Sähkö- ja hybridiautot riskien vähennys Osa 2

Korkeajännite järjestelmien yleisin ongelma liittyy 12v eli ns. pikkuakkuun.

Paljon puhutaan sähkö/hybridiautojen ajoakkujen kestosta, vikaantumisesta ja korkeista uusimis-/korjauskuluista. Näistä tarkemmin myöhemmin, sillä kaikken auton käytön sydän on perinteinen 12v akku. Lähdetään siis liikkeelle siitä.

Ongelma 1, Auto ei käynnisty.

Ladattavien hybridiautojen polttomoottorien käynnistysjärjestelmissä on eroavaisuuksia. Osa käyttää perinteistä starttimoottoria ja osa käynnistää moottorin korkeajännitettä (jatkossa HV) käyttävällä ”ajomoottorilla”

Kun autoon kytketään virtapäälle, pitäisi tapahtua seuraavaa: Auton matalajännite 12v puoli herää ensin. Niin sähkö- kuin Hybridiautokin käyttää ajovaloissa pyyhkijöissä, lämmityslaitteissa, lukoissa on 12v jännite jonka jännitelähteenä on tämä ns. pikkuakku. Jotta HV-akku voidaan kytkeä auton muihin HV-järjestelmiin, on HV-järjestelmän keskeinen jännitteenhallinta laite Invertteri kytkettävä HV-akkuun. (Selvennykseksi: Autossa on turvallisuus syistä järjestelmä joka ”irti ”kytkee” HV-akun aina kun autosta sammutetaan virta. Tätä ei pidä kuitenkaan sekoittaa korjaustöissä suoritettavaan irtikytkentään, jolloin HV-akku kytketään ihan mekaanisesti eroon auton sähköjärjestelmästä.) Jotta HV-akku voidaan liittää auton HV-järjestelmään, nostetaan invertteri niin kutsutun esilatausvastuksen avulla samalle jännitetasolle (esim. 400v) kuin käytössä oleva HV-akun jännite. Tämä toimenpide siksi että muuten kytkentä releiden pinnat kipinöisivät ja palaisi tai jopa hitsautuisi kiinni. Mikäli 12v akku ei ole kunnossa ja kunnolla varautunut ei tämä esilataus toiminto onnistu ja seurauksena HV-akku ei kytkeydy, jolloin mitkään HV-jännitteiset laitteet eivät toimi. Kaikissa sähköautoissa tämä estää auton käytön kokonaan. Hybridiautoissakin akun heikkeneminen on vaikea havaita, sillä useimmin polttomoottori käynnistyy auton ollessa jo liikkeessä. Pakkaset ovat vaikeita näiden akkujen kunnolliselle latautumiselle. Täyssähköautoissa 12v akku on usein hyvin pieni ja se on siten altis ongelmille. Kaiken tämän seurauksena Hybridi- ja sähköautojen pikkuakkujen kestoikä on huomattavan lyhyt, 3 vuotta voi tuntua lyhyeltä käyttöiältä mutta sen on todellisuutta HV-järjestelmän autoissa.

Ongelma 2, HV-latausjärjestelmä

Lataukseen liittyy toki moni auton ulkopuolisiin tekijöihin liittyviä asioita mutta autossa itsessään on myös useita lataukseen liittyviä laitteita. Latauskaapelit, latausluukut sekä pistorasiat ovat oikeasti käsin kosketeltavia ja niissä ilmenevät viat usein jo varoittavat heikolla toiminnalla ennen lopullista toiminnan estymistä. Valitettavasti luukkujen viat ovat melko yleisiä mutta vastaavasti korjaukset kuitenkin suhteellisen edullisia, puhutaan ennemmin sadoista euroista ja huomattavan harvoin mennään yli 1000 € rajan. Näiden kanssa on kuitenkin oltava tarkkana, että ne säilyvät ehjinä ja turvallisina. On muistettava, että näissä on aina kyse hengenvaarallisista jännitetasoista.

Kun latauspistorasiasta edetään syvemmälle autoon, liittyy mukaan useita toimilaitteita: Akkuohjainlaite, invertteri, akun lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmä ja tietenkin näihin liittyen edellisen kappaleen 12v akku ja osa siihen liittyvistä laitteista sekä lopulta ydin eli itse HV-akku.

