Potrebu dopravy nikto nespochybňuje, na druhej strane sa čoraz viac hovorí o globálnom ekologickom probléme - znečistenie emisiami. Jedným z riešení je elektromobilita. Prevádzkou elektromobilov vzniká potreba servisných pracovníkov. Naša škola je schopná pripraviť takýchto odborníkov. K tomu sú ale potrebné vhodné didaktické učebné pomôcky pre kvalitné a efektívne vyučovanie.
Počet predaných hybridov a elektromobilov geometricky rastie. Dnes je v Košiciach vyše sto hybridov a vyše dvadsať elektromobilov. Do konca roka 2016 Dopravný podnik mesta Košice zavedie do prevádzky tridsať elektrobusov. Už dnes je na trhu práce potreba technikov, ktorí by boli schopní zabezpečiť odborný servis.O štyri roky, keď budú končiť terajší prváci našej školy, táto potreba mnohonásobne narastie. Vytvorená učebná pomôcka pomôže kvalitnej príprave absolventov našej školy pre ich budúce zamestnanie.
Milióny ľudí a milióny ton surovín a výrobkov sa presúvajú z miesta na miesto kvôli zamestnaniu, návštevám príbuzných, turizmu, športu, zabezpečeniu základných, ale aj luxusných produktov, výrobkov a služieb. Pohyb ľudí a tovaru sa zabezpečuje rôznymi formami dopravy.
Tak dochádza k znečisteniu emisiami. S tým sú spojené negatívne dôsledky: rozpúšťanie ľadovcov, stúpanie hladiny svetových oceánov, zmena morských prúdov, zmena a zosilnenie vzdušného prúdenia, zmena počasia, znehodnotenie úrodných pôd, strata alebo znehodnotenie pitnej vody, ochorenie ľudí, fauny a flóry.
Keďže je zrejmé, že bez dopravy by sa zastavil akýkoľvek pokrok, a naopak, prišlo by ku kolapsu civilizácie, vynára sa otázka, akými cestami možno obmedziť neustále rastúce množstvo emisií pochádzajúcich z dopravy.
Automobil mení energiu na pohyb. Táto energia môže pochádzať z rôznych zdrojov. Jednou z najprogresívnejších je elektrická energia.
Hovorí sa, že „budúci automobil je počítač na kolesách.“ Budúce automobily sú založené na eletrotechnike, elektronike a informačných technológiách. Počet mechanických častí podstatne klesá. V skutočnosti to neznamená, že sú principiálne jednoduchšie. Elektromobil obsahuje množstvo elektroniky a prvkov informačných technológií až počítačových sietí. Na orientovanie sa v tejto problematike má slúžiť učebná pomôcka „FUNKČNÝ MODEL ELEKTROMOBILU“.
Elektromobily sú ekologickou alternatívou dopravy: nie sú hlučné a ani nevypúšťajú žiadne emisie. Elektromotory v elektromobiloch pracujú oveľa účinnejšie ako spaľovacie motory.
Prechod na pohon automobilov na elektrinu je pre osobnú dopravu veľkou príležitosťou znížiť emisie CO2, vytvoriť príjemnejšie životné podmienky obyvateľov miest a pritom obmedziť závislosť na dovoze ropy.
Obr. Elektromobil Nissan Leaf na rýchlonabíjacej stanici projektu VIBRATe v Bratislave
Elektromobil sa skladá zo štyroch základný častí, ktorými sa odlišuje od klasického vozidla so spaľovacím motorom. Sú to:
1. elektromotor
2. riadiaca jednotka elektromotora
3. akumulátor a systém nabíjania akumulátora
4. elektrická kabeláž
Požiadavky na učebnú pomôcku:
Model má po technickej stránke čo najviac zodpovedať reálnej prevádzke elektromobilu.
Model má spĺňať:
1. Predvádzanie funkcií elektromobilu pre budúceho užívateľa. Toto môže slúžiť pre potreby autoškoly alebo kurzu užívateľov elektromobilu.
2. Výučbu diagnostikovania častí elektromobilu pre žiakov odboru:
- autoopravár,
- autotronik,
- autoelektronik.
Ďalšie požiadavky na model elektromobilu ako učebnej pomôcky:
- bezpečnosť prevádzky,
- základné mechanické časti,
- elektrická sústava,
- dobíjanie z rôznych zdrojov,
- diagnostika nabíjania akumulátora,
- diagnostika vybíjania – prevádzky.
