O projektu MESA PROJEKTNI KURIKUL MESA. Osnutek kurikula nastal ob izvajanju projektu MESA, OSNOVNI PODATKI

Transcript

1 PROJEKTNI KURIKUL MESA Osnutek kurikula nastal ob izvajanju projektu MESA, OSNOVNI PODATKI Naziv šole: Šolski center Nova Gorica Naslov: Cankarjeva 10, 5000 Nova Gorica Spletna stran: O projektu MESA Ideja o projektu MESA je nastala ob razpisu Leonardo da Vinci, v letu Na šoli stalno čutimo potrebo po ciljno, produktno usmerjenem in torej projektnem delu naših dijakov, kar bi jih bolje pripravilo na delov v industriji ali obrti. Priložnost smo torej zagrabili z obema rokama. V projekt smo želeli vključiti čim več strokovnih področij, v katerih izobražujemo na Šolskem centru Nova Gorica, zato smo za področje delovanja izbrali mehatronika v. Zaradi usmerjenosti projekta smo se ob tem povezali s sorodnimi partnerji iz tujine, Italije in Hrvaške. Partnerji v projektu: 1. Šolski center Nova Gorica, Slovenija, prijavitelj projekta, koordinator projekta, na šoli vzpostavljena ekipa, ki predela klasičen avtomobil Smart v avtomobil na električen pogon. 2. Licej uporabnih znanosti, G. Cardano, Pavia, Italija, partner v projektu, Prenos znanja in iz tega liceja na partnerje iz Slovenije in Hrvaške, na šoli vzpostavljena ekipa, ki predela klasičen avtomobil Smart v avtomobil na električen pogon. 3. Fundacija Le Vele, Pavia, Italija, partner v projektu, 4. Tehnička škola Pula, Hrvaška, partner v projektu, na šoli vzpostavljena ekipa, ki predela štirikolesnik Smart v vozilo na električen pogon.

2 Partnerja (šoli) iz obeh držav se ukvarjata z izobraževanjem na istih strokovnih področjih, kar je pomenilo, da smo se ukvarjali z istimi ali podobnimi strokovnimi problemi in jih tudi skupaj reševali. Kako smo bili povezani oz. kako smo sodelovali? Največ usklajevanja in reševanja lastnih in skupnih težav smo lahko opravili seveda v neposrednem stiku. Skupna srečanja vseh partnerjev so bila izpeljana: 1. Pripravljalno srečanje, december 2011, Nova Gorica 2. Skupno srečanje vseh partnerjev, Pavia, Italija, Skupno srečanje vseh partnerjev, Pula, Hrvaška, september Zaključno srečanje vseh partnerjev, Nova Gorica, Slovenija, oktober 2013 Poleg teh srečanj smo bili povezani preko aktualnih informacijsko komunikacijskih tehnologij, video konferenc, elektronske pošte, storitev Google+ in drugo. Razlaga nekaterih pojmov v projektnem kurikulu MESA Informativni in formativni učni cilji Informativni (materialni) cilji so, rečeno preprosto, vsebinski cilji. Vsak izobraževalni program mora dijake»opremiti«z ustreznim strokovnim, splošnim in poklicnim znanjem, zato se moramo tako na ravni priprave programa kot vsakokratne učne priprave vprašati, kaj je tisto, kar morajo dijaki obvladati. Gre za materialno osnovo izobraževanja. Poleg tega mora med izobraževanjem dijak razviti tudi vrsto veščin, spretnosti, metodoloških postopkov in podobno. Ker gre za oblikovanje dijakovih zmožnosti in rabo znanja v delovne in življenjske namene, govorimo o formativnih ali funkcionalnih ciljih. Usmerjevalni cilji in operativni cilji Operativni cilji so izraženi v obliki miselne ali motorične dejavnosti (operacije), ki jo izvede dijak in jo lahko učitelj neposredno preveri. Usmerjevalni ali splošni cilji pa so formulirani tako, da izražajo zmožnosti, vednost in držo, ki vodijo do kompetentnega delavca in državljana. Operativni cilji so oblikovani tako, da kažejo jasno uresničljivost, splošni pa v obliki principov, skladno s katerimi delujemo, ne da bi jih neposredno preverjali.

3 POKLICNA KOMPETENCA 1 Predelava klasičnega avtomobila s klasičnim pogonom (motorjem z notranjim izgorevanjem) v avtomobil z elektromotornim pogonom. S tem delom projekta so se operativno ukvarjali dijaki strokovnih področij avtoservisne dejavnosti, strojništva, logistike in elektrotehnike. V okviru projekta so pripravili projektne naloge, ki so jih uporabili kot gradivo za četrto izpitno enoto poklicne mature. Naloge so del tega gradiva, saj s svojim slikovnim materialom in konkretnim opisom dijakovega dela prispevajo k enostavnosti, razumljivosti in zanimivosti projekta. 1. Blaž Paravan, Logistični tehnik SSI, Predelava avtomobil z motorjem z notranjim izgorevanjem v električni avtomobil 2. Timotej Bagar, Strojni tehnik SSI, Predelava Smarta iz bencinskega na električni pogon 3. Tilen Prinčič, Avtoservisni tehnik PTI, Električni avtomobil-baterije 4. Grega Žvokelj, Avtoservisni tehnik PTI, Predelava avtomobila na električni pogon 5. Nejc Škarabot, Avtoservisni tehnik PTI, Predelava vozila na električni pogon 6. Rok Mavrič, Avtoservisni tehnik PTI, Električni avtomobil (vgradnja elektromotorja) 7. Nejc Zlobec, Elektrotehnik energetik PTI, Električna mobilnost v praksi INFORMATIVNI CILJI 1. Razume in pojasni bistvene razlike med motorjem z notranjim izgorevanjem in elektro motorjem, prednosti, slabosti, tehniške karakteristike, 2. Pozna različne tipe električnih motorjev in razlike med njimi 3. Pozna različne tipe električnih baterij in razlike med njimi, njihove lastnosti, zgradbo 4. Razume osnove električnih instalacij v avtomobilu 5. Razume delovanje zavornega servo sistema in potreb po zagotovitve podtlaka pri klasičnem in električnem pogonu, pozna različne tipe podtlačnih črpalk 6. Pozna različne sisteme ogrevanja potniške kabine pri klasičnem in električnem avtomobilu, njihovo delovanje, različne tipe ogrevanja glede na vir energije. Pozna razlike med njimi, način ogrevanje pred uporabo vozila, ko avto ne deluje, in med uporabo vozila, samo vožnjo. 7. Pozna materiale, ki se uporabljajo v avtomobilski industriji. 8. Pozna toplotno obdelavo gradiv in ve, kdaj in katero uporabiti

4 9. Pozna osnove oblikovanja in preoblikovanja materialov in ustrezne tehnologije (izdelava ustreznih prilagoditvenih nosilcev, škatel in drugih strojnih elementov za prilagoditev in vgraditev elektro pogona, baterij in drugih elementov) 10. Pozna program Autocad in konstruiranje z njim 11. Pozna CNC obdelovalne sisteme, pozna prenos tehnične dokumentacije na stroj v proizvodnji 12. Pozna pojme kot so homologacija, standardizacija, a testiranje, okoljevarstvene spodbude, subvencije, subvencionirana sredstva, skladnost delov in vozil, registracija električnega vozila, stroški, FORMATIVNI CILJI 1. Zna oceniti, kateri avtomobili so primerni za uporabo na elektro pogon in kakšne so njihove najpomembnejše lastnosti 2. Zna opraviti potrebno predpripravo in samo odstranitev motorja z notranjim izgorevanjem in ostale nanj vezane dele avtomobila iz avtomobila z motorjem z notranjim izgorevanjem 3. Zna opraviti potrebno predpripravo in samo odstranitev rezervoarja za gorivo iz avtomobila z motorjem z notranjim izgorevanjem 4. Zna opraviti potrebno predpripravo odstranitve ali prilagoditve električne instalacije, povezane z delovanjem motorja z notranjim izgorevanjem v avtomobilu 5. Zna izbrati ustrezen elektromotor za pogon avtomobila 6. Zna izbrati ustrezne baterije za hranjenje električne energije v avtomobilu 7. Zna opraviti potrebno predpripravo vzpostavitve električne instalacije, povezane z delovanjem električnega motorja v avtomobilu na električni pogon 8. Zna izbrati ustrezno vakuumsko (podtlačno) črpalko za zagotovitev podtlaka za delovanje zavor 9. Izbere ustrezen sistem za ogrevanje potniške kabine električnega avtomobila. 10. Zna izbrati materiale za izdelavo posameznih strojnih delov v avtomobilu. 11. Zna izdelati posamezne strojne dele v avtomobilu (nosilci, škatla za baterije, prirobnica za pritrditev elektromotorja, pesto za prenos navora ) 12. Zna toplotno obdelati posamezne strojne dele 13. VIRI: Tu objavljamo vire, iz katerih črpamo gradiva in znanje za doseganje informativnih in formativnih ciljev, obvladovanja poklicne kompetence.

5 POKLICNA KOMPETENCA 2 Postavitev samostojne fotovoltaične postaje s priključitvijo na javno električno omrežje S tem delom projekta so se operativno ukvarjali dijaki strokovnega področja elektrotehnike. V okviru projekta so pripravili projektne naloge, ki so jih uporabili kot gradivo za četrto izpitno enoto poklicne mature. Naloge so del tega gradiva, saj s svojim slikovnim materialom in konkretnim opisom dijakovega dela prispevajo k enostavnosti, razumljivosti in zanimivosti projekta. Klemen Svetina, Elektrotehnik energetik PTI, Mala fotovoltaična elektrarna TŠC INFORMATIVNI CILJI 1. Razume pomen obnovljivih virov energije, pozna različne vire obnovljivih virov 2. Razume zakaj sončne celice, pozna njihovo zgodovino, pozna cenovne razmere na trgu 3. Pozna vrste, lastnosti in delovanje sončnih celic 4. Pozna tipične in smiselne postavitve sončnih elektrarne 5. Razume delovanje električnega tokokroga pri proizvodnji električne energije v fotovoltaični postaji in prenos te v javno električno omrežje 6. Pozna mehaniko nosilnih elementov fotovoltaičnih panelov in način pritrjevanja na gradbene elemente 7. Pozna načine protikorozijske zaščite nosilnih elementov elektrarne FORMATIVNI CILJI 1. Zna izbrati optimalno mesto za fotovoltaično elektrarno in utemeljiti izbiro, opraviti meritve in izračunati donos take elektrarne 2. Zna izbrati ustrezne elemente elektrarne, sončne celice in ustrezne fotovoltaične panele, razsmernike 3. Opravi predpripravo za povezavo samostojne fotovoltaične postaje v javno električno omrežje 4. Zna izračunati nosilne elemente fotovoltaične elektrarne 5. Zna izdelati nosilce za elektrarno, jih ustrezno zaščititi in pritrditi na gradbene elemente DELA POTREBNA ZA IZVEDBO PROJEKTA IN DOSEGANJE POKLICNE KOMPETENCE

6 VIRI: Tu naštevamo vire, iz katerih črpamo gradiva in znanje za spodaj naštete učne vsebine, obvladovanje poklicnih kompetenc, VIRI (na koncu projektnega kurikula): 1. Priprava izvedbenega kurikula, CPI, Ljubljana,

7

8 ŠOLSKI CENTER NOVA GORICA LOGISTIČNI TEHNIK SEMINARSKA NALOGA PREDELAVA AVTOMOBILA Z MOTORJEM Z NOTRANJIM IZGOREVANJEM V ELEKTRIČNI AVTOMOBIL AVTOR: Blaž Paravan MENTOR: Miran Mozetič PROGRAM: Logistični tehnik NOVA GORICA, maj 2013

9 KAZALO VSEBINE KAZALO VSEBINE... KAZALO SLIK ELEKTRIČNI AVTOMOBIL Začetki električnega avtomobila Pozitivne in negativne lastnosti električnih avtomobilov Poraba in življenjska doba baterije PREDELAVA AVTOMOBILA Z MOTORJEM Z NOTRANJIM IZGOREVANJEM V ELEKTRIČNI AVTOMOBIL Predelava avtomobila na naši šoli Izbira pogonskega električnega motorja Izbira akumulatorjev oziroma baterij Izbira podtlačne črpalke za zavore Glavni napetostni odklopnik Gretje potniške kabine ZAKLJUČEK LITERATURA IN VIRI... 15

10 KAZALO SLIK Slika 1: Camille Jenatzy v svojem vozilu... 2 Slika 2: Menjalnik- Smart... 6 Slika 3: Zadnji del podvozja... 8 Slika 4: Polnilno mesto... 9 Slika 5: Turbinska črpalka in deli Slika 6: Grelec... 12

11 1. UVOD Seminarsko nalogo sem izdelal po nasvetu profesorja Mirana Mozetiča. Predlagal je, da v nalogi opišem predelavo bencinskega avtomobila v električnega in se hkrati navežem tudi na projekt z isto vsebino, ki poteka na naši šoli že od Gre za Projekt predelave avtomobila Smart. Ker dandanes na cesti videvamo ogromno avtomobilov, pa med njimi ni zaslediti veliko električnih, me je zanimalo zakaj je temu tako, kakšni so stroški predelave ter katera so vsa potrebna dela. Proizvajalci avtomobilov nas nenehno zasipajo s svojimi novostmi. Vsako leto pride na trg veliko novih avtomobilov, vendar v zadnjih letih nam proizvajalci ponujajo tudi tiste malo drugačne. Ker z avtomobili, ki za pogon uporabljajo bencinske ali dizelske motorje, onesnažujemo okolje, so nam proizvajalci ponudili kar nekaj avtomobilov, ki za svoj pogon uporabljajo alternativno gorivo. Eden izmed takšnih je tudi električni avtomobil. Vendar, če se malo ozremo po naših cestah. Ali smo že sploh videli kakšen električni avtomobil?

12 2. ELEKTRIČNI AVTOMOBIL Električni avtomobil je avtomobil, ki ga poganja električni motor. Vso energijo, ki jo potrebuje za delovanje, shranjuje v akumulatorski bateriji, katero je možno ponovno napolniti. 2.1 Začetki električnega avtomobila Čeprav nam je električni avtomobil znan kot novost, pa to ni. Njegova zgodovina namreč sega v leto 1835, ko je profesor Sibrandus Stratingh (Groningen, Nizozemska) oblikoval prvi električni avtomobil. V tem času sta bili Anglija in Francija državi, ki sta največ vlagali v razvoj takšnega koncepta. To se je vsekakor obrestovalo, saj je 60 let kasneje dirkač Camille Jenatzy z električnim avtomobilom postavil rekord: prebil je mejo 100km/h. S tem je začela naraščati priljubljenost avtomobilov na električni pogon, in v poznem 19. stoletju takšni avtomobili na cesti niso bili redkost. Slika 1: Camille Jenatzy v svojem vozilu (Vir: V primerjavi z avtomobili z bencinskim izgorevanjem so imeli električni avtomobili takrat kar nekaj prednosti: za zagon ni bilo potrebno navijati posebne ročice, električni avtomobil pa je bil tudi tih in v primerjavi z»bencinarjem«ni onesnaževal okolja.

13 Kljub vsem prednostim, ki so jih električni avtomobili imeli pred bencinskimi in sploh parnimi, so bili vseeno skoraj čez noč pozabljeni, zaradi množične proizvodnje izboljšanih bencinskih avtomobilov in odkritja enormnih količin nafte. Leta 2008 je na trg vstopil nov, ameriški avtomobilski proizvajalec električnih avtomobilov Tesla Motors, in zopet se je povečalo zanimanje za vozila z električnim pogonom. Po Tesli pa so k proizvajanju električnih avtomobilov pristopili tudi nekateri večji in znani avtomobilski proizvajalci. Ti so seveda videli priložnost za zaslužek, vendar menim da je razlog bil tudi v negativnih okoljskih spremembah. 2.3 Pozitivne in negativne lastnosti električnih avtomobilov Pozitivna lastnost električnih avtomobilov je vsekakor v tem, da je avtomobil narejen po ekološki usmeritvi. Če se bomo vozili s takšnimi avtomobili bomo prijaznejši do našega okolja, ki je iz dneva v dan bolj onesnaženo. Kot glavne slabe lastnosti lahko omenim: zmogljivost, baterije (polnjenje, cena) in ceno. Eden večjih problemov električnega avtomobila je v njegovi zmogljivosti. To je eden izmed dejavnikov, ki kupce odvrača. Pri negativnih lastnostih vsekakor ne morem tudi mimo baterije oz. akumulatorja. Baterija, ki je najpomembnejši del pri električnem avtomobilu, ni cenovno ugodna, zato tudi visoke cene teh vozil. Problem, ki se počasi rešuje, je tudi v času polnjenja baterij. Raziskovalci in znanstveniki dajejo tej»oviri«vedno večji poudarek. Eden večjih negativnih dejavnikov je vsekakor tudi cena avtomobila. Menim, da je prav cena tista, ki ovira ljudi pri nakupu takšnega avtomobila. Kot primer sem vzel trenutno enega najbolj dostopnih električnih avtomobilov na našem tržišču, Peugeot ion-a. Avtomobil je po velikosti primerljiv z majhnim Smartom, Renault Twingom ali katerim koli manjšim avtomobilom. Takšni avtomobili z bencinskim ali naftnim izgorevanjem v povprečju stanejo okoli evrov (EUR), električni Peugeot ion pa stane EUR. In če pomislimo kakšen avto z bencinskim izgorevanjem si lahko kupimo za takšen denar? Kupci tu odločajo med varovanjem okolja na eni strani in prestižem na drugi strani. Večina ljudi se še vedno raje odloči za slednjega. Ampak vseeno ne morem biti tako kritičen, menim, da je potrebno potrošnike tudi razumeti. Ta avtomobil je novost na našem trgu in vsak ni pripravljen odšteti EUR za električni avtomobil, ko pa dejansko sploh ne ve kako se bo obnesel v praksi. Slabo lastnost bi lahko predstavljal tudi zvok vozila, ki ga praktično ni. S tiho vožnjo bi se lahko povečala nevarnost za nesreče, predvsem v naseljih. Gledano z drugega zornega kota, pa je lahko tiha vožnja tudi dobra lastnost, saj bi s tem zmanjšali hrup v mestih. Ljudje bi se potem morali navaditi na to spremembo.