Itse akku on varsin harvoin vikaantuva, mutta korkeiden korjaus- ja uusintakustannusten vuoksi toki usein keskusteluissa. Tyypillisimmin latauksessa ilmenevät ongelmat ovat lähtöisin latauksen valvontaan ja ohjaukseen liittyvissä 12v järjestelmän kaapeloinneissa. Koska painon säästö on keskeistä nykyisten autojen valmistuksessa (vaikka autot ei ole koskaan olleet näin painavia) niin tämä näkyy sähköjohtojen paksuuksissa ja suojauksissa. Ohuet kaapelit ovat arkoja ulkoisille voimille ja usein auton alustassa johdot ovat jätetty täysin suojaamatta ja ovat siten alttiita pölylle, kosteudelle. Soratiet ja talvisin jäätyvä loska kuormittaa johtoja ja kohdistaa niihin voimia, joita minimiin ohennetut johdot eivät kestä. Yhtä lailla johtoliitokset ja koteloiden alumiinirakenteet eivät yksinkertaisiesti, tule kestämään erityisesti Suomessa autojen korkeaa käyttöikää. Vaurioita on vaikeaa huomata silmämääräisesti ja näiden vikakohteiden paikallistaminen on toisinaan hyvin haastavaa.

Johtovikojen korjauksissa tee-se-itse korjaukset ehdottomasti kiellettyjä. Mikäli autoon tehdään näiltä osin muutoksia voi seurauksena olla hengenvaara. Viimeistään seuraava käyttäjä tai korjaaja ei voi olla tietoinen muutoksista, jolloin vaarojen välttäminen ei ole ehkä mahdollista, vaikka toimisi ohjeiden mukaisesti.

Toimilaiteviat kuten latausohjainlaitteet, invertterit ja latauskaapelit ovat satunnaisia. Korjauskustannukset useimmin luokassa alkaen 1000 € latauskaapelit ja muut siitä ylöspäin. Osien saatavuuksissa toisinaan isoja haasteita.

Miten näitä ongelmia voi välttää? Huolellinen käyttö ja latausjohdon varastointi. Varsin isoilta osin ajoneuvon suunnittelu ratkaisee näiden ongelmien yleisyyden.

Ongelma 3, Jäähdytys- ja lämmitysjärjestelmät

HV-rakenteet vaativat niin jäähdytys- kuin lämmitysjärjestelmiltä todella paljon. Järjestelmien toteutustapoja on yhtä monta kuin tekijää. Yleisesti kaksi erillistä jäähdytys/lämmitys nestekiertoa. Mukavuus- eli matkustamon lämmönhallinta ja toinen HV-järjestelmälle. HV-järjestelmässä jäähdytystä tarvitaan niin akustolle kuin sähkömoottoreille. Näihin järjestelmiin tarvitaan myös yhdistetty lämmitysjärjestelmä. Hybridissä hyödynnetään polttomoottorin hukkalämpöä mikä lisää monimutkaisuutta. Näiden järjestelmien yhteen sovittaminen on erittäin altis häiriöille.

Miten tämä ongelma sitten tulisi kohdata? Selkeä ohje on huolehtia, että järjestelmien puhtaus ja nesteiden laatu ja määrä on oikea. Huolloissa riittävät tarkistukset ja nesteiden uusinnat vähintään määräaikaishuolto-ohjelmien mukaisesti. Mikäli järjestelmistä tulee varoitusilmoituksia, on niihin suhtauduttava vakavasti, sillä puutteellinen nestemäärä tai jäähdytys voi johtaa tuhansien eurojen seurausvaurioihin.