Učebná pomôcka z hľadiska prevádzky elektromobilu sa skladá z nasledovných častí:
1. Model elektromobilu
2. Nabíjanie modelu elektromobilu
Základom pre vyhotovenie učebnej pomôcky je podvozok súťažného modelu firmy Tamiya 1:10. Sponzorsky nám ho poskytla firma B.R.B. Model obsahuje funkčné časti: nezávislé zavesenie kolies, pružiny, olejové tlmiče, pohon kardanovými hriadeľmi, rozvodovku s diferenciálom. Spodné nosné plató bolo nahradené plexisklom z estetických dôvodov. Na tento podvozok bola umiestnená elektrická inštalácia. Táto pozostáva z častí ako u skutočného elektromobilu. Časti modelu elektromobilu sú v nižšie uvedenom obrázku.
Učebná pomôcka umožňuje nabíjanie modelu elektromobilu z týchto zdrojov:
- verejnej nabíjacej stanice jednosmerným napätím 12V,
- domácej nabíjacej stanice jednosmerným napätím 12V,
- domácej elektrickej siete striedavým napätím 230V.
Za účelom vykonávania nabíjania modelu elektromobilu bol vytvorený aj funkčný model verejnej nabíjacej stanice a domácej nabíjacej stanice. Ako základ nabíjacej stanice bol použitý merač spotreby elektrickej energie Solight DT25. Návod na použitie je uvedený v prílohe 5. Tento bol upravený tak, že výstupné napätie je jednosmerné napätie 12V. Uvedené DC napätie je potrebné pre nabíjaciu sústavu modelu elektromobilu.
Technické parametre modelov verejnej a domácej nabíjacej stanice:
- vstupné napätie: AC 230V/50Hz
- výstupné napätie: DC 12V
- maximálne zaťaženie: 1150W/5A
- meraný rozsah: 2W - 1150W
- odchýlka merania: +/- 2% - Pracovná teplota: 0°C - 50°C
- Integrovaný stabilizátor napätia - záložná batéria: 2×LR44 batéria (súčasť balenia)
Zobrazované hodnoty:
- čas
- tarifa
- náklady za odobranú energiu v €
- spotreby v kWh
- minimálny prúd
- maximálny prúd Všetky potrebné údaje sú zobrazené na prehľadnom LCD displeji.
Spôsoby nabíjania elektromobilu
Funkčný model elektromobilu je schopný vykonávať nabíjanie Li-pol akumulátorov:
1. Nabíjanie z domácej štandardnej zásuvky striedavým napätím 230
2. Nabíjanie z domácej nabíjacej stanice jednosmerným napätím
Nabíjanie z verejnej nabíjacej stanice jednosmerným napätím
Schéma elektrickej inštalácie nabíjacích staníc modelu elektromobilu je v prílohe 3. Z dôvodu preverenia bezpečnosti bola vykonaná revízia silnoprúdovej elektroinštalácie. Revízna správa elektrickej inštalácie nabíjacích staníc modelu elektromobilu je v prílohe 4.
Displej znázorňuje palubný počítač elektromobilu. Informuje vodiča o rýchlosti jazdy a dojazde. Proces nabíjania a proces jazdy (vybíjania) je viditeľný na palubnom displeji. Ak sa ukončí proces nabíjania a napájací kábel sa odpojí, displej sa automaticky prepne z procesu nabíjania do procesu jazdy
Litium-polymerové (Li-pol) akumulátory majú najlepší pomer medzi kapacitou, hmotnosťou a maximálnym prúdom, ktorý sú schopné dodať. Preto sú najviac používaným typom u elektromobilov. Správne nabíjanie a vybíjanie podstatne ovplyvňuje ich životnosť.
Pre výučbu na učebnej pomôcke uvádzam aj informácie o zásadách prevádzky Li-pol akumulátorov:
Li-pol akumulátory nemajú tzv. pamäť (pamäťový efekt) - môžu byť dobíjané z ľubovoľného stavu a nabíjanie je možné kedykoľvek prerušiť. Nemusia sa formátovať.
Pri nízkych teplotách (mínusové teploty) sa znižuje kapacita na polovicu a tým i maximálna možná záťaž.
Používaním sa akumulátor opotrebúva, klesá kapacita a rastie vnútorný odpor. Rýchlym vybíjaním a rýchlym nabíjaním sa tento proces urýchľuje.
Výpočet nabíjacieho prúdu: Kapacita Ah x C napríklad 5Ah = 5Ah x 1C = 5A
Nabíjať sa musí odporúčaným prúdom. Väčšina Li-pol akumulátorov vyžaduje nabíjanie 1C, to znamená: Kapacita 5.000mAh = 5A, 3.000mAh = 3A
Niekedy výrobca umožňuje nabíjanie 2C. Nabíjať dvojnásobkom sa odporúča len výnimočne (nedostatok času).
Viacčlánkové akumulátory (2S a viac – u elektromobilov je ich viac než 100) je nevyhnutné nabíjať cez balancer. Všetky Li-pol nabíjačky ho obsahujú. Nabíjačka stráži každý článok zvlášť – nestane sa, aby jeden článok bol podvybitý a druhý prebitý.
Pred nabíjaním musí byť akumulátor studený (izbová teplota).
Výpočet maximálnej záťaže/ vybíjacieho prúdu: Kapacita Ah x C napríklad 5Ah = 5Ah x 30C = 150A
Maximálne C sa môže využívať len krátkodobo a zriedka, ale väčšinou sa uvádza do 10 sekúnd!
Akumulátor nevybíjať do nízkeho napätia. Plne nabitý má 4,2V, pri 2,7V už dochádza k jeho zničeniu. Odporúča sa nevybíjať pod 3,6V.
Akumulátor sa nesmie prehrievať. Ak je príliš teplý, znamená to, že je príliš namáhaný (má malú kapacitu Ah alebo C, prípadne oboje). Li-pol akumulátor sa nikdy nesmie ohriať na viac než 50°C (vybíjaním, nabíjaním, ...).
Li-pol akumulátor sa skladuje pri nabití na 3,8V. Skladovanie dlhšie ako mesiac pri plnom nabití znižuje jeho životnosť. Nedodržanie uvedených zásad znižuje životnosť akumulátora a môže spôsobiť nehodu.
Pokyny pre prácu s akumulátorom v modeli elektromobilu
Okrem zásad uvedených v predchádzajúcej kapitole je nevyhnutné pri práci s učebnou pomôckou dodržovať aj nasledovné:
Akumulátor sa nesmie nabíjať bez dozoru.
Akumulátor sa nesmie nikdy upravovať - rozoberať, prepichovať!
Akumulátor sa po práci s modelom musí vždy odpojiť od regulátora (riadiacej jednotky).
Podobne ako u reálneho elektromobilu, tak aj na učebnej pomôcke je možné diagnostikovať kvalitu akumulátora. Diagnostika spočíva v nabíjacom a vybíjacom cykle. Tento proces je plne automatizovaný. Je riadený programom, ktorý vyvinula firma CASSONIC a pre účely vyhotovenia učebnej pomôcky ho upravila a bezodplatne poskytla škole. Záznam nabíjania/vybíjania je vo forme grafu resp. tabuľky excel a je možné ho uložiť do PC. Zo záznamu (procesu nabíjania/vybíjania) je možné určiť:
- kapacitu akumulátora,
- napätie akumulátora,
- napätie jednotlivých článkov,
- nabíjací prúd,
- čas nabíjania,
- teplotu akumulátora.
Analýzou uvedených informácií je možné stanoviť kvalitu akumulátora.
Tak ako to robia v servisoch, je možné uvedené údaje transformovať do tabuľky excel a odoslať na analýzu na iné pracovisko. Tu pomocou totožného softvéru je možné údaje opäť pretransformovať do grafu.
Touto prácou bol vytvorený plne funkčný model elektromobilu v mierke 1:10. Má všetky základné časti ako skutočný elektromobil. Dá sa na ňom predvádzať nabíjanie z rôznych elektrických zdrojov (verejná nabíjacia stanica, z domáceho zdroja).
Učebná pomôcka môže slúžiť budúcim záujemcom o kúpu elektromobilu, ale aj na výučbu žiakov automobilovej školy.
Model možno považovať za prototyp učebnej pomôcky. Po preverení všetkých funkcií a prípadnom vylepšení je možné túto pomôcku vyrábať aj pre iné školy s podobným zameraním.
