Λύσεις — Ηλεκτροκίνηση στο Αυτοκίνητο (σελ. 315-328) – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ηλεκτροκίνηση στο Αυτοκίνητο

Λύσεις στις εργασίες των Ασκήσεων 48, 49 και 50: χαρακτηριστικά απόδοσης συσσωρευτών κίνησης ηλεκτρικού αυτοκινήτου, επίδραση σκίασης στην παραγωγή ρεύματος φωτοβολταϊκού στοιχείου (ηλιακό αυτοκίνητο), πλεονεκτήματα υβριδικού αυτοκινήτου.

Πίνακας χαρακτηριστικών απόδοσης συσσωρευτών κίνησης ηλεκτρικού αυτοκινήτου

Ερώτηση: Να γίνει πίνακας με χαρακτηριστικά απόδοσης συσσωρευτών για ηλεκτρικά αυτοκίνητα.

Απάντηση:

• Να γίνει πίνακας με χαρακτηριστικά απόδοσης συσσωρευτών για ηλεκτρικά αυτοκίνητα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι συσσωρευτές κίνησης που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα πρέπει να πληρούν συγκεκριμένες απαιτήσεις απόδοσης, οι οποίες μπορούν να συνοψιστούν στον παρακάτω πίνακα:

Ο αριθμός των συσσωρευτών που χρησιμοποιούνται εξαρτάται από την τάση λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα και το είδος του ρεύματος (συνεχές ή τριφασικό εναλλασσόμενο): για παράδειγμα, για κινητήρα συνεχούς ρεύματος 288V χρησιμοποιούνται 24 συσσωρευτές των 12V συνδεδεμένοι σε σειρά. Στην παγκόσμια αγορά κυκλοφορούν διάφοροι τύποι συσσωρευτών κίνησης (μολύβδου-οξέος, καλίου-καδμίου, νικελίου-σιδήρου, νικελίου-υδρογονούχου μετάλλου), με τους συσσωρευτές μολύβδου-οξέος με ηλεκτρολύτη ζελέ και τους συσσωρευτές νικελίου-καδμίου να είναι οι πιο διαδεδομένοι· ο καθένας παρουσιάζει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, με τη μη ύπαρξη ενός ιδανικού, οικονομικού τύπου συσσωρευτή να αποτελεί σήμερα τον κυριότερο περιοριστικό παράγοντα για την ευρεία διάδοση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Απαιτήσεις: υψηλή πυκνότητα ενέργειας, εύρος -30°C έως 50°C, κλειστού τύπου χωρίς συντήρηση, χωρίς αέρια στη φόρτιση, αντοχή σε μεγάλη εκφόρτιση, ελάχιστο ρεύμα διαφυγής, μέγιστους κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης, ανακυκλώσιμα υλικά

Επίδραση σκίασης (φωτοτυπικό χαρτί) στην παραγωγή ρεύματος φωτοβολταϊκού στοιχείου

Ερώτηση: Αν ανάμεσα στο λαμπτήρα και στο φωτοβολταϊκό στοιχείο τοποθετήσετε ένα λεπτό φωτοτυπικό χαρτί, τι θα παρατηρήσετε στο μιλλιαμπερόμετρο. Με τι ατμοσφαιρικές συνθήκες μπορεί να παρομοιαστεί αυτό το πείραμα με το χαρτί;

Απάντηση:

• Αν ανάμεσα στο λαμπτήρα και στο φωτοβολταϊκό στοιχείο τοποθετήσετε ένα λεπτό φωτοτυπικό χαρτί, τι θα παρατηρήσετε στο μιλλιαμπερόμετρο;
• Με τι ατμοσφαιρικές συνθήκες μπορεί να παρομοιαστεί αυτό το πείραμα με το χαρτί;

Σύνοψη: (ενδεικτική) Αν παρεμβληθεί ένα λεπτό φωτοτυπικό χαρτί ανάμεσα στο λαμπτήρα και το φωτοβολταϊκό στοιχείο, το χαρτί θα απορροφήσει και θα διαχύσει μέρος της φωτεινής (ηλιακής, σε αυτή την προσομοίωση) ακτινοβολίας, με αποτέλεσμα να φτάνει στο φωτοβολταϊκό στοιχείο λιγότερη ενέργεια ακτινοβολίας απ' ό,τι χωρίς το χαρτί. Επειδή η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου είναι ανάλογη με την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (λιγότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια/οπές δημιουργούνται στην ένωση των ημιαγωγών Ρ και Ν), η ένδειξη του μιλλιαμπερομέτρου θα μειωθεί αισθητά σε σχέση με την τιμή που θα είχε χωρίς το χαρτί ανάμεσα. Το πείραμα αυτό με το φωτοτυπικό χαρτί μπορεί να παρομοιαστεί με ατμοσφαιρικές συνθήκες συννεφιάς (νέφωση) ή γενικότερα με οποιαδήποτε κατάσταση κατά την οποία η ηλιακή ακτινοβολία εξασθενεί πριν φτάσει στη γη — π.χ. πυκνή ομίχλη, σκόνη ή αιθαλομίχλη στην ατμόσφαιρα — αφού σε όλες αυτές τις περιπτώσεις μειώνεται η ενεργός ακτινοβολία (σε W/m²) που φτάνει στη φωτοβολταϊκή συστοιχία, με αντίστοιχη μείωση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας του ηλιακού αυτοκινήτου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Η ένδειξη του μιλλιαμπερομέτρου μειώνεται, γιατί το χαρτί εξασθενεί την ακτινοβολία που φτάνει στο φωτοβολταϊκό στοιχείο· παρομοιάζεται με συννεφιά/νέφωση ή άλλη συνθήκη εξασθένησης της ηλιακής ακτινοβολίας

Πλεονεκτήματα υβριδικού αυτοκινήτου

Ερώτηση: Να αναφέρετε τα πλεονεκτήματα ενός υβριδικού αυτοκινήτου.

Απάντηση:

• Να αναφέρετε τα πλεονεκτήματα ενός υβριδικού αυτοκινήτου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το υβριδικό αυτοκίνητο, που συνδυάζει βενζινοκινητήρα/πετρελαιοκινητήρα με ηλεκτροκινητήρα υπό τον έλεγχο μιας κεντρικής ηλεκτρονικής μονάδας, παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα. Πρώτον, έχει σαφώς χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου και μειωμένες εκπομπές καυσαερίων σε σχέση με ένα αντίστοιχο συμβατικό αυτοκίνητο, γιατί ο ηλεκτροκινητήρας αναλαμβάνει μέρος ή το σύνολο της κίνησης στις φάσεις χαμηλής ισχύος (π.χ. εκκίνηση, κίνηση σε χαμηλή ταχύτητα), επιτρέποντας στον βενζινοκινητήρα να λειτουργεί λιγότερο ή πιο κοντά στο σημείο βέλτιστης οικονομίας του. Δεύτερον, αξιοποιεί την αναγεννητική πέδηση: κατά το φρενάρισμα ή την άρση του γκαζιού, ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί ως γεννήτρια και μετατρέπει την κινητική ενέργεια του αυτοκινήτου σε ηλεκτρική, φορτίζοντας την μπαταρία αντί αυτή η ενέργεια να χαθεί σε θερμότητα στα φρένα. Τρίτον, προσφέρει ομαλή εκκίνηση από στάση και γραμμική επιτάχυνση χάρη στη μεγάλη ροπή του ηλεκτροκινητήρα από τις χαμηλές στροφές, με πιο αθόρυβη λειτουργία σε χαμηλές ταχύτητες. Τέταρτον, σε αντίθεση με ένα καθαρά ηλεκτρικό αυτοκίνητο, δεν χρειάζεται εξωτερική φόρτιση από το ηλεκτρικό δίκτυο — η μπαταρία φορτίζεται αυτόματα από τη γεννήτρια που κινεί ο βενζινοκινητήρας και από την αναγεννητική πέδηση — διατηρώντας έτσι την πρακτικότητα της γρήγορης ανεφοδίασης με υγρό καύσιμο και μεγαλύτερη συνολική αυτονομία. Τέλος, ο έξυπνος συγχρονισμός των δύο κινητήρων από την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου γίνεται τελείως διαφανής για τον οδηγό, χωρίς αυτός να αντιλαμβάνεται την εναλλαγή ή το σβήσιμο/επανεκκίνηση του βενζινοκινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Χαμηλότερη κατανάλωση/εκπομπές, αναγεννητική πέδηση (ανάκτηση ενέργειας φρεναρίσματος), ομαλή/αθόρυβη εκκίνηση με μεγάλη ροπή, δεν χρειάζεται εξωτερική φόρτιση, μεγαλύτερη αυτονομία από καθαρά ηλεκτρικό