Ongelma 4, Sähkömoottorit ja voimansiirto

Mikään ei ole niin yksinkertainen kuin sähkömoottori! Kyllä, näin on, kun puhutaan esimerkiksi porakoneesta. Jokainen, joka on porakonetta käyttänyt tietää, että pöly ei ole moottorille hyväksi ja moottori lämpenee pidemmällä käytöllä voimakkaasti. Jäähdytys onkin ajomoottoreiden Akilleen kantapää. Erittäin isotehoiset moottorit, joista otetaan paljon tehoa, vaatii tehokkaan jäähdytyksen. Moottoreiden laakerointi ja voitelu korkeilla kuormituksilla on haastavaa. Lisäksi vaikeutta nostaa sähkönjohtavuuden rajoittaminen, öljy j jäähdytysnesteet on oltava nimenomaan tähän käyttöön soveltuvia. Mikäli kosteutta pääsee vääriin paikkoihin niin jännitevuodot katkaisevat toiminnan onneksi jo varhain turvallisuussyistä. Pienenkin tiivistevuodon korjaaminen on usein erittäin työlästä ja usein jopa mahdotonta. Joskus syynä on rakenne, toisinaan komponenttien saatavuus. Näistä ongelmista löytyy runsaasti esimerkkejä mm. youtube-kanavalta ansiokasta pioneerityötä tekeviltä Jesse Haapalalta sekä Simo Lammikolta. Usein korroosio on tehnyt korjaamisesta joko mahdotonta tai sitten taloudellisesti kannattamatonta. Suuri erikoisosaamista vaativa työmäärä korjauksessa, jossa lopputuloksena toisinaan kompromisseja. Lisäksi vastuukysymykset mahdollisissa vahinkotapauksissa on noussut vakuutusyhtiöiden ja Trafin tarkastelun alle. Trafin kanta korjausten materiaalivalintoihin ja niiden muutoksiin edellyttäisi lain mukaan muutoksen hyväksynnän.

Sähkömoottoreiden yhteydessä ei ainakaan vielä käytetä vaihteistoja. Näissä on kuitenkin akseleilla tasauspyörästöt, jotka ovat osoittautuneet heikoksi kohdaksi. Oikea öljy ja riittävän usein vaihdettuina auttavat paljon. Myös ajotavalla on vaikutusta. Sähkömoottorin voiman käyttö hitaammissa nopeuksissa kuormittaa rajusti voimansiirron mekaniikkaa ja johtaa rikkoutumisiin. Usein voimansiirron komponentit toimitetaan vain yhdessä sähkömoottorien kanssa tai ne eivät ole teknisistä tai komponenttien saatavuuksista johtuen lainkaan korjattavissa. Tällöin korjausten kustannukset nousevat 5000–10000€ hintaluokkaan.

Mitä sitten auton omistaja voi tehdä? Kaikki häiriöt on syytä ottaa vakavasti. Joissain rakenteissa kuten Audilla ajomoottoreiden nestevuodoille on keräys säiliöt, jotka on huollon yhteydessä tyhjennettävä. Säännöllisellä huollolla voidaan ennakoida ja estää vakavampien vikojen syntyminen. Vaikka huoltokohteita on vähemmän niin niiden suorittaminen on äärimmäisen tärkeää.

Ongelma 5. Jarrut

Niin sähkö kuin hybridiautotkin hyödyttävät jarrutusta energian keräämisessä ja yllättävän paljon hidastuvuudesta saadaankin ladattua liike-energiaa takaisin akkuihin. Sähköautoissa tämä on erityisen korostunutta. Mekaanisten jarrujen vähäinen käyttö kuitenkin rapauttaa jarrukomponentit ja niistä on tullut katsastuksessa kasvava hylkäyskohde. Jarrujen vähäinen käyttö myös vaarantaa niiden toiminnan hätätilanteissa. Sähköautojen jarrukomponentit ovat myös ainakin toistaiseksi merkittävästi kalliimpia kuin perinteisten voimalinjojen autoissa. Tuoko kasvava kysyntä lisää kilpailukykyistä tarjontaa markkinoille ja kuinka nopeasti jää nähtäväksi.

Entä millä keinolla säästää jarrukuluissa? Yksinkertainen vastaus: Käytä jarruja. mahdollista, rekuperaatiota kannattaa säätää pienemmäksi ja käyttä perinteisiä jarruja voimakkaissa jarrutuksissa, näin jarrut pysyvät toimintakuntoisina ja tuolloin niiden kestoikä pitäisi olla polttomoottorikäyttöisiä autoja vähäisempää. Jarruttaminen jarruilla tuo oikeita säästöjä

Muistisäännöt säästöille!

Yhteenveto: Miten huollot vähentävät riskejä

• Ohjelmistopäivitykset → pidentävät akuston ja järjestelmien käyttöikää.
• Säännölliset nestehuollot → akun ja invertterin jäähdytys kunnossa.
• Akun ja 12V-järjestelmän tarkastus → estetään käynnistys- ja kapasiteettiongelmat.
• Jarruhuollot ja herkistely → varmistetaan turvallisuus myös hätätilanteessa.
• Latausliittimien, kaapeleiden ja luukun tarkastus → ehkäistään käyttökatkoja.

Lisää kirjoituksia