14 2.4 Poraba in življenjska doba baterije Eno polnjenje električnega avtomobila zadošča za približno 150 km vožnje, kar nas stane približno 1,5 EUR. Življenjska doba akumulatorskih baterij je primerljiva z zagonskimi akumulatorskimi baterijami, ki so vgrajene v avtomobile z notranjim izgorevanjem. To pomeni približno od 5 do 7 let. Življenjska doba akumulatorja je odvisna od različnih dejavnikov, kot sta na primer način vožnje in vzdrževanje baterij. Če bi baterija v električnem avtomobilu stala vsaj približno toliko kolikor stane zakonska akumulatorska baterija, sploh ne bi bilo problema. Problem je v tem, da so te baterije neprimerljivo dražje. S tem se pospešeno ukvarjajo razvijalci zato lahko v prihodnosti pričakujemo veliko zmogljivejše baterije, ki bodo z veliko serijsko proizvodnjo postale tudi cenejše. 3. PREDELAVA AVTOMOBILA Z MOTORJEM Z NOTRANJIM IZGOREVANJEM V ELEKTRIČNI AVTOMOBIL Navaden avtomobil z notranjim izgorevanjem lahko predelamo v električnega. Pri tem je zelo pomembno, da je vozilo čim lažje, saj lahko vanj namestimo manj zmogljiv akumulator. Pri predelavi niti ni pomembno ali je avtomobil star ali nov. Ko je avtomobil predelan, ga je potrebno ponovno homologirati. Pomembno je, da je avtomobil predelan v skladu s predpisi, saj lahko le z ustrezno predelavo zadovoljimo homologacijske predpise. Predelava avtomobila stane od do EUR. Cena je odvisna od tipa in starosti vozila, ter predvsem od nabavne cene akumulatorja. Če predelamo avtomobil z motorjem z notranjim izgorevanjem na elektriko, nam država nudi subvencijo v višini do EUR. Največji razliki med električnim avtomobilom in avtomobilom z notranjim izgorevanjem sta vsekakor: strošek vožnje in izpust strupenih plinov. Strošek vožnje je pri avtomobilu z notranjim izgorevanjem bistveno višji. Za razdaljo 100 km bomo porabili okoli 10 EUR, medtem ko zadostuje za prevoz tolikšne razdalje z električnim avtomobilom komaj 1 EUR. Poleg cene vožnje pa je še pomembnejše dejstvo, da električni avtomobil dejansko ne izpušča nobenih strupenih plinov v primerjavi z avtomobilom z notranjim izgorevanjem, ki v zrak spušča veliko strupenih plinov, škodljivih za okolje. Če primerjam akumulator v obeh avtomobilih, lahko vsekakor rečem, da je akumulator v električnem avtomobilu izrazito večji. Baterija, ki se uporablja za pogon električnih avtomobilov, je po velikosti približno enaka akumulatorju za električne viličarje. Poleg velikosti baterije, je tudi cena obeh neprimerljiva. Akumulatorji, ki jih uporabljamo v avtomobilih z motorjem z notranjim izgorevanjem stanejo med 60 in 100 EUR. Akumulatorji, ki pa jih uporabljamo v električnih avtomobilih pa stanejo od EUR dalje. Življenjska doba akumulatorja pa je pri obeh avtomobilih približno enaka, to je okoli 5 do 7 let.

15 Če torej povzamem, je baterija še vedno eden najpomembnejših dejavnikov v električnem avtomobilu saj predstavlja velik strošek. Električni avtomobil bolje izkoristi pogon, vendar ima omejen doseg. Kot sem omenil že zgoraj, z enim polnjenjem električnega vozila prevozimo okoli 150 km, z avtomobilom z notranjim izgorevanjem pa s polnim rezervoarjem goriva lahko prevozimo vsaj 500 km. 3.1 Predelava avtomobila na naši šoli Pri projektu predelave Smarta v električno vozilo na šoli lahko omenim, da je bil Šolski center Nova Gorica nosilec projekta, njegovi partnerji pa še Istituto Tecnico Industriale Cardano (Italija), Tehnička škola Pula (Hrvaška) ter Le Vele Pavia (Italija). Celotna vrednost projekta je , sredstva je prispevala EU, ki je namenila Motor je doniralo podjetje Letrika d.d.. Sodelujoči profesorji pri projektu so Miran Mozetič, Matjaž Marušič, Matjaž Zagorec, Aleksander Krpan, Simon Kragelj in ravnatelj Robert Peršič. Predelava avtomobila na bencinski pogon v avtomobil na električni pogon poteka treh korakih: Prvi korak je izbira vozila, ki najbolj ustreza pogojem električnega vozila. Med te pogoje se štejejo čvrsta karoserija, nizka teža in čim manjši čelni zračni upor. Na naši šoli so se zato odločili za Smarta, ki zadostuje vsem trem kriterijem. Drugi korak je odstranitev motorja in vseh delov povezanih s motorjem s notranjim izgorevanjem. Najprej moramo pregledati, kateri sklopi morajo biti odstranjeni. Za odstranitev motorja, moramo iz njega najprej izključiti vse povezave z avtom. Odstraniti moramo: vse povezave med menjalnikom in prestavno ročico, povezavo s sklopko (lahko je jeklenica ali hidravlična cevka), jeklenico za plin (ponavadi gre v zgornji del avta, pod zračni filter), vse vodne povezave s hladilnikom in radiatorjem za gretje kabine, vso električno napeljavo do motorja, cevko za podtlak (katera vodi do servo ojačevalnika za zavore), bencinske cevi ( katere vodijo v rezervoar za bencin) in pa seveda izpušno cev. Ko imamo vse ločeno od motorja, lahko motor navežemo na dvigalo. Motor je navadno pritrjen z tremi nosilci. Najprej odvijemo spodnji nosilec (nahaja se nekje na sredini avta). Z odstranitvijo tega nosilca motor še vedno stoji v avtu. Preden izvlečemo motor, pa je potrebno odstraniti še manšete na menjalniku (črne gumice v obliki harmonike, katere se nahajajo na pogonskih gredeh). Ker pa so pogonske gredi predolge, da bi jih enostavno staknili z dviganjem motorja, je potrebno odstraniti še prednja kolesa, ter odviti amortizer. Ko imamo odvit amortizer, pa moramo nagniti zavorni disk proti tlom. S tem smo izvlekli pogonske gredi iz menjalnika do te mere, da se bodo ob dvigovanju motorja same snele.

16 Nato odstranimo še zgornja dva nosilca in motor dvignemo iz avta. Po odstranitvi motorja se lahko lotimo nekoliko lažjih del. Potrebna je odstranitev hladilnika motorja, bencinskega rezervoarja, vseh dovodnih cevi, katere so nameščene za dolivanje goriva. Za pogon električnega avta pa potrebujemo menjalnik, na katerega bomo priključili električni motor. Zato moramo bencinski motor ločiti od menjalnika. Ko nam uspe ločiti je na strani motorja še košara z sklopko. Košaro moramo odpreti in iz nje vzeti sklopko, na katero bomo pozneje namestili sklopnik za električni motor. Ker se tekom vožnje z bencinskim motorjem zamasti in zamaže tudi menjalnik, je le tega pametno očistiti pred predelavo. Čistil je na trgu ogromno, zato moramo biti pri izbiri pozorni na to, da izberemo čistilno sredstvo ki ne škoduje gumi in plastiki. Na koncu pa še očistimo prostor za motor. Slika 2: Menjalnik- Smart (Vir: Šele nato sledi vgradnja strojnih in nosilnih delov za prilagoditev vozila na električni pogon. V tem koraku se naredijo in vgradijo nosilci elektro-motorja, nosilci baterij in podobno.

17 Tretji korak je elektrifikacija vozila, kar se odraža s vgradnjo elektro-motorja, krmilnikov, podpornih elementov in baterij. Te stvari bom opisal v nadaljevanju. 3.2 Izbira pogonskega električnega motorja Pri izbiri električnih motorjev in krmilnikov imamo več možnosti. Lahko si izberemo enosmerne ali izmenične motorje. Najpogostejši pogonski električni motorji so: enosmerni krtačni Dobre lastnosti: so eni cenejših motorjev in krmilnikov. Slabe lastnosti: slabši izkoristek, potreba po menjavi obrabljenih krtač, večja teža, slaba regeneracija ob zaviranju. enosmerni brezkrtačni Dobre lastnosti: dober izkoristek, nizka teža, regeneracija ob zaviranju, brez vzdrževanja. Slabe lastnosti: visoka cena, po mnenju nekaterih malo večja glasnost. izmenični asinhroni Dobre lastnosti: dober izkoristek, regeneracija ob zaviranju, brez vzdrževanja. Slabe lastnosti: visoka cena. Kot pri vsaki stvari, se tudi pri pogonskih električnih motorjih lahko odločimo oziroma pretehtamo kakšne so naše želje in finančne zmožnosti. Vedno pa je pametno preveriti tudi kvaliteto. Zgodilo se je namreč že, da podatki o motorju niso dosegali želenih rezultatov. Predvsem je potrebno biti previden pri nakupu motorja s trajnimi magneti. Tu se zaradi slabe kvalitete lahko trajni magneti razmagnetijo in s tem je motor neuporaben. Najlažji postopek preverjanja kvalitete in obnašanja motorja pa je pri obstoječih uporabnikih. Na šoli so se odločili da bodo v avto vgradili Iskrin AC pretvorbeni kit, ki vključuje 15kW (20KM) asinhroni električni motor in 400A AC krmilnik, katerega potrebujemo za regulacijo

18 obratov električnega motorja. Njegova najvišja hitrost je okoli 100 km/h. Za tak pretvorbeni kit je potrebno odšteti skoraj EUR. Slika 3: Zadnji del podvozja 3.3 Izbira akumulatorjev oziroma baterij Tudi pri baterijah imamo več možnosti. Kot prvo je priporočljiv zaprti tip baterij. To pomeni, da pri polnjenju iz baterije ne izhajajo strupeni plini. Pri uporabi odprtega tipa baterij je potrebno le-te montirati v posode s prezračevalnim sistemom oziroma zunaj potniškega prostora v motornem delu avta. Večina predelovalcev uporablja zaprti tip baterij. Tu pa imamo zopet kar nekaj možnosti: Prve so cenejše svinčene baterije. Delimo jih na dve najpogosteje uporabljene skupine: AGM - svinčena baterija z kislinskim tamponom GEL - svinčena baterija z kislino v obliki gela

19 Dobra stran te tehnologije je dokaj nizka cena, vendar ima posledično tudi nižjo življenjsko dobo, ter manjše število polnilnih ciklov, od dražjih baterij. Načeloma na teh baterijah ne potrebujemo nadzornih modulov (BMS), vendar pa z njimi nekoliko povečamo življenjsko dobo baterije. Ta tip baterij ima zaradi svinčene zgradbe zelo veliko težo in je zaradi tega potrebna tudi masivna konstrukcija za montažo v avtu. Vse to pa pripelje do tega, da v večini primerov zaradi velike teže, lahko registriramo predelano vozilo samo za dve osebi in ne več za pet kot pri bencinskem motorju. Druge so dražje Litijeve baterije: Dobra stran te tehnologije je nizka teža, visoke tokovne obremenitve, možnost hitrega polnjenja. Cena je v začetku nekoliko višja, vendar če pogledamo iz druge perspektive, se to malo porazdeli. Glede na to, da je teža veliko nižja imamo manjši strošek z montažno konstrukcijo. V primeru svinčenih baterij le-te menjamo dvakrat ali celo trikrat, za eno življenjsko dobo litijevih baterij. Prav tako imajo litijeve baterije večje število polnilnih ciklov. Še posebej velik plus za litijeve baterije pa je dobra temperaturna odvisnost. V vročih poletjih se svinčene baterije zelo hitro uničujejo in jim temperatura drastično zmanjša življenjsko dobo. Slaba lastnost litijevih baterij pa je, da so občutljive ja prekomerno polnjenje oziroma praznjenje. To pa pomeni da je nujen nadzorni sistem (BMS), zadevo nekoliko podraži. Slika 4: Polnilno mesto 3.4 Izbira podtlačne črpalke za zavore Ker pri električnem avtu nimamo več vakuuma direktno iz motorja, potrebujemo nek drug vir vakuuma za servo zavore. Zato potrebujemo električno vakuum črpalko.

20 Poznamo več vrst črpalk: Batne črpalke Membranske črpalke Turbinske črpalke Pri predelavah se pogosto uporabljajo membranske črpalke, katere so po večini kar glasne pri svojem delovanju. Zato se navadno pri tem tipu uporablja dušilec zvoka na izpušnem delu črpalke, kar pa dodatno zmanjša pretok zraka in posledično podaljša delovanje črpalke ob vsakem zaviranju. Vse pogosteje se pri predelavah pojavljajo turbinske črpalke, katere se pa že kar nekaj časa uporabljajo v avtomobilski industriji. Nekatera dizelsko gnana vozila tako črpalko uporabljajo, ker nimajo dovolj podtlaka proizvedenega iz motorja. Črpalko proizvaja podjetje Hella in imajo na tržišču dva tipa črpalke. Prva je UP28 in druga je UP30, katera je malce zmogljivejša, vendar tudi UP28 uspešno upravlja svojo nalogo. Take črpalke se najde v nekaterih Diesel modelih WV, Volvo in Seat. Ker je črpalka že izdelana za avtomobilsko industrijo, pri homologaciji ne potrebujemo dodatnih certifikatov. Ta tip črpalke je veliko tišji pri svojem delovanju, kot membranska oziroma batna črpalka. Za delovanje zavor ni dovolj samo črpalka. Za celotno delovanje potrebujemo rezervoar za vakuum, vakuumsko stikalo, nepovratni ventil, močnostni rele. Vezava vseh komponent je razvidna na sliki 5. Slika 5: Turbinska črpalka in deli (Vir:

21 Vakuumski rezervoar potrebujemo, za zalogo vakuuma, ker v tem primeru ne potrebujemo stalnega delovanja črpalke. Velikost rezervoarja je od 3 do 5 litrov. S tem si zagotovimo zalogo vakuuma za nekaj zaviranj. Ko v rezervoarju pade vakuum po določeno mejo, se vključi vakuumsko stikalo, katero vključi močnostni rele. Kontakti močnostnega releja pa poženejo vakuumsko črpalko, ki deluje dokler vakuum v rezervoarju zopet ne doseže želene vrednosti (nastavljene na vakuumskem stikalu). Cevko iz rezervoarja pa peljemo na servo zavorni boben. 3.5 Glavni napetostni odklopnik Za izklop oziroma za varnost pri električnem avtomobilu potrebujemo električni izklop napajanja baterij. Kar pomeni, da potrebujemo nek zelo močan rele, kateri z pomočjo elektromagnetne tuljave vključuje in izključuje dovod baterijske energije. V splošnem so si ti odklopniki med seboj zelo podobni, vsi namreč vključujejo in izključujejo napajanje. V praksi pa se med seboj razlikujejo v naslednjih specifikacijah: delovna napetost delovni tok napetost vklopne tuljave poraba vklopne tuljave dodatni pomožni kontakti Napetost vklopne tuljave je v večini primerov 12V. To napetost se definira glede na napetost osnovne električne instalacije v avtu (luči, radio, itd.) Ker je odklopnik med vožnjo vedno napajan z 12V, nam celo pot porablja energijo iz baterij, zato je pomemben tudi podatek, kakšna je poraba vklopne tuljave. Namreč manjša je poraba, večji bo domet avta. Seveda to niso zelo veliki tokovi, vendar vsak porabnik nekaj doprinese k zmanjšanju dometa. 3.6 Gretje potniške kabine Ker pri demontaži bencinskega motorja izgubimo tudi gretje notranjosti električnega vozila, si moramo tudi za to najti nadomestilo. Za to imamo kar nekaj možnih variant, katerih se lahko poslužujemo. Vse pa je zopet odvisno, od stroška, katerega smo pripravljeni odšteti za naše ogrevanje.

22 Lahko izberemo način pri katerem segrevamo vodo, katera se kasneje ohlaja v radiatorju, montiranem v armaturni plošči avtomobila. Z ohlajanjem radiatorja dosežemo segrevanje notranjosti potniške kabine. Ta opcija je lažja za izdelavo, saj pri tem koristimo že vgrajen radiator, katerega je avto koristil pri bencinskem motorju. Ima pa ta opcija več izgub. Prvo moramo segreti vodo na delovno temperaturo, ter jo nato še vzdrževati. Poleg tega potrebujemo še električno črpalko, katera vodo poganja po sistemu. Prav tako je tudi ta črpalka dodaten porabnik električne energije, ki nam zmanjšuje končni domet vozila. Za segrevanje vode lahko uporabimo različna goriva. Ker je naš avto električni, je ena od možnosti električno gretje vode. Odločimo se lahko za namenski grelec izdelan izrecno samo za električni avto in ga v Sloveniji izdeluje podjetje Intesi iz Slovenj Gradca. Grelec je veliko manjši kot bojler in služi istemu namenu. Ker ima grelec dodatno še elektroniko za krmiljenje, le-ta porabi manj energije za isti grelni učinek. Slika 6: Grelec (Vir: nd= ) Ker pa nam tudi električni grelec močno zmanjšuje končni domet avtomobila, se lahko odločimo za grelec na fosilna goriva. V tem primeru pač nismo več odvisni samo od elektrike,

23 pač pa tudi od fosilnih goriv. Ti grelci kar hitro segrejejo notranjost vozila, kar pa je še boljše, si lahko izdelamo še gretje baterijskega seta in z tem še podaljšamo domet v zimskem času. Slaba lastnost teh grelcev pa je visoka nakupna cena.

24 4. ZAKLJUČEK Ljubitelji znanstvene fantastike in okoljsko ozaveščeni ljudje so že doslej veliko govorili o električnih avtomobilih. najbolj vztrajni in inovativni pa so ta cilj že dosegli. Vozil, ki jih namreč namesto na bencinskih črpalkah za minimalne stroške napolnimo kar v domači garaži iz vtičnice, je tudi na slovenskih cestah vsak dan več. Tudi prvi serijski avtomobili so pri nas že naprodaj. Ob izdelavi seminarske naloge sem ugotovil, da sama predelava avtomobila na bencinski pogon v električnega ni tako zahtevna, so pa stroški predelave veliki. Kljub vsemu upam, da bo potekal razvoj električnih vozil v smeri zniževanja stroškov in tudi povečanja zmogljivosti akumulatorjev. S tem si bo tak avtomobil lahko privoščilo večje število ljudi, kar bo prispevalo tudi k manjšemu onesnaževanju okolja in s tem k čistejšemu svetu za nas, naše otroke in vse naslednje generacije.

25 5. LITERATURA IN VIRI 1. Mladina: Kratka zgodovina električnega avtomobila. [URL: t], 2. Motor. [URL: motor-15kw-s-kontrolerjem.html] 3. Subvencije. [URL: 4. Električni avtomobili. [URL: 5. Prednosti in slabosti. [URL: 6. Kaj potrebujemo. [URL: 7. Stanje. [URL: 8. Prvi koraki. [URL: 9. Smart. [URL: RTV SLO: So električni avtomobili avtomobili prihodnosti? [URL: Avto IN: Električni avtomobil. [URL: AVTOMOBIL%206] 12. Peugeot ion Peugeotov električni avto. [URL: Prednosti in slabosti hibridnih avtomobilov. [URL: x] 14. Wikipedia: Electric car.. [URL:

26 Seminarska naloga PREDELAVA SMARTA IZ BENCINSKA NA ELEKTRIČNI POGON Izdelal:Timotej Bagar Mentor: Igor Milost uni. dipl. inž. str. Šolsko leto: 2012/13 Razred: 4.ST Nova Gorica, IZVLEČEK V seminarski nalogi bom predstavil predelavo avtomobila iz bencinskega v električni pogon. Na šoli smo začeli predelovati avtomobil natančneje SMART FORTWO imeli smo predavanje na inštitutu Metron na Češnjici na Kropi, kjer predava in poučuje Andrej Pečjak, ki s svojo ekipo uspešno prenavlja in predeluje avtomobile je eden izmed najboljših in eden izmed vodilnih predelovalcev avtomobil v Sloveniji. V zadnjih letih je veliko povpraševanje po električnih avtomobilih, saj sta bencin in nafta vedno dražji, elektrika je ekonomična in hitro pridobljiva in tudi cenejša kot bencin in nafta.

27 KAZALO VSEBINE Kazalo vsebine 1. UVOD KAKO POTEKA PREDELAVA SMARTA NA ELEKTRIČNI POGON LASTNOSTI VOZILA PO PREDELAVI STROŠKI DELA PREDNOSTI IN SLABOSTI ELEKTRIČNIH AVTOMOBILOV PRED BENCINSKIMI SLABOSTI DELOVANJE PRIROBNICA PESTO ŠKATLA ZA BATERIJE PRERAČUN VIJAKOV NA NATEZNO OBREMENITEV PRERAČUN VIJAKOV NA STRIG ZAKLJUČEK LITERATURA... 24

28 KAZALO SLIK Slika 1 iskrin motor Slika 2 nameščena akumulatorska plošča Slika 3 iskrin motor vgrajen Slika 4 delovanje Slika 5 tehnična risba prirobnice Slika 6 prirobnica vgrajena na motor Slika 7 prirobnica narisana v narisu Slika 8 slika prirobnice na autocadu Slika 9 detail E Slika 10 Prerez B-B Slika 11 koordinate in premer lukenj na prirobi Slika 12 prirobnica zadnja stran Slika 13 prirobnica sprednja stran Slika 14 Menjalnik Slika 15 menjalnik Slika 16 postavitev Slika 17 krmilje elektromotorja Slika 18 karakteristika elektromotorja Slika 19 vgradnja motorja Slika 20mesto vstavitve motorja Slika 21 vgrajen motor Slika 22pesto nameščeno na elektromotor Slika 23 delavniška risba pesta Slika 24 Pesto narisano v autocad Slika 25škatla za baterije Slika 26 nosilec motorja Slika 27 nosilec v autocadu Slika 28pokrov motorja s releji in celicami Slika 29 visoko napetostna škatla Slika 30 hladilna rebra... 33

29 1. UVOD Električni avtomobili so se ponovno pojavili kot glavni odgovor na današnjo krizo. Kriza se poraja v obliki potrošnje goriva in čedalje višje cene le te, povečanega onesnaževanja zraka in ne nazadnje zaradi užitka v vožnji. Električno gnana vozila so se pojavila že pred vozili s notranjim izgorevanjem in so uspešno konkurirala do tridesetih let minulega stoletja. Kasneje so se pojavile težave v izgradnji in oblikovanju električno gnanih vozil pri vsakem večjem zapletu z dobavo nafte. Vozila gnana s električnim motorjem so veliko bolj učinkovita, bolje vodljiva in vsekakor nudijo veliko več užitka v vožnji kot katerokoli drugo vozilo. Dijaki Šolskega centra Nova Gorica so v Inštitutu Metron izvedeli nekaj podrobnosti kako se predeluje avto SMART FORTWO. Tokrat je cilj, da se fantje naučijo elektrificirati avto, ki bo kasneje služil šolskemu centru kot demonstracijsko in službeno vozilo. 2. KAKO POTEKA PREDELAVA SMARTA NA ELEKTRIČNI POGON Prvi korak je nakup vozila, ki najbolj ustreza pogojem električnega vozila. Med te pogoje se seštevajo čvrsta karoserija, nizka teža in čim manjši čelni zračni upor. Za to je najboljši avto SMART. Drugi korak je odstranitev vseh delov povezanih s motorjem s notranjim izgorevanjem in motorja, ter vgradnja strojnih in nosilnih delov za

30 prilagoditev vozila na električni pogon. V tem koraku se naredijo in vgradijo nosilci elektro-motorja, nosilci baterij in podobno. Tretji korak je elektrifikacija vozila, kar se odraža s vgradnjo elektro-motorja, krmilnikov, podpornih elementov in baterij. Slika 7 iskrin motor Slika 8 nameščena akumulatorska plošča DOMET(km) KONČNA HITROST(km/h) KAPACITETA CELIC (kwh) ČAS POLNITVE(h) Slika 9 vgrajen elektromotor (Letrika d.d.) 3. LASTNOSTI VOZILA PO PREDELAVI ,84 3,5

31 CENA VOŽNJE( /100km) NOMINAL. NAP.(V) MASA BATERIJ (kg) 1,1 59, STROŠKI DELA Cena predelave je , stroški homologacije so 176. Aktualni razpis EKO slada z naslovom Nepovratne finančne spodbude občanom za baterijska električna preko katerega je možno dobiti subvencijo za predelavo vozila na električni pogon v višini Šest mesečna garancija je na celotno prenovo avtomobila. 4. Prednosti in slabosti električnih avtomobilov pred bencinskimi Nižji stroški prevoza, vozila so tiha, manj obremenjujejo okolje, manj sestavnih delov, cenejši, udobje, zmanjšanje onesnaževanje zraka, saj nima izpušne cevi, in zato ne oddaja škodljive pline. Poleg tega lahko kot bodočo prednost dodamo tudi prednost proizvodnje električne energije, ki postaja vedno bolj lokalna (torej si bomo lahko energijo za napajanje naših električnih vozil proizvedli kar doma). Čedalje več električne energije pa je proizvedeno iz obnovljivih virov energije, kar pomeni, da vozila na električni pogon ne onesnažujejo okolja.

32 4.1 Slabosti Slabosti električnih avtomobilov so: doseg vozila je namreč omejen z zalogo energije, ki jo ima vozilo na voljo. Akumulatorji so težki in zavzamejo veliko prostora.( primer: za 500 kilometrov poti rabi avto 800 kilogramski akumulator). Težava je v vzdržljivosti. Akumulatorji imajo omejeno življenjsko dobo. Po izteku življenjske dobe jih je treba nadomestiti z novimi, stare pa reciklirati, kar je obremenitev za okolje. Polnjenje akumulatorja traja približno 3 ure. To težavo lahko rešimo le z zamenljivimi akumulatorji. 5. DELOVANJE Električni pogonski sistem je sestavljen iz vira električne energije (enega ali več), elektromotorja in krmilne elektronike, ki skrbi za optimalno delovanje obeh komponent. Kot vir električne energije se najpogosteje uporabljajo baterije oz akumulatorji. Elektromotor je samo eden (centralni), katerega navor se preko prestav in prenosnih mehanizmov prenese do pogonskih osi vozila, ki so nameščeni direktno na kolesih, tako da ni potreb po dodatnih mehanskih prenosih. Klasični električni pogon je enostaven in cenejši za vzdrževanje, saj ni menjave olja, svečk, filtrov, izpušnega sistema. Slika 10 delovanje

33 6. PRIROBNICA Prirobnice se uporabljajo za prenos moči med elektromotorjem in zobniško črpalko. Pri prirobnicah je pomembno za katero skupino zobniške črpalke gre ( skupina.1, Sk.2, Sk3...) in premer osi elektromotorja. Prirobnica je izdelana iz aluminijeve zlitine AlMgSi 1 ali pa po evropski označbi EN AW 6082 ( ki poleg aluminija vsebuje še magnezij in silicij). Luknje na prirobnici se izvede z CNC vrtanjem v stroj vpišemo koordinate točk lukenj kjer se točke nahajajo slika 11. Za nas so prirobnico naredili v Opremi ravne. Teža te prirobnice je 8 kilogramov. Minimalna natezna trdnost je 320N/mm2. Slika 11 tehnična risba prirobnice

34 Slika 12 prirobnica vgrajena na motor Slika 13 prirobnica narisana v narisu

35 Slika 15 detail E Slika 14 slika prirobnice na autocadu

36 Slika 16 Prerez B-B Slika 17 koordinate in premer lukenj na prirobi Slika 18 prirobnica zadnja stran

37 Slika 19 prirobnica sprednja stran Slika 20 Menjalnik 1 Slika 21 menjalnik 2

38 Slika 22 postavitev Slika 23 krmilje elektromotorja Slika 24, karakteristike elektromotorja

39 Slika 25, vgradnja motorja Slika 26, mesto vstavitve motorja Slika 27, vgrajen motor 7. PESTO Če je potrebna večja žilavost izdelka, ga izdelamo iz jekel, ki vsebujejo manjši odstotek ogljika, toda oplemenitena so z dodatkom molibdena (Č VCNMO 150). Ker so nižje

40 ogljična in ker molibden preprečuje krhkost, so ta jekla skoraj v vsem območju trdot bolj žilava od jekel, legiranih le s kromom. Ta jekla uporabljamo, kjer imajo večje prereze. Za posebno močno obremenjene dele so uporabna le jekla, ki so legirana dodatno še z nikljem ali manganom in vanadijem. To jeklo moramo še dodatno poboljšati, da dosežemo natezno trdnost od 1000 do 1150N/mm2. To pa naredimo tako, da jeklo segrejemo na temperaturo kaljenja okoli 900 C in nato gasimo v vodi ali olju, da izdelek s kritično hitrostjo ohlajamo in potem še pri visoki temperaturi popuščamo okrog 400 C. Slika 28pesto nameščeno na elektromotor

41 Slika 29 delavniška risba pesta Slika 30 Pesto narisano v autocad 8. ŠKATLA ZA BATERIJE

42 Slika 31škatla za baterije Slika 32, nosilec motorja Slika 33, nosilec v autocadu

43 Slika 34, pokrov motorja s releji in celicami Slika 35 visoko napetostna škatla Slika 36 hladilna rebra 9. PRERAČUN VIJAKOV NA NATEZNO OBREMENITEV

44 Trdnostno kontroliraj vijak, ki je pritrjen na ohišje motorja tako, da je natezno obremenjen. Ohišje motorja tehta 500kg. Vijak pa ima dimenzijo M8. Spada v trdnostni razred 4.8. in varnost je 1.5 m=500kg trd. Razred=4.8. ν=1.5 M8 Trdnostna kontrola A2=32.8mm = =, = = 213/, = = = 5000 =! = =152.4/2 < Napetost v vijaku je manjša kot dopustna napetost, to pomeni da vijak prenese obremenitev in ga ni potrebno zamenjati za večjega, ker bo obremenitev zdržal. 10. PRERAČUN VIJAKOV NA STRIG Preračunaj vijak ali zdrži strižno obremenitev d=16 ' = ' Tr=8.8 ν=3.2 ' =, = (. = 200/ ' = ) *,-*. ) * + = 1 = = ) /,0 =23217 ' =,-*. = 3/44+ =115.47/ ( ( Tudi v tem primeru bo vijak preračunan na strig zdržal, saj je ' manjši kot '.

45 11. ZAKLJUČEK Spoznal sem, da se bodo električni avtomobili vse bolj uporabljali v vsakdanjem življenju, samo delati je treba na tem, da bo vzpostavljena velikoserijska proizvodnja, ker če ne stanejo avtomobili veliko več, kot če jih bi bilo veliko in si jih povprečni državljan bi lahko privoščil. Naučil sem se tudi delati z programom AUTOCAD, saj je eden vodilnih sistemov 2D in 3D ustvarjanja in dobil dodatne znanja o uporabi in konstruiranju v tem programu. 12. LITERATURA Nekatere slike sem posnel sam med delom na avtomobilu v šolskih delavnicah.

46 Avtoservisni tehnik

47 Električni avtomobil-baterije Avtor: Tilen Prinčič Mentor: Miran Mozetič Program: Avtoserviser PTI NOVA GORICA, april 2013

48 Izvleček V seminarski sem na kratko opisal vrste baterij, karakteristike. Bolj podrobno pa sem opisal baterije, ki jih bomo vgradili mi. Ključne besede: Baterija Celica Energijska gostota Napetost Življenjska doba Domet Kapaciteta Polnjenje

49 Kazalo Uvod. str. 1 Vrste baterij..str. 2 Nekaj o posameznih baterijah.str. 3 Ni-Cd str. 4 Ni-Mh... str. 5 Li in Li-ion... str. 6 Baterije jih boo vgradili v naš avtomobil.str. 8 Tehnologija LiFePO4 akumulatorjev.. str. 9 Polnjenje LiFePO4 celic in akumulatorjev str. 10 Nadzor celic LiFePO4 BMS....str. 12 Varnost... str. 13 Literatura in viri.. str. 14

50 Kazalo grafov Tabela padca kapacitete in napetosti glede na obremenitev...str. 8 Graf polnjenja baterij..str. 10 Kazalo tabel Karakteristike..str. 7 Kazalo slik Slika 1 montaža zaboja str. 8 Slika 2 prostor zaboja..str. 8

51 Uvod Baterija je naprava, ki pretvarja kemično energijo v električno. Vsaka baterija je sestavljena iz ene ali več galvanskih celic. Glavna razlika med posameznimi tipi baterij je v materialih, ki so uporabljeni za anodo, katodo in elektrolit. Različni materiali dajejo baterijam različne lastnosti in tudi omogočajo polnjenje (ali ne polnjenje) baterij - le pri določenih vrstah uporabljenih materialov je namreč možno obrniti kemijski proces, ki poteka v bateriji pri praznjenju in jo tako napolniti. Pogonska baterija je glavni in najdražji del električnega vozila, njena napetost in kapaciteta pa tudi definirata vse ostale komponente. Svinčene baterije pridejo v poštev le za zelo lahka in počasna vozila s hitrostjo do 45 km/h najboljše pa so poltrakcijske deep cycle 1

52 Vrste baterij Ni-Cd akumulator (Nikelj-kadmijev akumulator) z nazivno napetostjo celice 1,2 V, Ni-Fe akumulator (Nikelj-železov akumulator) z nazivno napetostjo celice 1,2 do 1,9 V, Ni-MH akumulator (Nikelj-metalhidridni akumulator) z nazivno napetostjo celice 1,2 V, Li-Po akumulator (Litij-polimerni akumulator) z nazivno napetostjo celice 3,7 V, Li-Ion akumulator (Litijev akumulator) z nazivno napetostjo celice 3,62 V, Li-Fe-PO4 akumulator (Litij-železov-fosfatni akumulator) z nazivno napetostjo celice 3,2 V, Ag-Zn akumulator (Srebro-cinkov akumulator) z nazivno napetostjo celice 1,5 V, Zn-Brom akumulator (Cink-bromov akumulator) z nazivno napetostjo celice 1,76 V, 2

53 Nekaj o posameznih baterijah Alkalne baterije: baterije, ki jih najbolj pogosto uporabljamo in se ne dajo polniti. Običajno imajo cinkovo anodo, ogljikovo katodo in luznat elektrolit. Alkalne baterije, ki jih lahko polnimo so se pojavile v zadnjem času. Njihova zgradba (uporabljeni materiali) in lastnosti so podobne navadnim alkalnim baterijam. Napetostna krivulja praznjenja alkalnih baterij je zelo strma (skoraj linearna). Ko se baterija prazni pada njena napetost skoraj linearno. Take baterije zato niso primerne za digitalne fotoaparate, saj le-ti zahtevajo relativno visoko napetost za svoje delovanje. Alkalna baterija je zaradi tega že po nekaj urah (ali celo prej) uporabe v fotoaparatu zanj "prazna" (v resnici ni prazna - poskusi tako, da jo "sprazniš" v fotoaparatu in jo potem uporabiš v na primer walkmanu ali kakšni igrači). Pomanjkljivost alkalnih baterij, ki se lahko polnijo, je tudi v tem, da jih lahko napolnimo samo krat. NiCd: 3 Nikelkadmijeve baterije so baterije, pri katerih je anoda iz kadmija in katoda iz nikljevega hidroksida. Napetostna krivulja praznjenja NiCd baterij je precej bolj položna kot pri alkalnih in tako NiCd baterije obdržijo svojo nominalno napetost (oz. so zelo blizu le-tej) približno 2/3 časa praznjenja, potem pa napetost zelo strmo pade. Kot take so primerne za uporabo tudi v

54 digitalnem fotoaparatu. Napolnimo jih lahko nekje do 1000 krat. Težava NiCd baterij je edino, da so podvržene takoimenovanemu memory efektu. Če baterije ne izpraznimo v celoti, se pri naslednjem polnjenju ne bo več popolnoma napolnila. To se zgodi zato, ker se pri polnjenju NiCd baterije tvorijo nekakšni kristali, ki zavirajo kemijski proces generiranja elektronov pri praznjenju. Če se baterija ne izprazni v celoti, jih nekaj ostane in po naslednjem polnjenju jih je potem vedno več. Skratka, kakor se to ponavlja, se kapaciteta baterije manjša in baterija sčasoma postane neuporabna. Pri fotoaparatu je to kar problem, saj se v fotoaparatu baterija nikoli ne izprazni popolnoma. Je pa res, da obstajajo polnilci, ki baterijo najprej izpraznijo in šele potem napolnijo, kar v veliki meri (bojda ne popolnoma) izniči memory efekt. NiMh 4 Baterije so zelo podobne NiCd baterijam, le da je namesto kadmija za anodo uporabljena nekakšno kovinska zlitina. Napetostna krivulja praznjenja je zelo podobna tisti pri NiCd - torej položna. Večina proizvajalcev tudi trdi, da imajo NiMh baterije tudi do 40% večjo kapaciteto od enakih NiCd baterij (torej, da traja baterija 40% časa dlje kot NiCd). Napolnimo jih lahko pravtako približno 1000 krat. Obenem NiMh baterije nimajo memory efekta. Kot take (pa tudi zaradi ugodnega razmerja cena / zmogljivosti - niso kaj preveč dražje od NiCd) so najbolj primerne za digitalni fotoaparat. Njihova slabost je le morda relativno visoka stopnja samopraznjenja (baterija se prazni zaradi vlage v zraku in - sicer majhne - prevodnosti ohišja tudi ko ni v uporabi). Ta stopnja je za NiMh približno 2 do 3% na dan, tako, da jih

55 moramo ali uporabljati non-stop, ali jih napolniti neposredno pred uporabo. To pa pri digitalnem fotoaparatu itak ne bi smel biti problem. Za primerjavo, stopnja samopraznjenja alkalnih baterij je pribl 5% na leto, NiCd pa pribl. 1% na dan. Li in Li-ion 5 baterije so baterije, ki se pojavljajo predvsem v zadnjem času. Pri le-teh je anoda iz litija. Li baterije se ne dajo polniti, Li-ion pa so podobne baterije, le da jo lahko polnimo. Po značilnostih so podobne NiMh baterijam, imajo pa veliko večjo kapaciteto (po nekaterih virih 3 krat več kot NiMh). Težava je le, da so drage (nekajkrat dražje od NiMh). Obenem so bojda lahko zelo nevarne, saj litij v stiku z vodo reagira tako, da sprošča vodik, ki je vnetljiv in eksploziven, obenem pa je tališče litija menda nekje pri 180C in če pride do taljenja litija (kar se pri tako nizki temperaturi tališča kaj lahko zgodi) in stika s katodo se menda sprožijo zelo neugodne kemijske reakcije. Zadnje čase vse vec proizvajalcev uporablja za napajanje fotoaparatov prav takšne baterije (zaradi velike kapacitete).

56 6 Karakteristike Tip Energijsk a gostota Napetos t ene celice Življenjsk a doba (polnilnih ciklov) Čas polnjenj a Samo izpraznjevanj e (mesečno) Minimaln a napetost spominskeg polnjenja a učinka (na celični) Svinčen e Ni-Cd Wh/kg Wh/kg 2,4 V h 5 % 2,3 V? 1,25 V h > 20 % 1,25 V da Ni-MH Wh/kg 1,25 V h > 30 % 1,25 V Delnoma Ni-MH LSD Wh/kg 1,25 V h < 2 % 1,25 V Delnoma Alkalna Wh/kg 1,5-1,65 V h < 0,3 %? Li-ion Li-Po Wh/kg Wh/kg 3,7 V h 10 % 3,7 V ne 3,7 V h 10 % 3,7 V ne 7

57 Baterije, ki jih bomo vgradili v naš avtomobil Odločili smo se da bomo v naš električni avtomobil vgradili Li-Fe-PO4 akumulatorje. Akumulator sestavljajo 15 celic ki so medseboj vezane z zaporedno vezavo. Napetost vsake celice je 3,6 V. Nominalna napetost pa je 48 V. Vsaka celica je varovana s BMS(battery management system).polni se z 51,4 V z maksimalno močjo 3 KW, čas polnjenja je pa od 3 do 3,5 ur. Baterije bomo dali v aluminijast zaboj na mesto kjer je bil prej rezervoar. Zaboj bo vodno izoliran. Ker baterije ne smejo bit izpostavljene temperaturi pod 4stC v zaboju bo vgrajen še grelec. Domet pa od km Tabela padca kapacitete in napetosti glede na obremenitev 8

58 Slikaaprikazujeamontažoazabojaabaterij Slikaaprikazujeaprostorakjerasmoamontiraliazabojabaterij

59 Tehnologija LiFePO4 akumulatorjev Razvoj je pripeljal do odkritja LiFePO4 akumulatorjev, ki temeljijo na osnovni Li-ion kemijski tehnologije, kjer pa je kot katodni material uporabljen LiFePO4 (Litij - železov sulfat) namesto LiCoO2 (litij-kobalt dioksid), ali LiMn2O4 (litij magnezij oksida). V nasprotju z Li-ion akumulatorji so LiFePO4 akumulatorji izredno stabilni in varni. Tudi prenapolnjenost, kratek stik ali fizično poškodovanje ne more povzročiti eksplozije. Ti akumulatorji so tudi odporni na visoke temperature in njihovo področje delovanja sega do 400stC. Osnovne prednosti LiFePO4 tehnologije so varnost, zagotavljanje večjega števila ciklov polnjenj in praznjenj odpornost na visoke temperature. LiFePo4 akumulatorji, v nadaljevanju jih bomo imenovale LFP akumulatorji, postajajo vse bolj cenjena baterijska tehnologija, predvsem na področjih uporabe, kjer se od baterije pričakuje čim manjša teža,veliko število ciklov,hitro polnjenje in možnost praznitev z visokim tokom.

60 9

61 Polnjenje LiFePO4 celic in akumulatorjev LFP celice se lahko polnijo v načinu»hitrega polnjenja«napetostno področje praznjenja in polnjenja je med 2,0 in 4,0V po celici, različno pri različnih proizvajalcih, zato se držite navodil za uporabo, ki so priložena baterijam. Optimalni tok polnjenja je 0,3-0,5CA. Polnjenje baterij LiFePO4 poteka v dveh stopnjah. 1 stopnja: polnjenje s konstantnim polnilnim tokom 0,5CA, dokler baterija ne doseže maksimalne napetosti (običajno 4,0V) 2. stopnja: polnjenje z maksimalno napetostjo (4,0V) dokler tok ne pade pod 0,03CA, ko je polnjenje zaključeno Polnilni čas je običajno 2-3 uri, odvisno od tipa polnilca. Nekateri polnilci zaključijo polnjenje po 1. stopnji in deklarirajo baterijo napolnjeno cca 75% kot pripravljeno za uporabo. Za polnjenje LiFePO4 akumulatorjev svetujemo uporabo posebnih polnilcev, ki zagotavljajo režim polnjenja skladno z zahtevami proizvajalca akumulatorjev 10

62 LFP baterije se lahko polnijo pod 0,5CA Napetostno področje praznjenja in polnjenja je med 11,0 in 16V. Optimalni tok polnjenja je 0,3CA. 11

63 Nadzor celic LiFePO4 - BMS V primeru, da se baterija napolni nad ali izprazni pod predpisano napetost, se lahko poškoduje in uniči. Da bi preprečili tovrstne okvare, morajo biti celice nadzorovane in se mora pre-izpraznjenost in prenapolnjenost preprečiti. Temu je namenjen BMS (battery management system), ki ga skupaj s celicami nudijo tudi posamezni proizvajalci LIFePO4 baterij. V primeru, da je okvara celic-baterij posledica okvare BMS, proizvajalec ne priznava garancije, ter mora stroške nositi proizvajalec BMS. 12 Varnost Opravljenih je bilo vrsta testov glede varnosti pri uporabi LiFePO4 akumulatorjev. Navajamo nekaj testov, ki so bili opravljeni na baterijah Thunder Sky. Test pri nastanku kratkega stika.

64 Celica je bila pri temperaturi 20stC pri 90% napolnjenosti njene nazivne kapacitete izpostavljena zunanjemu kratkemu stiku za 10 minut. Celica ni eksplodirala ali povzročila ognja, lahko se pojavi dim Test vodo odpornosti Celica je bila pri temperaturi 20stC pri 90% napolnjenosti njene nazivne kapacitete potopljena v vodo za 1 uro. Ni prišlo do izlitja, celica ni eksplodirala ali drugače škodovala okolju Test ognjevarnosti Celica je bila pri temperaturi 20stC pri 90% napolnjenosti njene nazivne kapacitete postavljena v ogenj, dokler se ni upepelila. Celica ni eksplodirala. 13

65 Literatura in viri Internet ed=0ciubebywda&url=http%3a%2f%2fwww.eavto.si%2fkoristne- informacije%2f114-tehnologija-lifepo4- akumulatorjev&ei=gmczudqghcughqfan4gadq&usg=afqjcnfl0urlqgjrjgvsi_2a 1V7HOqFMXQ&sig2=bcpX6io_V0LYcjnXNpbiVQ&bvm=bv ,d.Yms

66 ŠOLSKI CENTER NOVA GORICA Strojna, prometna in lesarska šola STROKOVNI PREDMET PREDELAVA AVTOMOBILA NA ELEKTRIČNI POGON AVTOR: Grega Žvokelj MENTORJI: Miran Mozetič, Matjaž Zagorc, Aleksander Krpan PROGRAM: Avtoserviser tehnik-pti NOVA GORICA, april 2013

67 ZAHVALA: Zahvaljujem se mentorjem Miranu Mozetiču, Matjažu Zagorcu in Aleksandru Krpanu za pomoč,nasvete in strokovno podporo pri izdelavi te seminarske naloge. IZVLEČEK: Moja seminarska naloga vsebuje opis predelave vozila na električni pogon. V prvem delu sem prikazal zgodovino električnih vozil in njihovo vključevanje v javni promet in njihovo nekonkurenčnost v svetu. Glavna tema prikazuje opis demontaže Otto motorja in montaže elektromotorja v šolski delavnici, ter izdelovanje novo potrebnih nosilcev in drugih prilagoditev. KLJUČNE BESEDE: pesto, zgodovina električnih vozil, primerna vozila, Otto motor demontaža, prirobnica, sklopka, izdelovanje nosilca, montaža elektromotorja,

68 Kazalo 1. UVOD Zaželeni so naslednji pogoji: Nekaj primernih avtomobilov za predelavo na električni pogon : ZGODOVINA IN RAZVOJ ELEKTRIČNIH AVTOMOBILOV PREDELAVA SMARTA NA ELEKTRIČNI POGON Demontaža motorja z notranjim izgorevanjem in montaža električnega motorja Montaža celotnega sklopa menjalnika, prirobnice in elektromotorja ZAKLJUČEK VIRI:... 77

69 Kazalo slik: Slika 1: Kočija na električni pogon iz leta Slika 2: CityEL Slika 3: Twike iz švice Slika 4: Golf3 CITYstromer Slika 5: R5 elektric Slika 6: Izgled električnega vozila GM Slika 7: Zmečkana GM vozila Slika 8: Peugeot 106 na elektriko Slika 9: Toyota Pirius hibrit Slika 10: Smart ŠC NOVA GORICA Slika 11: Fotografija s celodnevnega predavanja Slika 12: Andrej Pečjak s sovoznikom Federicom Mlynarzickom Slika 13: Smart na dvigalu Slika 14: Odklop cevi hladilnega sistema (levo), odklop vse inštalacije z motorja(desno) Slika 15: Smart na dvigalu med demontažo Otto motorja Slika 16: Prikaz montaže motorja za načrtovanje nosilca Slika 17: Motor na mestu, a še brez nosilca Slika 18: Novi nosilec Slika 19: Pomožni nosilec Slika 20: Preverjanje skladnosti tranzmisija -prirobnica Slika 21: Lepilno sredstvo za vijake Slika 22: Prikaz vseh pogonskih delov... 76

70 1. UVOD Moja seminarska je nastala na podlagi predelave vozila na električni pogon. Menim, da imajo električna vozila, možnost velikega razvojnega napredka v prihodnosti, saj vsi vemo, da se naftni derivati dražijo in so s tem vedno bolj obremenjujoči za naše denarnice. To seminarsko sem si izbral, ker me to zelo zanima in bi rad v prihodnosti tudi sam predelal klasično vozilo v vozilo na električni pogon. Za električna vozila vemo, da so ekološko čista, ker v ozračje ne spuščajo nič škodljivih plinov, so ekonomična, tiha in na dolgi rok se nam investicija kmalu povrne in ne povzroča dodatnih stroškov, razen porabe elektrike za polnjenje baterij. Za predelavo avtomobila na električni pogon najprej potrebujemo primeren avtomobil. 1.1 Zaželeni so naslednji pogoji: Masa vozila naj bo čim manjša - s tem bomo dosegli boljše pospeševanje in posledično večji domet vozila. Vse hladilne reže za hladilnike otto in Diesel motorje je treba zamašit, ker ustvarjajo dodatni zračni upor. S tem dosežemo boljšo in ekonomično aerodinamiko. Koeficient zračnega upora(cw) naj bo pod Upoštevati je treba tudi druge upore kot je kotalni upor koles - priporočljivi so ožji kotalni plašči. Preden se za predelavo odločimo moramo vedeti ali ima avtomobil električni servo volan ali ročni volan. Hidravlični servo volan ni zaželen, ker bi morali povezati črpalko servo volana na elektromotor. Črpalka ustvarja dodaten upor elektromotorja in porablja električno energijo. Ta dodatni upor elektromotorja zmanjša moč in domet vozila. Avtomobil naj ima čim manj elektronike, katera nam bi pozneje ko bomo elektromotor montirali in povezali lahko povzročala težave in preprečevala delovanje samega menjalnika in elektromotorja.

71 1.2 Nekaj primernih avtomobilov za predelavo na električni pogon : Poznamo vozila, katera izpopolnjujejo nekaj zgornjih navedenih pogojev. Sem spadajo vozila manjših razredov in tipov, ker je pri njih zahtevnost predelave lažja. Smart fortwo -Roadster Fiat: Panda - Cinqucento - Seicento Punto Renault :twingo -Kangoo vw: Polo Up Dacia: Sandero Piaggio: porter

72 2. ZGODOVINA IN RAZVOJ ELEKTRIČNIH AVTOMOBILOV Zgodovina električnih vozil sega v leto Mihael Faraday je že leta 1821 dokazal, da je možno z elektromagnetizmom doseči centrifugalno vrtenje rotorja motorja. V letu 1836 so razvili Danielov člen. Leta 1859 so razvili svinčeni akumulator. Prvi avtomobil na električni pogon 1881 je razvil ter ga javnosti prestavil Gustave Trouvé. Še istega leta je Alphonse Faure izdelal in prestavil avtomobil s svinčenim akumulatorjem. Vir: Slika 37: Kočija na električni pogon iz leta 1888 Leta 1900 je bilo v Ameriki 38% avtomobilov, ki jih je poganjala elektrika. V New Yorku leta 1901 pa kar 50% takih avtomobilov. Leta 1912 proizvodnja električnih vozil doseže vrhunec. Tega leta so jih izdelali kar vozil. Od leta 1920 do 1940 se je zaradi udobnih bencinski motorjev in nizke cene goriva, proizvodnja električnih vozil zmanjševala in do leta 1990 skoraj šla v pozabo. Leta 1990 se je pričela zalivska vojna, ki je povzročila, da je cena nafte hitro naraščala.

73 Ekologi in okoljevarstveniki so začeli opozarjati na škodljive pline, ki nastanejo pri izgorevanju naftnih derivatov in s tem onesnažujejo ozračje. Naftna kriza in ozaveščanje ljudi o škodljivosti naftnih plinov, je povečalo naravo varstveno zavest ljudi. Ponovno se je pojavila ideja, da bi v avtomobile vgrajevali elektromotorje. V 1987 na danskem proizvajajo model miniel. Nekaj let kasneje 1994 so ta isti model izdelovali in prodajali pod imenom cityel v Nemčiji in sicer v mestu Würzburgu. Vir: Slika 38: CityEL

74 Ta čas se je v Švici izdeloval in razvijal Twike Vir: Slika 39: Twike iz švice Med letom razmišljajo o električnem vozilu tudi pri Volkswagnu in izdelajo Volkswagen Golf CitySTROMERjem, vendar proizvodnjo kmalu ustavijo. Izdelali so samo okoli 120 vozil. Slika 40: Golf3 CITYstromer VIR: citystromer.si Med letoma v Sloveniji proizvedejo dva prototipa Renault5 na električni pogon. Mira Zorič je bil vodja projekta. Pomagala mu je skupina inženirjev. To projekt so pripravili za slovensko podjetje Revoz, vendar z proizvodnjo tega avtomobila niso nikoli pričeli.

75 Slika 41: R5 elektric vir: Med letom 1996 in 1999 v Ameriki začne izdelovati General Motors Elektric Vehicle 1. GM EV 1 je prvi serijski proizvajalec električnih avtomobilov. Proizvedli so jih 1100 električnih avtomobilov. Proizvodnjo so ustavili zaradi pomanjkanja zanimanja. Te avtomobile so stranke imele v lasti izključno na lizing. Vozili so jih v mestih. Kupci so bili nad tem avtomobilom navdušeni, vendar General Motors v ta vozila ni vlagal in verjel. Ko se je v Ameriki politika spremenila je Genarals Motors vsa vozila zaplenil in jih dal za staro železo oziroma na avto odpad. Slika 42: Izgled električnega vozila GM

76 VIR: EV1.COM Slika 43: Zmečkana GM vozila VIR: EV1.COM Med letoma 1995 in 2005 so pri PSA Citroen Peugeot začeli razvijati avtomobil na električni pogon. Razvili so Peugeot 106 in Citroen saxo. Ta dva avtomobila sta imela domet do 650 km. Moč baterij je bila 120 voltov,100 AH pri 300 kilogramih baterij. Proizvedli so avtomobilov. Proizvodnjo so morali ukiniti, ker je evropska unija prepovedala uporabo nikelj kadmijevih baterij.

77 Vir: ELECTRIC.NET Slika 44: Peugeot 106 na elektriko Nekje od leta 2004 naprej razvijajo in predelujejo električne avtomobile le manjše avtomobilske delavnice, katere imajo zaposlene ljudi, ki jim je kreativno in inovatorsko delo v veselje in izziv. Te delavnice nikakor niso konkurenčne. Razvoj in dodelave na avtomobilih vzamejo veliko časa, denarnih sredstev in raziskovanje novih tehnologij. Pri tem delu tvegajo na svoj račun. Velika avtomobilska podjetja imajo v sklopu podjetja razvojna jedra, ki svoja predhodna znanja samo nadgrajujejo, uvajajo nove materiale in tehnologijo obdelave materialov za nove prototipe. Nove prototipe v teh razvojnih jedrih testirajo po v naprej določenih standardih. Velika podjetja sedaj razvijajo hibride, oziroma kombinirano delovanje elektro pogona z motorjem z notranjim izgorevanjem. Kmalu bodo pričeli proizvajati vozila samo na električni pogon, katera bodo prijazna okolju in učinkovita.

78 Vir: Slika 45: Toyota Prius hibrid

79 3. PREDELAVA SMARTA NA ELEKTRIČNI POGON Slika 46: Smart ŠC NOVA GORICA V šoli smo se odločili, da bomo predelali vozilo na električni pogon. Šola se je prijavila na razpis in za ta projekt dobila evropska sredstva. Kmalu za tem je šola kupila primerno vozilo za predelavo. To je Smart letnik Vozilo je registrirano na ŠC. S šolo smo obiskali predavanje mojstra Andreja Pečjaka, kateri je uspešno predelal že kar nekaj takih vozil in tudi drugačnih in ima s tega področja predelovanja veliko izkušenj pa tudi znanja.

80 Slika 47: Fotografija s celodnevnega predavanja Letos je Andrej Pečjak tudi sodeloval na avtomobilistični dirki z vozili na alternativna goriva v Monte Carlu. Dirka je potekala 3dni. Za skupno pot je porabil najmanj kilovatnih ur elektrike in s tem prepričljivo zmagal. Vozil je avtomobil Dacio Sandero, katero so pripravili v domači delavnici. Slika 48: Andrej Pečjak s sovoznikom Federicom Mlynarzickom vir:

81 3.1 Demontaža motorja z notranjim izgorevanjem in montaža električnega motorja Avtomobil sem postavil na dvigalo ter mu snel notranje tapete, zunanje zaščite motorja, zadnji odbijač in vezno steno. Slika 49: Smart na dvigalu Potem sem iz motorja spustil hladilno tekočino ter odklopil inštalacijo in dovod goriva z motorja. Motorno inštalacijo sem pustil kar na motorju. Slika 50: Odklop cevi hladilnega sistema (levo), odklop vse inštalacije z motorja(desno)

82 Na to sem pod motor podstavil voziček in dvigalo spustil tako, da se je motor naslonil na voziček. Odvil sem polgredi in nosilce motorja in menjalnika. Dvigalo sem počasi dvignil in motor je ostal na vozičku. Pri dvigovanju vozila sem pazil, da ne bi nastale morebitne poškodbe motorja in opreme na njem. Slika 51: Smart na dvigalu med demontažo Otto motorja Nato sem ločil inštalacijo motorja od inštalacije menjalnika in ločil menjalnik od motorja tako sem odvil povezovalne vijake. Nato sem menjalnik očistil s čistilnim bencinom. Potrebno je bilo izdelati nove nosilce za novi elektromotor. Slika 52: Prikaz montaže motorja za načrtovanje nosilca

83 Slika 53: Motor na mestu, a še brez nosilca Motor, prirobnico in menjalnik sem samo obesil na vozilo. Pomagal sem si z vrvjo. Uporabil sem L profil 50x50x5, ter ga zvil in oblikoval tako, da je sedel pravilno na prirobnico in motor držal v pravi liniji. Na nosilec (zelena puščica) sem privaril še dva manjša koščka (modri puščici) železa in sicer tako, da je sedlo na vijake na prirobnici in v njiju zavrtal izvrtine fija 9,5 mm. Na karoserijo sem ustrezno namestil dva gumijasta blažilca (rdeči puščici) in na njiju obesil nosilec z menjalnikom in električnim motorjem. Slika 54: Novi nosilec

84 Na prečnem nosilcu motorja in menjalnika sem moral narediti dodaten nosilec, kateri bo držal nosilec motorja, za to sem uporabil kvadratno jekleno cev 40x40, katero sem oblikoval tako, da je bila vodoravna na vozilo. Potreboval sem ravno površino za gumijast blažilnik. Pritrdil sem jo z dvema vijakoma (rdeči puščici prikazujeta lokacijo vijakov). Ko sem nosilce ustrezno lokaliziral, sem jih odvil z avtomobila in jih ustrezno zaščitil proti koroziji. Slika 55: Pomožni nosilec 3.2 Montaža celotnega sklopa menjalnika, prirobnice in elektromotorja

85 Slika 56: Preverjanje skladnosti tranzmisija -prirobnica Najprej sem preveril prirobnico, če se ujema z merami menjalnika, če vse izvrtine prav ustrezajo na menjalnik. Ugotovil sem, da polgred ne bo ustrezala na menjalnik, saj je prirobnica bila narejena narobe. Prirobnico sem moral odviti in jo dal mojstrom, da jo pravilno poreskajo na reskalnem stroju, da bo ustrezala obstoječim polgredem. Mojstri so odvečen del poreskali. Potem sem prirobnico z štirimi močnimi vijaki m12 privil na elektromotor. Na rotor motorja sem privil pesto sklopke ter vijak, ki drži pesto na ozobljenju in zaščitil proti odvitju tako, da sem vijak namazal z sredstvom proti odvijanju vijakov ter vijak stisnil na vso moč. Slika 57: Lepilno sredstvo za vijake Vir: Potem sem na pesto privil vztrajnik sklopke in sklopko s potisno ploščo. Na prirobnico sem privil menjalnik. Vse sem dobro stisnil in zaščitil pred odvijanjem, da pri kasnejši rabi avtomobila ne bi prihajalo do poškodb pogonskih elementov.

86 asinhronski menjalnik z avtomatskim prestavljanjem Prirobnica iz aluminija Elektro asinhronski Motor 15kw Pesto sklopke iz jekla Slika 58: Prikaz vseh pogonskih delov Motor in menjalnik sem montiral na novi nosilec. V menjalnik sem montiral polgredi in jih pritrdil na obstoječa mesta. Privil sem povezovalne vzvode mosta in vse skupaj dobro privil. V menjalnik sem nalil novo olje 75W/80. Porabil sem 1,4 litra olja. 4. ZAKLJUČEK: Za ta šolski projekt sem se odločil, ker me električna vozila zanimajo. Hotel sem sodelovati in si pridobiti potrebna znanja o avtu na električni pogon. Omogočeno mi je bilo, da sem pri tem projektu sodeloval in ga s svojim že pridobljenim znanjem in znanjem, ki so nam ga posredovali mentorji nadgradil. Ob predelavi vozila sam uspešno sodeloval in fizično izvajal prilagoditve, iskal nove ideje, komuniciral s sošolci in profesorji.

87 5. VIRI: 1 Jože Voršič: Zgodovinski razvoj električnih vozil od 1880 [URL: &url=http%3a%2f%2fwww.obnovljivi.com%2fpdf%2fpdf_obnovljivi_com%2furh_t5_5.vorsic_elektromobilnost.pdf&ei=p2dhufbljsiq4gspvihgbq&usg=afqjcngro4juwiggodnr QAr_7Z3eUDbj7w&sig2=f2mKcIaikn5zHEalLZ5VbQ&bvm=bv ,d.bGE&cad=rja ], Jure Gregorčič: Andrej Pečjak je s svojo električno dacio šokiral ekipo Tesle [URL: e_carlo_rally.aspx], Interno gradivo: Andrej Pečjak: Električna mobilnost v praksi 4. Smart [URL:

88 STROJNA PROMETNA IN LESARSKA ŠOLA PREDELAVA VOZILA NA ELEKTRIČNI POGON AVTOR: Nejc Škarabot MENTOR: Miran Mozetič PROGRAM: Avtoservisni tehnik NOVA GORICA, maj 2013 IZVLEČEK Ta seminarska naloga nastaja na podlagi električne mobilnosti, ter našega projekta; predelava bencinskega avtomobila Smart, na električni pogon. KLJUČNE BESEDE Elekrtično vozilo, podtlačna črpalka, grelec, električna vtičnica, potenciometer plina KEYWORDS Electric vehicle, vacuum pump, heater, electrical outlet, gas potentiometer

89 KAZALO 1 UVOD..1 2 ELEKTRIČNA MOBILNOST NEKOČ IN DANES Zgodovina električnih vozil.2 3 PROJEKT ELEKTRIČNI SMART GRETJE VOZILA Električni grelec SERVO ZAVORE POTENCIOMETER ZA PLIN VTIČNICE ZA POLNJENJE 12 8 ZAKLJUČEK LITERATURA IN VIRI.14 UVOD V tej seminarski nalogi bom opisal nekatere dele, iz avtoservisne stroke, brez katerih vozilo nebi delovalo pravilno, ali so potrebni za homologacijo vozila, brez katere registracija ni mogoča. Naštel bom možne izvedbe gretja in podrobneje opisal sistem, ki ga bomo vgradi v vozilo, ter mesto montaže. Nato bom navedel in opisal izvedbe in standarde električnih priključkov za polnjenje ter njihove prednosti in slabosti. Opisal bom tudi podtlačno črpalko,

90 podtlačno stikalo, njun namen in mesto montaže, potenciometer za plin, ter zakaj je potrebna njegova menjava. Slika 1: Smart pred predelavo na električni pogon 1 ELEKTRIČNA MOBILNOST NEKOČ IN DANES Zgodovina električnih vozil Električni avtomobili imajo že zelo dolgo zgodovino. Smatra se, da je prvo električno vozilo zgradil Robert Anderson s Škotske že 1839, kar se ni moglo primerjati s parnimi vozili, ki so križarila po cestah in tračnicah Anglije tisti čas. Med 1890 in 1910 sta izumitelja H. Tudor in T. Edison s pomočnikom Jungnerjem iznašla princip današnjega akumulatorja. Tudor je naredil svinčeni akumulator, Edison in Jungner pa iz niklja in železa. Te iznajdbe so omogočile izgradnjo električnega avtomobila. Tako je npr. The Pope Manufactoring Co. iz Hartforda (Connecticut, ZDA) v letu 1897 začel proizvajati električne avtomobile in v dveh letih proizvedel 500 avtomobilov. Leta 1902 je The Studebaker Brothers Manufacturing Company sestavljala celo pet različnih modelov električnih vozil. Že dve leti kasneje je imela kar tretjina vseh registriranih taksijev v New Yorku, Chicagu in Bostonu pogon s pomočjo baterij.

91 Slika 2: the Bersey taxi, najstarejši Londonski električni taksi 2 The Electric Vehicle Company je sestavljala tudi električne tovornjake in avtobuse, ki pa so bili zelo težki in niso mogli premagovati daljših oddaljenosti in že takrat so spoznali, da bi bilo za realizacijo kaj takega potrebno zgraditi črpalke za polnjenje izpraznjenih baterij. Toda v primerjavi z avtomobili na notranje izgorevanje električni avtomobil ni zaživel, saj je imel slabše vozne lastnosti. Zakaj tako, zgodovina ne navaja podatkov. Morda bi jih lažje politika in naftni lobij? Okoli leta 1910 pa je postalo jasno, da je zmagal avtomobil s pogonom na bencin in za naslednjih petdeset let so izumrle oz. bile tako ali drugače zatrte vse iznajdbe električnih pogonov. Velike težave z onesnaženostjo zraka in prva energetska kriza sta privedli do novih del na izpopolnitvah električnih motorjev. Leta 1967 je bil tovorniško sestavljen dvosed Ford Comuta, naslednje leto GM-ov GM-512, Renaultov štirised Mars II, ki je zmogel s polnimi dvajsetimi akumulatorji in s težo 840 kg prevoziti kar 181 km, je bil pa odraz uspešnih posameznikov in ni bil izdelan tovarniško.

92 Slika 3: Baterije v Renaultovem izvenserijskem modelu Mars ll 3 Vse večje težave z onesnaženostjo in naslednje energetske krize so dale vedeti, da prva ni bila zgolj slučaj, pač pa odraz ekonomskih zakonitosti na trgu ponudbe in povpraševanja. Proizvajalce so slednje prisilile, da začnejo razmišljati o novejših tehnologijah. Ker pa so bili takratni naftni lobiji še izjemno močni, so veliki razvoj tovrstnih vozil preložili za nekaj let in dovolili majhnim, da stopijo v ospredje. Tako je indijsko-ameriško podjetje leta 2001 predstavilo majhno električno vozilo REVA (v Evropi bolj znano kot G-Wiz) z dolžino 2,6 metra, dosegom 80 kilometrov in ceno dolarjev.

93 Slika 4: Polnjenje električnega vozila G-Wiz 4 PROJEKT ELEKTRIČNI SMART Za sodelovanju pri tem projektu sem se odločil, za spodbudo k manjšemu onesnaževanju okolja in uporabi modernejših obnovljivih virov energije. Pred začetkom projekta, smo odšli na izobraževanje v Češnjico pri Kropi, kjer ima delavnico Andrej Pečjak, ki ima veliko izkušen z predelavo vozila na električni pogon.

94 Slika 5: Izobraževanje pri Andreju Pečjaku Nato smo vozilo pripravili na vgradnjo električnega motorja, baterij in ostalih potrebnih komponent. Iz vozila smo odstranili sedeže, dele armaturne plošče, tapiserijo, rezervoar goriva, odbijače, motor z menjalnikom, hladilni sistem, akumulator in ostale dele ki jih moramo pri predelavi nadomestiti z drugimi ali so samo odvečna teža. Ta je pri električnem vozilu zelo pomembna. 5

95 Slika 6: Demontaža agregata z opremo Po demontaži vseh naštetih delov, smo po meri izdelali škatlo za baterije katero smo montirali baterije, jo nepredušno zaprli in vgradili na mesto, kjer je bil montiran rezervoar. Nato smo montirali še podtlačno črpalko za ojačitev zavornega učinka in potenciometer za plin, naredili nosilec za motor, motor spojili z menjalnikom in ga montirali na mesto. 6

96 Slika 7: Elektro motor vgrajen v vozilo Slika 8: Menjalnik, prirobnica in elektro motor 7 GRETJE VOZILA

97 Če želimo električno vozilo homologirati za registracijo, moramo urediti tudi gretje vetrobranskega stekla, za odstranjevanje zamegljenosti v hladnejših dneh. Ta problem najlažje rešimo z električnim grelcem vode, ki ga priklopimo direktno na pečico za gretje, vendar je njegova cena izjemno visoka. Dobra rešitev je tudi vgradnja bencinskega ali dizelskega grelnika - webasto. Prednost le tega je da nam ne porablja električne energije in s tem krajša dometa vozila. Slika 9: Dizelski Webasto Slika 10: Električni grelec vode 8 Električni grelec V našem primeru bomo v vozilo vgradili električni grelec. Taki grelci so vgrajeni veliko novejših vozil, da deluje gretje kabine tudi pri mrzlem agregatu. Dobre lastnosti tega grelca so; da je izvedba zelo lahka (teža je pri električnem vozilu zelo pomembna), izredno majhna (lahko ga vgradimo na mesto originalne pečice), in prične oddajati toploto takoj ko ga prižgemo.

98 Slika 11: Grelec vgrajen v tok zraka Obstajajo različno močni grelci. Za odroševanje vetrobranskega stekla je dovolj manjši 200W grelec, za gretje celotnega potniškega prostora, pa potrebujemo grelec moči 800W do 1200W. Slabost teh grelcev je, da potrebujemo dodaten DC-DC pretvornik, za pretvarjanje visoke napetosti na 12V, kar pomeni dodaten strošek, ter da nam ob delovanju porabi veliko električne energije in s tem bistveno skrajša domet vozila. Slika 12: Električni grelec iz novejših vozil 9 SERVO ZAVORE Servo zavore pri običajnem vozilu z motorjem na notranje izgorevanje, delujejo na princip podtlačnega bobna, ki je s cevjo povezan na sesalni kolektor. Tako nam podtlak iz sesalne cevi pomaga povečati silo pri zaviranju. Ker elektro motor nima sesalnega sistema, potrebujemo za ustvarjanje podtlaka podtlačno črpalko. Slika 13: Podtlačna črpalka

99 Črpalko smo vgradili v prostor za sprednjim odbijačem in jo z plastično cevjo povezali z podtlačnim servo ojačevalnikom. Izdelali smo aluminijast nosilec, ga prebarvali, prikovali na šasijo avtomobila in preko gumijastih nosilcev nanj privijačili črpalko. Da črpalka nebo delovala tudi ko podtlaka ne potrebujemo, smo med črpalko in ojačevalnik zavornega učinka vgradili še podtlačno stikalo, ki črpalko izklopi ko je ne potrebujemo in nepovratni ventil, da bo vakuum ostal v cevi tudi ko črpalka nebo delovala. Slika 14: Podtlačna črpalka na električnem vozilu 10 POTENCIOMETER ZA PLIN Da nam bo motor odzival glede na pritisk stopalke za plin, moramo pod njo montirati potenciometer. Žal ne moremo uporabiti standardnega potenciometra iz bencinskih vozil, ker nima prave upornosti (1,2-1,7 kohm). Uporabimo lahko le industrijske potenciometre, ki imajo spremenljivo upornost 0-5 kohm. Slika 15: Potenciometer Colvern LM10 Za potenciometer smo izdelali aluminijast nosilec ga pritrdili pod stopalko, nanj pa privili potenciometer.

100 Slika 16: Potenciometer vgrajen na stopalko plina 11 VTIČNICE ZA POLNJENJE Ker se električna vozila polnijo predvsem preko električnega omrežja, moramo vgraditi tudi ustrezno vtičnico. Obstajajo trije pomembnejši standardi: Ameriški SAE J11772, japonski CHAdeMO, ki so ga sprejeli pri Mitsubishiju, Nissanu in Subaruju ter Mennekes, ki bo do leta 2017 postal glavni standard v vseh evropskih državah.

101 Slika 17: Polnilna vtičnica standarda Mennekes Najbolj racionalna je montaža navadne 3 polne vtičnice za izmenično napetost ali 5 polne za trifazno napetost. Vtičnico vgradimo na meso, kjer se je nahajala vlivna cev za gorivo. 12 Slika 18: Vgradnja vtičnice ZAKLJUČEK V seminarski nalogi sem želel na kratko predstaviti šolski projekt, ki se na prvi pogled zdi enostavnejši kot v resnici je in nekatere podrobnosti, ki so za pravilno delovanje veliko pomembnejše kot so videti. Pokazal bi rad tudi, da lahko z majhnimi koraki pomagamo pri zmanjšanju onesnaževanja zraka in s tem ohranjanju naravnega okolja.

102 Slika 19: Andrej Pečjak in skupina iz projekta Električni Smart 13 LITERATURA IN VIRI 1. Andrej Pečjak: Električna mobilnost v praksi

103 ŠOLSKI CENTER NOVA GORICA STROJNA, PROMETNA IN LESARSKA ŠOLA SEMINARSKA NALOGA PRI PREDMETU ELEKTRIČNI AVTOMOBIL (VGRADNJA ELEKTROMOTORJA) AVTOR: Rok Mavrič

104 MENTOR: Miran Mozetič, Aleksander Krpan PROGRAM: Avto servisni tehnik PTI IZVLEČEK : NOVA GORICA, april, 2013 Elektromotor, avtomobil, elektrika: Za zaključni izpit vam bom predstavil vrste elektromotorjev, katere lahko vgrajujemo v avtomobile, njihove karakteristike, zmogljivosti, ter krmilnike teh motorjev. Predstavil vam bom tudi vgradnjo elektromotorja v naš avtomobil smart. ABSTRACT : Electric,car,electricity: For the final exam I will introduce types of electric motors, which can be installed in cars, their characteristics, capabilities, and controls of the eletric engine. I also present the installation of an electric motor in our car smart. KAZALO : 1. UVOD ELEKTROMOTORIJ DC motorji (istosmerni) AC motorji (izmenični) Opis in delovanje Adapterska plošča Slika Letrikinih komponent VGRADNJA ELEKTROMOTORJA demontaža vozila izdelava nosilca in vgradnja elektromotorja ZAKLJUČEK 17

105 5. LITERATURA IN VIRI...17 KAZALO SLIK: -(1.slika) DC elektromotor 5 -(2.slika) Zgradba preprostega elektromotorja...5 -(3.slika) Vodno hlajen asinhronski motor 7 -(4.slika) Zgradba 7 -(5.slika) Slika vezave.8 -(6.slika) Graf izkoristka 8 -(7.slika) Elektromotorji in prirobnice...9 -(8.slika) Avtomobil pred začetkom dela.11 -(9.slika) Demontaža bencinskega motorja (10.slika) Demontiran avtomobil.12 -(11.slika) Elektromotor in prirobnica..13 -(12.slika) Sestavljen pogonski sklop (13.slika) Provizorično montiran elektromotor (14.slika) Nosilec elektromotorja 15 -(15.slika) Stopalka za plin z potenciometrom.16

106 1.UVOD V seminarski nalogi vam bom predstavil elektromotorje ki se jih vgrajuje v avtomobile. Takšen projekt smo tudi mi na naši šoli izvedli. V avtomobil Smart, katerega je poganjal beninski turbo motor smo vgradili 15-kW Letrikin elektromotor. To smo storili tako da smo najprej iz avtomobila demontirali celoten motor z menjalnikom in pol osovinami. Odstranili smo vse kar bo pri električnem avtomobilu neuporabno in v odvečno breme kot na primer hladilni sistem motorja, rezervoar za gorivo, klasični avtomobilski akumulator.. itd. S tem smo pridobili tudi na prostoru, škatlo za baterije smo tako vgradili na isto mesto kjer je bil prej rezervoar, vakuumsko črpalko, katero potrebujemo, da nam ustvarja podtlak za ojačevalnik zavornega sistema pa smo vgradili v sprednji del vozila, kjer je bil prej hladilni sistem. Posebnost te predelave vozila pa se skriva prav v motorju in menjalniku, saj v naši izvedbi električnega vozila obdržimo originalen smartov TIP tronic menjalnik in sklopko vozila, upravljanje vozila je tako običajno kot pri prejšnji bencinski izvedbi, razlika je samo v stopalki za plin, saj namesto te vgradimo stopalko s potenciometrom. Namesto bencinskega motorja pa bomo preko posebne prirobnice, katera je bila posebno izdela prav za ta avtomobil v inštitutu Metron, elektromotor ter menjalnik spojili v celoto. Poleg vseh naštetih novih komponent pa potrebujemo še krmilnik, kateri krmili elektromotor, napajalnik, da baterije sploh preko polnilne postaje napolnimo, BMS (battery manegment system) za nadzor celic v bateriji, ki je po navadi povezan z napajalnikom in še veliko drobnih elementov kot na primer varovalke, releji, odklopna stikala, priključek za polnjenje in pa seveda tudi vsa električna napeljava. Za ta projekt smo se odločili predvsem ker nam to predstavlja nek izziv, saj se ta tehnologija še razvija in je ne srečamo veliko na tržišču. Zaradi pa vedno višjih cen naftnih derivatov pa je povpraševanje vedno večje, in se to zelo hitro razvija kljub velikih cen ki se pojavijo pri predelavi vozila. A prednosti takega vozila pa so kar velike naprimer da z 1,50 eur naredimo

107 od 60 do 140 km, da je na takem vozilu zelo malo vzdrževanja oz. skoraj nič in tudi nič je emisij v ozračje, in še in še.. V moji seminarski nalogi pa vam bom opisal predvsem el. motorje ter vgradnjo tega na vozilo. 2.1ELEKTROMOTORJI 2.2 DC motorji (istosmerni) Motorji in krmilniki na istosmerno napetost se trenutno vgrajujejo le v skuterje in lažja vozila, po ZDA pa še vedno kroži dosti dokaj zastarelih krtačnih DC motorjev večjih moči ( kw). Iz ZDA lahko naročite krtačne motorje, vedite pa, da bo cena zaradi transporta in dajatev narasla za 20-30% in da avta NE BOSTE MOGLI HOMOLOGIRATI, ker noben avtomobilski krtačni motor ne zadosti ECM certifikaciji.

108 -(1.slika) DC elektromotor -(2.slika) zgradba preprostega elektromotorja 2.3 AC motorji (izmenični) Trenutno obvladujejo trg trofazni asinhronski motorji predvsem zaradi tega, ker jih uporabljamo v industriji že več kot 100 let in je zato tehnologija zelo razvita. Zelo znan je tudi asinhronski motor, ki poganja Teslo (AC Propulsion), seveda pa je ta cenovno daleč od sprejemljivosti (25000 s kontrolerjem vred). Vedno bolj pa se zaradi boljših izkoristkov uveljavljajo sinhronski motorji s permanentnimi magneti, vendar je zanje regulacija bistveno zahtevnejša. V Sloveniji imamo nekaj zelo dobrih proizvajalcev in razvijalcev sodobnih motorjev, od katerih je nekatere že mogoče kupiti. Stoja d.o.o., Miro Zorič Kateri nabavlja elektromotorje za motorna vozila in sier kw vodno hlajene asinhronske motorje, a žal jih trenutno ne prodaja. Enstroj Roman Sušnik, kateri nabavlja sinhronske motorje za letala motorji kw. Iskra Avtoelektrika (sedaj Letrika) Nova Gorica Edini proizvajalec, ki motorje in kontrolerje proizvaja serijsko AC motorji in kontrolerji so do 80V in do 15 kw Motorji so že na voljo (15 kw), 400 A krmilnik v kompletu pa bo kmalu (cca 2400 EUR+DDV). Iskrin motor dobro deluje tudi s Curtis krmilnikom celo na napetosti 100 V in takrat razvije 30 kw in 200 Nm navora. Krmillnike lahko nabavite preko Metrona. Koda motorja Iskra je AMV7122. Za Letrikine motorje in kontrolerje dobite tudi EMC certifikat, ki je nujen pri homologaciji.

109 Agnimotors (ZDA) kateri proizvaja elektromotorje DC do 80V. Curtis ameriški proizvajalec motorjev in kontrolerjev. Kontroler Curtis 1238 zmore 550A in do 110V napetosti ter se uporablja za trofazne asinhrone motorje(2000 ).Naročimo jih pa lahko kar pri metronu ( gospod Pečjak ) BRUSA - Švicarski proizvajalec motorjev in kontrolerjev srednjih in velikih moči, slabost je visoka cena in slaba komunikativnost s posamičnimi kupci Izdelujejo komplete motor/krmilnik od 40 do 120 kw, cena je od dalje. Izbira napetosti: Višja napetost = manjši tok za isto moč Do 60V (maksimalno!) se obravnava kot klasa A nizkonapetostni el.sistem NE SKUPNE MASE (med VN baterijo in karoserijo)! Nad 300V DC velika nevarnost obloka in višja cena komponent Uporaba izoliranega orodja (Unior) Označba VN vodov nad 60V (oranžna za plus in minus!) Nad 500V komponente niso serijske 2.4 opis in delovanje Prve asinhronske elektromotorje sta razvila Nikola Tesla in Galileo Ferraris že v letih Asinhronski motorji so danes uporabljeni za večino električnih pogonov. Pri njih vrtilna hitrost rotorja pada z obremenitvijo (mehka karakteristika). Razlika med vrtilno hitrostjo rotorja in vrtilno hitrostjo magnetnega polja se imenuje slip in se po navadi izraža v procentih. Ti motorji so zmožni kratkotrajno prenesti velike preobremenitve (cca. 3krat večje od nazivne mehanske obremenitve, posebne izvedbe tudi nekoliko več). Upoštevati moramo to da z višjo napetostjo kot jo damo motorju je manjši tok za isto moč. Do 60V se obravnava kot klasa A nizkonapetostni el. Sistem. Nad 500 V pa komponente niso več standardne za vgradnjo in se cena teh krepko poveča že pri nad 300V napetostnih komponent. Zato moramo zbrati eno vmesno napetost za delovanje nekje do maksimalno 300V je priporočljivo. Ti elektromotorji so tudi občutljivi na pregrevanja, nekateri elektromotorji so zato tudi tekočinsko hlajeni, naš Letrikin motor pa nima hlajenja razen zračnega, zato mu bomo tudi mi dodali nekaj hladilnih reber, in mu bomo s tem za nekaj izboljšali hlajenje. Pazili bomo na to da tudi da ga bomo vgradili čim nižje in bomo s tem omogočili čim večji zračen tok mimo motorja.

110 -(4.slika) zgradba -(3.slika) Vodno hlajen asinhronski moto Takšni motorji imajo do 89,9 % izkoristek kot je prikazano na sliki (6.slika), kar je bistveno več kot pa pri bencinskih motorjih kateri imajo izkoristke do 40%. Elektro motor pa ga vežemo na krmilnik, saj ta krmili naš motor in vse ostale komponente ki so v vozilu, kot je prikazano na sliki (5.slika).

111 -(5.slika)Slika vezave -(6. Slika) Graf izkoristka

112 2.5 Adapterska plošča ali prirobnica Motor navadno vgradimo preko adapterske plošče na menjalnik in uporabimo pri tem kar vztrajnik in sklopko vozila, ki ga predelujemo. Direktna vgradnja motorja je tudi možna, vendar zelo podraži predelavo zaradi drugačne konstrukcije, obenem pa zmanjša naše možnosti, da bomo uspešno prešli homologacijski postopek. Adapterska plošča najbolj primerna če je iz aluminija, da ne po nepotrebnem večamo mase vozila. Paziti moramo tudi na to, da je os, ki gleda iz menjalnika uležajena v menjalniku in ne v gredi motorja. Adaptersko ploščo in prirobnico lahko naredite sami v dobri delavnici za obdelavo materialov, naša šola pa se je odločila da ploščo naroči v inštitutu METRON. Za naš avtomobil je bila adapterska plošča že sprojektirana z vsemi potrebnimi podatki in merili. V nasprotnem primeru kolikor risbe oz študije za vaš avto še nimajo, je taka plošča zelo zanemarljiv strošek. -(7.slika) elektromotorji in prirobnice

113 2.6 Slika Letrikinih komponent Prav takšen motor in krmilnik pa je naša šila izbrala ze naš električni avtomobil. To je Letrikin elektro motor ki razvije moč do 15 kw.

114 3. VGRADNJA ELEKTROMOTORJA 3.1. Demontaža vozila

115 -(8.slika) avtomobil pred začetkom dela Našo ekipo smo sestavljali 4 avtoservisni tehniki, kateri smo imeli nalogo da iz avtomobila demontiramo motor, rezervoar, in vse ostale dele ki ne bojo več uporabni pri električnem avtomobilu. Najprej smo se odločili da bomo iz avtomobila odstranili beninski motor in celoten prenosni sistem avtomobila, Ker ima smartov avtomobil motor pod zadnjim prtljažnikom je bila to dokaj lahka naloga, od motorja smo samo odklopili vso električno inštalacijo, cevi hladilnega sistema, cevi goriva, ter polosovine. Nato smo celoten motorni sklop sneli z vozila tako da smo odvili vijake nosilcev motorja. Iz avtomobila smo odstranili tudi sprednji in zadnji odbijač, saj nas je ta oviral pri delu.

116 -(9.slika) demontaža bencinskega motorja Odstranili smo tudi vso notranjost vozila, saj bi nas obloge v vozilu motile pri nameščanju nosilcev za baterije, in namestitvi električne inštalacije. To smo storili tako, da smo najprej demontirali oba dva sedeža, in nato še oblogo, baterijo avtomobila ter stopalko za plin, na katero smo kasneje namestili potenciometer. -(10. Slika) demontiran avtomobil Nato smo se razdelili na dve ekipi po dva dijaka. Prva skupina je imela nalogo da iz avtomobila demontira rezervoar, druga skupina pa da is sprednjega dela avtomobila demontira hladilni sistem vozila sprednji odbijač ter luči avtomobila. Ko smo to storili je avto bil pripravljen za predelavo v električno vozilo.

117 3.2. Izdelava nosilca in vgradnja elektromotorja Naša šola je za projekt električno vozilo, elektromotor, krmilnik ter prirobnico naročila pri gospodu Pečjaku. Ko smo vse te dele dobili smo lahko pričeli z vgradnjo motorja v vozilo. Najprej smo motor, prirobnico in menjalnik spojili skupaj da smo dobili celoten pogonski sistem. Sprva smo imeli težave z prirobnico, kajti imela je prevelike izvrtine za vijake, to smo odpravili tako da smo v izvrtine namestili posebne vložke in s tem zmanjšali premer le teh. Druga težava pa je bila ta, da je bila prirobnica pri straneh kjer je nameščena polosovina predebela. Zato smo prirobnico kasneje na tistem mestu porezkali da se polosovina lahko neovirano vrti. -(11.slika) elektromotor in prirobnica

118 Ko smo odpravili vse težave smo ponovno spojili motor, prirobnico ter menjalnik skupaj in tako dobili celoten pogonski sklop, tokrat smo namestili tudi sklopko, in vse vijake smo dali na lepilo, da bi s tem preprečili odvitje. -(12. slika) sestavljen pogonski sklop Nato smo celoten pogonski sklop provizorično namestili na avtomobil, tako da mo menjalnik pritrdili na vozilo z vijaki, kot je bilo to že pri prejšnji originalni vgradnji, elektromotor pa smo z vrvmi provizorično privezali na vozilo, saj je bilo nosilec za elektromotor potrebno še izdelati.

119 (13. slika) provizorično montiran elektromotor Nosilec motorja smo izdelali iz L profila, tako da smo najprej izdelali vpetje za ta nosilec na sprednji in zadnji strani. Spredaj smo samo v nosilcu zvrtali luknjo da smo ga lahko vpeli na obstoječ nosilec prejšnjega bencinskega motorja, na zadnji strani pa smo imeli več dela. Na karoserijo smo najprej z vijaki pritrdili doma izdelan kvadratni profil, ta nam je služil kot distančnik. Na ta distančnik smo nato z vijakom pritrdili še gumijasti blok, kateri nam bo dušil vibracije elektromotorja. Ko smo to storili smo pričeli z izdelavo nosilca motorja, najprej smo ga morali ukriviti za nekaj stopinj, nato pa smo zvrtali v nosilec luknje in skozi te smo dali vijake prirobnice. Ugotovili smo da se nosilec pravilno prilega in da je motor trdno pritrjen. Nato smo nosilec demontirali in ga še pobarvali ter tako zaščitili pred korozijo. Ko se je barva posušila smo vse sestavili ter še enkrat, pregledali, če se vse prilega, na prirobnico smo namestili še senzor vrtljajev motorja, na menjalnik pa polosovine in vso električno inštalacijo. Pregledali smo tudi nivo olja v menjalniku in ga nekaj dolili, saj je bilo pod predpisanim nivojem (14. slika) Nosilec elektromotorja

120 Ko smo končali z izdelavo nosilca smo lahko na vozilo namestili še predelano stopalko za plin, katera je imela še vgrajen potenciometer. Tako je bilo mehaniško delo končano, sledilo je samo še vgradnja električne inštalacije katero so pa opravili elektrikarji. (15. slika) stopalka za plin z potenciometrom

121 5. ZAKLJUČEK Pri izdelavi tega vozila sem zelo veliko novega izvedel in naučil, saj to področje ni veliko poznano in mislim da se bo na tem področju še veliko novega razvilo in električni avtomobili se bodo iz leta v leto samo še izbolševali, in dopolnjevali, saj povpraševanje vse bol narašča in tržna moč se zaradi vse višjih cen naftnih derivatov vse bol veča. Zelo sem bil presenečen nad tem da nam je gospod Pečjak zelo veliko razkril o svojih projektih in študijah o električnih avtomobilih saj sem na njegovem izobraževanju zelo veliko novega izvedel. Pogrešal pa sem več praktičnega dela na vozilu in predvsem več dela na sami električni inštalaciji, ter da bi avtomobil končali v zadanem roku. Zahvaljujem se šoli ŠC ker nam je omogočila izpeljavo tega projekta in mentorju Miranu Mozetiču ter profesorju praktičnega pouka Aleksandru Krpanu, katera sta nam pomagala in usmerjala pri delu. 6. LITERATURA IN VIRI -inštitut Metron (Andrej Pečjak) -električna mobilnost v praksi -internet

122 ŠC NOVA GORICA Cankarjeva Nova Gorica Program: ELEKTROTEHNIK-ENERGETIK Smer, poklic: ENERGETIK šolsko leto: 2012/2013 ELEKTRIČNA MOBILNOST V PRAKSI Avtor: Nejc Zlobec Mentor: Matjaž Marušič Nova Gorica, maj 2013

123 POVZETEK V seminarski nalogi vam bom predstavil, zgodovino električnih avtomobilov in razvojnih možnosti za prihodnost. Seznanil vas bom z sestavnimi deli električnega avtomobila, stroški predelave, ter vam predstavil tehnične sposobnosti avtomobila, ki ga predelamo na tak način. Predstavil vam bom, kako sva skupaj z sošolcem predelala šolskega smarta, ki ga je poganjal električni agregat, na okolju prijazen način, tako da sva vanj vgradila elektromotor, katerega je bila tudi potrebno ustrezno ožičiti z ostalimi elementi, ki jih potrebujemo za pogon in brezhibno delovanje električnega avtomobila.

124 KAZALO UVOD NA KAJ MORAMO BITI POZORNI PRI PREDELAVI NA ELEKTRIČNI POGON? PRIMERNA VOZILA ZA PREDELAVO SESTAVNI DELI ELEKTRIČNEGA AVTOMOBILA MOTOR IN KRMILNIK ADAPTERSKA PLOŠČA BATERIJE NAPAJALNIK IN BMS VOLAN IN SERVO ZAVORE VTIČNICE IN VTIKAČI GRETJE IN HLAJENJE ŠKATLE ZA BATERIJE POTENCIOMETER ZA PLIN OSTALO ELEKTRONIKA V VOZILIH IN DIAGNOZA HOMOLOGACIJA SUBVENCIJE NAKUP RABLJENIH ELEKTRIČNIH VOZIL ZAKLJUČEK ZAHVALA VIRI IN LITERATURA

125 UVOD Počasen prehod velikih proizvajalcev vozil na elektrifikacijo svojih vozil je posledica neobvladovanja tehnologij in nezmožnosti hitre menjave dobaviteljev in proizvodnih procesov. Vendar pa le tale počasen prehod pušča odprte mnoge možnosti za tiste posameznike oziroma manjša podjetja, ki se želijo soočiti z tem izzivom predelave avtomobila z bencinskim agregatom, v vozilo, ki ga popolnoma poganja le elektrika. Takih podjetij, ki so večinoma zrasla iz mehaničnih delavnic posameznikov je v tujini veliko, še posebej v Italiji, nam najbližji pa je uradni servis za vozila na avstrijskem Koroškem, ki je začel predelovati nove Mazde 2 na električni pogon. Cena takih predelav je velika, vendar je vse več zanimanja z strani kupcev po takih vozilih. Za uspešno predelavo potrebujete primeren avtomobil, ustrezno usposobljene kadre, prostor, kjer boste to predelavo izvedli in kompleten nabor kvalitetnih komponent za vgradnjo. Prav te komponente so trenutno največji problem, saj povpraševanje presega ponudbo, zaradi česar so čakalne dobe dolge in cene primerno temu visoke. Srce električnega avtomobila sta električni pogon in baterije, oboje pa mora ustrezati izbranemu tipu avtomobila in sposobnosti, ki jih od takega avtomobila pričakujemo po predelavi. Za majhen mestni avto, od katerega je na prvem mestu predvsem nizka cena, domet do okoli 100 km in hitrost okrog 80km/h lahko uporabimo šibkejše motorje do 20Kw, baterije z kapaciteto do 15kWh, ter delovno napetost pod 60V, kar še ne spada v področje predpisov o človeku nevarni napetosti. Če želimo zmogljivejše vozilo, ki naj bi imelo domet preko 100km in končno hitrost primerno za vožnjo po avtocesti (vsaj 120km/h) moramo uporabiti večje in dražje motorje, ter kapaciteto baterij 20 ali več kwh. Če pogledamo trenutno minimalno ceno 4000 EUR za 10 kwh motorje, pomeni da stane predelava takega vozila krepko nad EUR. Za naš trg so najprimernejše predelave manjših vozil za mestno vožnjo, kjer nas predelava naj ne bi stala preko EUR. Tudi ta vsota je visoka, vendar moramo pomisliti, da imajo litij-ionske baterije dolgo življenjsko dobo (preko km) in da je vožnja na elektriko zelo poceni.

126 NA KAJ MORAMO BITI POZORNI PRI PREDELAVI AVTOMOBILA NA ELEKTRIČNI POGON? Pri predelavi avtomobila z bencinskim/dizelskim agregatom, v vozilo na električni pogon moram upoštevati naslednje stvari: -MASA: vozilo mora biti čim lažje za optimalni izkoristek elektromotorja, ki poganja avtomobil -AREODINAMIKA: CW naj bo pod PREDNJA POVRŠINA: čim manjša -KOTALNI UPOR: čim manjši, vendar je odvisen od ležajev, vrste gum itd. -USTREZEN PROSTOR ZA POGON IN BATERIJE -VOLAN: priporočljiv je el. Servo volan ali avtomobil brez servo volana -ELEKTRONIKA: priporočljivo je, da je v avtomobilu čim manj elektronike, saj nam vse to le oteži predelavo na električni pogon -MENJALNIK: pozorni moramo biti pri uležanju izhodne gredi PRIMERNA VOZILA ZA PREDELAVO Najprimernejša vozila za predelavo, so vozila naslednjih znamk: -RENAULT (twingo, Kangoo) -SMART -AUDI ( A2 ) -FIAT (Panda,Cinquecento) -VW (Polo) -DACIA (sandero) Pri izbiri avtomobila ne smemo gledati na to, da ima odlično ohranjen motor in povsem delujoč, temveč na brezhibnost karoserije in ostalih pomembnih sestavnih delov avtomobila, saj originalni motor iz avtomobila odstranimo in vanj vgradimo elektromotor

127 Slika 59- Električni avtomobil Smart SESTAVNI DELI ELEKTRIČNEGA AVTOMOBILA MOTOR IN KRMILNIK elektromotor je srce električnega avtomobila, saj le ta nadomesti dizelski/bencinski agregat in poganja celoten avtomobil, vendar tudi on za delovanje potrebuje določene komponente, ki vam jih bom opisal kasneje. VRSTE ELEKTROMOTORJEV IN UPORABA -Krtačni (zaradi nezanesljivosti in nizkega izkoristka ni možna več homologacija električnih avtomobilov z vgrajenimi takimi elektromotorji) -Asinhornski (primerni so zaradi zanesljivosti in solidnih karakteristik) -Brezžični Sinhronski (BLDC, električni komutirani..) so primerni zaradi dobrih izkoristkov in majhne teže, vendar imajo tudi slabost, da kontrolerji še niso dovršeni za te motorje. DC MOTORJI (enosmerni) Motorji in krmilniki na enosmerno napetost se trenutno vgrajujejo le v skuterje in lažja vozila, po ZDA še vedno kroži veliko zastarelih krtačnih DC motorjev moči (10-30kW). Iz ZDA lahko naročite krtačne motorje, vendar morate vedeti, da bo cena zaradi transporta in dajatev narasla za 20-30% in da avta ne boste mogli homologirati, ker noben avtomobilski motor ne zadosti ECM certifikaciji. AC MOTORJI (izmenični) Trenutno obvladujejo trg trifazni asinhronski motorji predvsem zaradi tega, ker jih uporabljamo v industriji že zelo veliko časa in je posledično zato tehnologija bolj razvita. Zelo znan je tudi asinhronski motor, ki poganja TESLO, ampak tale je cenovno daleč od

128 sprejemljivosti ( s kontrolerjem vred). Vedno bolj se uveljavljajo sinhronski motorji s parmanentnimi magneti, vendar je zanje regulacija bistveno zahtevnejša. V Sloveniji imamo nekaj zelo dobrih proizvajalcev in razvijalcev sodobnih elektromotorjev, od katerih je nekatere že mogoče kupiti. Iskra Avtoelektrika je edini proizvajalec v Sloveniji, kateri motorje proizvaja serijsko, zraven njega pa dokupimo tudi ustrezen kontroler Iskre Avtoelektrike, tako da ne iščete se še kontrolerja, ki bi bil primeren za določen elektromotor. Za Letrikine motorje in kontrolerje ob nakupu le teh, zraven dobite še EMC certifikat, ki je potreben pri homologaciji. Slika 60-vgrajen elektromotor Slika 61- Kontroler motorja

129 NAPETOSTI Na kaj moramo biti pozorni pri izbiri napetosti za naš električni avtomobil? -višja napetost = manjši tok za isto moč -napetost ne sme presegati 60V (do te meje se obravnava kot klasa A, kar pomeni nizkonapetostni el. sistemi) -ne smemo imeti skupne mase med baterijo in karoserijo! -nad 300V DC je velika nevarnost obloka, z višjo napetostjo tudi posledično povišamo ceno komponent -označba vodov nad 60V (oranžna za plus in minus) -nad 500V komponente niso serijske -pri vgradnji elementov moramo zaradi varnosti uporabljati izolirano orodje ZAKAJ SMO PRI SMARTU IZBRALI NAPETOST DO 60V? Za naš avtomobil smo to napetost izbrali zato, ker uporabljamo Letrikin motor in kontroler ki zahteva to napetost. V podu vozila imamo prostor le za 16 celic, za manjše napetosti so posledično tudi komponente cenejše. Z krajšimi razdaljami vodnikov smo zmanjšali izgube. Odločilen dejavnik pri izbiri te napetosti pa so varnostne norme, saj se do 60V obravnava napetost kot razred A- nizkonapetostni elektro sistemi. 12V SEKUNDARNA NAPELJAVA Avto seveda potrebuje 12V napetost za delovanje razsvetljave, električnih elementov, udobja in vse ostale 12V opreme. To pri sodobnem vozilu pomeni najmanj 500W moči, za kar potrebujemo razsmernik, ki pretvarja visoko napetost baterij (od 48 do 350V) v 12V. Ne smemo pozabiti na 12V pomožni akomulator. brez njega je mogoče voziti saj DC-DC skrbi za napajanje 12V porabnikov, vendar v primeru napake oziroma pri odklopu glavne baterije ostanemo povsem brez energije in ne moremo vključiti niti varnostnih utripalk.

130 ADAPTERSKA PLOŠČA Motor navadno vgradimo preko adapterske plošče na menjalnik in uporabimo pri tem kar vztrajnik in sklopko vozila, ki ga predelujemo. Direktna vgradnja motorja je tudi možna, vendar se z tem zelo podraži izdelava električnega avtomobila zaradi drugačne konstrukcije, obenem pa zmanjša naše možnosti, da bomo uspešno prešli homologacijski postopek. Adapterska plošča je primerno, da je iz aluminija zaradi manjše mase materiala. Z tem bomo zmanjšali tudi maso vozila. Paziti moramo, da je os, ki gleda iz menjalnika uležajena v menjalniku in ne v gredi motorja. Adaptersko ploščo lahko naredimo sami, vendar moramo imeti izkušnje v izdelanih podobnih izdelkov in primerno orodje. Najlažje je, da ploščo naročimo, vendar je za manj priznane modele izdelava mnogo dražja. Slika 62- Adapterska plošča

131 BATERIJE Pogonska baterija je glavni in najdražji del električnega avtomobila, njena napetost in kapaciteta pa diktirata vse ostale komponente, katere bomo vgradili v naš električni avtomobil. -SVINČEVE BATERIJE pridejo v poštev le za zelo lahka in počasna vozila s hitrostjo do 45 km/h, najboljše pa so poltrakcijske. Slabost je, da za 500kg avtomobil, ki ga želimo predelati potrebujemo še dodatnih 500kg svinčenih baterij za domet 50km, kar nam zelo poveča maso vozila. Približna cena teh baterij je 2000 EUR. -Ni Cd BATERIJE se ne uporabljajo več -(LiFePO4-litij-železo-fosfat) in Li POLIMER BATERIJE so trenutno najbolj uporabljene v električnih vozilih. Litij polimer baterije imajo višjo energetsko gostoto ( Wh/kg) in imajo manjši padec napetosti pri obremenitvi od LiFePO4 baterij, so pa 40% dražje, zelo neugodne za sestavljanje v pakete in občutljive na mraz, zato zahtevajo gretje pri poljenju pod lediščem, zato moramo v baterijski prostor vgraditi še dodatni grelec. VEZAVA BATERIJ Priporočena je zaporedna vezava baterij. Vzporedno lahko vežemo le če vežemo vsako celico vzopredno in ne celih blokov. Paziti moramo na obremenitev celic, da so vse enako obremenjene. V ta namen uporabljamo bms sisteme za upravljanje baterij, kateri skrbi, da so vse celice enako obremenjene in da se vse enakomerno polnijo. PRIHODNOST BATERISKIH TEHNOLOGIJ v prihodnosti se že razvijajo baterije, katere bi zelo izboljšale domet električnega avtomobila in njegove izkoristke, vendar je vse skupaj še v razvoju. Naštel vam bom le nekaj primerov baterij, ki bi v prihodnosti lahko podaljšale domet in hitrost električnih avtomobilov. -Litij-Zrak -Litij-Žveplo -Cink-Zrak -Virusne -Li-Ion

132 Slika 63- Baterija 1 Slika 64- Baterija 2 NAPAJALNIK IN BMS

133 Poleg motorja, kontorlerja in paketa baterij (svinčeve ne pridejo v poštev, ker nimajo ustreznih lastnosti) potrebujemo še veliko manjših elementov, kateri nam lahko zagrenijo in finančno zabelijo predelavo. Ena od bistvenih komponent je BMS battery management system za nadzor celic baterij in je po navadi povezan z napajalnikom. Napajalnik mora polniti celice s točno določeno maksimalno napetostjo, zaželjene moči pa so od 1,5-3 kw pri enofaznem poljenju in 3-10KW pri trofaznem poljenju. Tudi tukaj moramo upoštevati, da so napajalniki za visoko napetost (nad 96V) redki in posledično tudi dražji, napajalniki za 48V napetost pa so dokaj razširjeni in cenejši. Proizvajalci baterij pri nakupu celic navadno ponujajo tudi ustrezen BMS sistem, ki pa v glavnem ni izdelek njihovega razvoja, zato včasih se ne obnese najbolje. Cene se gibljejo od EUR za celic. Izklop napajalnika je direkten preko programa in rezervni preko BMS (dvojna varnost) Pri napajalnikih velja: -višja napetost,tok = višja cena -enofazni do 16A, 230V -dvofazni 400V, 16A in dvofazni 230 2X16A -trofazni (problem je pri skupnem vodu - ) Slika 65- BMS sistem za uravnavanje napetosti v celicah VOLAN IN SERVO ZAVORE Pri predelavi vozila je pomembna tudi izbira volanskega mehanizma. Zelo primerni so navadni mehanski volani, vendar lahko pri veliki masi baterij postanejo pretežki za manevriranje na mestu. Električni volan je najboljša rešitev, slaba in draga rešitev pa so servo volani gnani z hidravlično črpalko. Take črpalke je mogoče dobiti tudi v električni izvedbi,

134 vendar so predrage in nam porabijo preveč dragocene električne energije, ki je še kako pomembna za domet našega vozila. pri servo zavorah ta problem rešujemo z električno vakumsko črpalko, vendar so te zelo drage ( ).

135 VTIČNICE IN VTIKAČI Ne smemo pozabiti niti n a vtičnico za poljenje, priporočene so navadne industriske 3 polne vtičnice za enofazni priključek in 5 polne za trifazni priključek. Vgrajujemo jih navadno na mesto, kjer je vlivna cev za gorivo pri našem originalnem vozilu preden ga predelamo. Odlična vtičnica je od yacht programa za priklop na obalo, ker je estetsko zelo vredu narejena, vendar je zelo draga. imamo dva standarda vtičnic in vtikačev in sicer: -Ameriški (SAE J1772) -Japonski (CHAdeMO), ki so ga sprejeli skupaj z mitsubishi-jem,nissan-om in subaru-jem, omogoča pa direktno DC poljenje baterije Slika 66- Postavitev vtičnice Slika 67- Različni vtičnici

136 GRETJE IN HLAJENJE GRETJE Posebnost pri kateri moramo paziti pri predelavi je gretje, saj ima dober elektromotor premalo izgub za uspešno gretje kabine. Najboljša in obenem tudi najdražja izbira so vodni grelci izdelani posebej za električna vozila, ki jih priklopimo kar direktno na cevi za gretje kabine. V našem primeru lahko vgradimo tudi W grelce 12V, s kakršnimi ima dosti sodobnih vozil urejeno hitro odroševanje sprednjega stekla. Seveda potrebujemo v tem primeru dovolj močen DC/DC pretvornik, ki pretvarja visoko napetost na nam ustrezno 12V napetost. Problem ogrevanja lahko rešimo še z benzinskimi in diezelskimi grelci, ki odlično rešujejo problem ogrevanja, so pa premočni in premalo nastavljivi za jesensko in spomladansko obdobje, ko potrebujemo le odroševanje prednjega stekla. HLAJENJE Klimatsko napravo lahko poganjamo z električnim kompresorjem ali pa avtomobilski kompresor preko jermena povežemo na ustrezen elektromotor moči 1-2Kw. Vse te rešitve so zelo drage, pomagamo pa si lahko že pri izbiri barve avtomobila. Temnejše barve bolj vpijajo temperaturo, zato je tudi temperatura v avtomobilu višja. Ena od rešitev hlajenja je tudi ventilatorji, vendar niso ravno estetski in najbolj praktični

137 ŠKATLE ZA BATERIJE Kar nekaj problemov nam povzročijo baterije in njihova vgradnje, škatle zanje pa je najbolje narediti iz aluminija develine 2,5-3 mm. Paziti moramo, da so baterije enakomerno razporejene po dolžini in širini vozila, da ne poslabšamo lege na cesti. Pri LiPo baterijah morajo biti celice pozimi ogrevane, pa tudi za LiIon baterije je bolje, da jih medtem ko so priključene ogrevamo (kadar so temperature pod lediščem). Škatle zato znotraj oblečemo z izolacijo in vgradimo grelce. Slika 68- Baterijski paket z škatlo

138 POTENCIOMETER ZA PLIN Stopalka plina (navadno potrebujemo potenciometer 0-5 kohm), je dodatna težava in seveda z tem tudi strošek. Potenciometra kot je standarden v benzinskih vozilih po navadi ne moremo uporabiti (1,2-1,7 kohm). Uporabljati smemo le industrijske potenciometre!

139 OSTALO Med ostalo opremo spadajo kabli različnih debelin in ovoji kablov, konektorji ter razni dodatki kot npr. Fotovoltaične celice, LED dnevne luči, LED žarnice, hladilniki in vodne črpalke za majhne vodne sisteme (hlajenje motorjev in kontrolerjev). Kabli je primerno, da so vgrajeni profesionalno in z dovolj velikim presekom, da ne povzročajo dodatnih nepotrebnih energetskih izgub in da vozilo brez težav preide homologacijski postopek. Če je napetost nad 60V morajo biti vodniki v oranžnih bužirnih ovojih. VAROVALKE Pozorni moramo biti na DC napetost. Uporabljamo ustrezne varovalke vakumske nad 100V oz. Z dolgo nitko, da ne pride do obloka ODKLOPNA STIKALA Zopet moramo biti pozorni na DC preklopno napetost. Tyco, panasonic in albright konektorji z tuljavo 12-24V. FOTOVOLTAIKA Fotovoltaične celice uporabljamo kot sekundarno poljenje akomulatorjev s pomočjo alternativnih virov in nam lahko med vožnjo v sončnem vremenu polnijo baterije, vendar nam ne bistveno povečajo dometa. VODNIKI Pri vodnikih je primerno, da se vodniki prepletajo. Pozorni moramo biti, da uporabimo ustrezen presek vodnikov. Boljši so gumirani vodniki s tankimi žicami.

140 Vrsta instalaci je A B1 B2 C E Snov Nazivni Cu vodniki s PVC izolacijo prerez (mm 2 ) Dopustni trajni tok v A pri temperaturi okolice 30 C 1,5 15, ,5 15,5 15, ,5 17, ,5 2,5 19, Tabela 1- Nazivni prerez vodnikov in dopustni tokovi ELEKTRONIKA V VOZILIH IN DIAGNOZA Današnja vozila so opremljena z kupom računalnikov (ECU), ki so med seboj povezani s CAN komunikacijo. Izgradnja motorja in motornega ECU zato navadno pomeni popolno odpoved delovanja vozila. Pri predelavi je najbolje da si sposodimo ali kupimo diagnostično orodje, s

141 katerim lahko sproti ugotavljamo napake, ki jih motorni ecu javi glavnemu ECU. Nekatere napake namreč onesposobijo vozilo, zato moramo na avtu pustiti motorni ECU in tudi nekatere senzorje, predvsem senzor vrtljajev na odmični gredi. Pri predelavi novejših vozil je zaželjeno uporabljati diagnostično napravo, da lahko razberemo kakšne napake povzroči odklop posameznih senzorjev. HOMOLOGACIJA Homologacija predelanega vozila je lahko posamična (za en avto), lahko pa je skupna za več vozil predelanih po istem postopku. Posamične opravlja LPP v ljubljani ali avto Krka ISO d.o.o. Za skupinsko homologacijo je potrebno vložiti vlogo na ministerstvo za promet. Pri tem velja opozoriti, da homologacija velja le v Sloveniji. Če bi hoteli taka predelana vozila prodajati v tujino, bi morali tam ponovno opraviti njihovo homologacijo. Pri posamični homologaciji je vozilo potrebno pripeljati na pregled in priložiti dokumentacijo. Nujno moramo priložiti: (EMC test po ECE R10 za motor in kontroler, CE za napajalnik, homologacijo za uporabo grelcev in črpalke v avtomobilih, potrdilo o strokovni vgradnji. Paziti moramo, da ne presežemo skupne dovoljene mase vozila po predelavi. Pomembno je tudi, da primerno polagamo vodnike in izberemo pravilno tokovno zaščito. Električna vozila morajo biti opremljena z odroševanjem ter baterije morajo biti ločene od kabine. Dnevne led žaromete je preprosto homologirati, morajo pa biti po normi (ECE R87) in vgrajeni na ustrezni razdalji od tal in roba vozila.

142 Slika 69- Obrazec vloge za homologacijo SUBVENCIJE Nepovratna finančna spodbuda se lahko dodeli samo prvemu lastniku novega vozila ali

143 prvemu lastniku vozila po ustrezni predelavi. V primeru predelave vozila je po predelavi potrebna tudi homologacija. Nepovratna finančna spodbuda je lahko dodeljena tudi za vozilo, kupljeno, zakupljeno ali predelano v tujini, če bo vlagatelj prvi lastnik oz. Zakupnik novega vozila ali prvi lastnik oziroma zakupnik po predelavi in bo prva registracija novega ali predelanega vozila opravljena v Republiki Sloveniji. Tranzitna registracija ne šteje za prvo registracijo po proizvodnji novega ali predelanega vozila. Vozilo mora najmanj tri leta po dodelitvi pomoči ostati v lasti prejemnika. SUBVENCIJE SO ZA: za novo baterijsko električno vozilo kategorije M1 z nič emisijami CO2 na izpustu in minimalnim dosegom 100km na baterije za predelavo obstoječega vozila kategorije M1 na električni pogon za novo priključno hibridno baterijsko vozilo ( z motorjem z notranjim izgorevanjem in z baterijo) z minimalnim dosegom 50km na baterije za novo baterijsko električno vozilo kategorije N1 z nič emisijami CO2 na izpustu za novo baterijsko električno vozilo kategorije L7e z nič emisijami CO2 na izpustu in minimalnim dosegom 40km na baterije za predelavo obstoječega vozila kategorije N1 ali L7e na električni pogon za novo baterijsko električno vozilo kategorije L6e z nič emisijami CO2 na izpustu in minimalnim dosegom 40km na baterije za predelavo obstoječega vozila kategorije L6e na električni pogon Za vse potrebne informacije lahko izvedemo in se pozanimamo na spletni strani Eko sklada Vlogo za prijavo vozila za nepovratna finančna sredstva lahko dobimo Tukaj.

144 NAKUP RABLJENIH ELEKTRIČNIH VOZIL Edina dobra električna vozila iz prejšnjih desetletij so električni Renaulti (Kangoo, clio electrique), Peugeoti (P 106, Partner) in Citroeni (Berlingo, Saxo electrique). Cene držijo od EUR, po evropi pa jih vozi kakih Zelo slab nakup električnega vozila je Golf Citystromer, ker je vozilo preslabotno, pretežko in polno hib. Izdelali so jih približno 800 v serijah Golf II in Golf III. Največ takih vozil se prodaja na Nemškem in Francoskem e-bayu, lahko pa jih vidite vsako leto maja na srečanju električnih vozil ob Vrbskem jezeru. Maksimalna hitrost je od km/h, Domet pa je od km. Slika 70- Električni avtomobil Citroen Saxo

145 ZAKLJUČEK Iz seminarske naloge lahko vidimo, da je vložen strošek relativno velik, a glede na cene goriv in napovedano višanje cen naftnih derivatov, se vse več ljudi odloča za nakup oziroma predelavo avtomobila, ki ga poganja 100% samo elektrika. Zaradi vse večjega povpraševanja, je tudi vse večji interes izdelovalcev komponent za električne avtomobile, da velik del svojih sredstev vlagajo v razvoj in izpopunjevanje komponent, saj bodo le tako sledili konkurenci in prodali svoje izdelke. Zaradi razvoja tehnologij se vse bolj razvijajo in izboljšujejo komponente, katere pripomorejo k večjemu dometu in izkoristku vozila. Električni avtomobil je ena izmed zelo ugodnih ekoloških in ekonomskih rešitev za prihodnost, saj se bodo tehnologije izboljševale, komponente posledično pocenile in z izboljšavo komponent bomo vse bližje v izkoristkih današnjemu avtomobilu.

146 ZAHVALA Na koncu bi se rad zahvalil šolskemu centru Nova Gorica, ki je finančno podprl projekt izdelave električnega avtomobila in mentorju Matjažu Marušiču, ki nas je izbral za sodelovanje pri projektu in nas vodil ter svetoval pri sestavljanju avtomobila. Zahvalil bi se tudi vsem drugim učiteljem in dijakom, ki so sodelovali pri uresničitvi tega projekta, ter staršem, ki so me podpirali do konca šolanja.

147 VIRI IN LITERATURA g.jpg

148 4. PREDMET POKLICNE MATURE PROJEKTNA NALOGA MFE TŠC Mala fotovoltaična elektrarna TŠC Avtor: Svetina Klemen, 2.NE Mentor: Matjaž Marušič Nova Gorica, maj 2013

149 POVZETEK Najina sončna elektrarna ne zaživi, če na njene sončne celice ne posijejo sončni žarki. Ko se to zgodi začnejo solarni moduli proizvajati električno energijo, ki jo preko razsmernika pretvorimo v izmenično napetost. Ta energija preko vtičnice napaja baterije za električni avto.

150 KAZALO: POVZETEK KAZALO: UVOD NEKAJ O ZGODOVINI IN ODKRITJU SONČNIH CELIC KAJ SPLOH SO SONČNE CELICE Vrste sončnih celic DELOVANJE SONČNIH CELIC MATERIALI SONČNIH CELIC IN LASTNOSTI Pridobivanje polikristalnega silicija Pridobivanje monokristalnega silicija Pridobivanje amorfnega silicija LASTNOSTI SONČNIH CELIC Kristalne sončne celice Amorfne sončne celice Druge vrste sončnih celic PRIMER UPORABE CENA SONČNE ENERGIJE Obnovljiva energija RAZSMERNIK in SONČNE CELICE IZDELEK-MFE TŠC Material in orodje Potek dela in aktualizacija projekta ZAKLJUČEK ZAHVALA VIRI IN LITERATURA PRILOGA

151 1. UVOD Obstajata dva načina zadovoljevanja potreb po električni energiji. Prvi način je z izkoriščanjem fosilnih goriv ( nafta-40 let, premog-200 let, plin-60 let), drugi način je z uporabo obnovljivih virov energije ( biomasa, geotermalna, veterma, vodna, sončna). Sonce, večni jederski reaktor, je praktično neizčrpen vir obnovljive energije. Čist in donosen vir, ki nam lahko zagotovi pomemben del energije za naše potrebe. Energija, ki jo sonce seva na zemljo, je krat večja od energije, kot jo porabi človek. To je energija, ki se obnavlja, ne onesnažuje okolja in je hkrati brezplačna. Zato, mora biti cilj izkoriščati to energijo v največjem možnem obsegu. Sončno energijo lahko uporabljamo za ogrevanje prostorov, vode, ogrevanje bazenov in za proizvodnjo elektrike za osvetljevanje in hišne porabnike. Pri tem pa se pojavijo določeni tehnični in investicijski problemi. Kakor koli sončna energija je energija prihodnosti, njeno uveljavitev pa ovira le draga cena v primerjavi z konvencionalnimi viri energije. Dejstvo je da v današnjih dneh porabimo vse preveč fosilnih goriv, ki pa zelo slabo vplivajo na okolje. Vpliv tople grede, prevelike emisije CO2, onesnaženje zraka in nastajanje ozonske luknje so posledice, ki jih ta goriva puščajo za seboj. Da bi naš planet obvarovali pred nadaljnim uničenjem, je treba naš način pridobivanja energije prilagoditi naravnemu ritmu zemlje in njenim ekosistemom. Ena od rešitev je izkoriščanje sončne energije. Slika 71 sončne celice

152 2. NEKAJ O ZGODOVINI IN ODKRITJU SONČNIH CELIC Francoski fizik Alexander-Edmond Becquerel je leta 1839 odkril, da se jakost električnega toka med elektrodama v elektrolitu poveča, ko so elektrobe obsijane s sončnim sevanjem. Odkril je fotoelektrični pojav, ki je posledica delovanja elektromagnetnega valovanja ( IR svetlobe, UV rentgenskih in gama žarkov ) na električno nabite delce snovi. Energija fotonov se prenese elektronom, protonom ali drugim delcem. Med fotoelektrične pojave uvrščamo: - fotoprevodnost, ko se snovi, ki je obsijana s sončnim sevanjem, spremeni električna upornost, ( značilni snovi sta selen in kamdijev sulfid ) - fotoaluminiscenco, ko fotoni vzbudijo elektrone snovi, ki s časovno zakasnitvijo oddajo fotone drugih valovnih dolžin - fotovoltaični pojav, ko gre za pretvorbo energije fotonov v električno energijo.tako štejemo fizika Becquerela za iznajditelja sončnih celic v fizikalnem pomenu. Iznajdbo sta nadaljevala Adams in Dak, ki sta leta 1876 opazila pojav v trdi snovi in postavila osnove danes poznanim sončnim celicam. Nekaj let kasneje, natančno leta 1883 pa je Charles Fritts izdelal prvo sončno celico iz 30*30 cm velike plošče selena, prekritega s prosojnim filmom zlata. Vendar je bila ta sončna celica z izkoristkom 0,1-0,2 % bistveno predraga. Nagel razvoj sončnih celic pa je omogočilo odkritje sončne celice iz silicija leta 1954 v Bellovih laboratorijih v ZDA. Takoj so dosegli 6-krat višje izkoristke v primerjavi z najboljšo dotedanjo selensko celico. