1

1/59


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


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


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


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,


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)


7/59


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/


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.


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


Gyakorlati energiasrsg: 50 Wh/kg

Teljestmnysrsg: 100-800 W/kg


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.


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)


13/59

13

Jellemz mszaki adatok:

Cellafeszltsg: 4,2 V


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/


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)


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


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/


17/59


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


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


20/59


21/59


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


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/


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


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 (


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


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


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/


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


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.


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,


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


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.


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:


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


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


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:


38/59


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


40/59


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.


42/59


43/59

43


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


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:


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


47/59


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


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


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.


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.


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.


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


54/59


55/59


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.


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)


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/


59/59

Documents

Elektro-mobilitás Tananyag 5 1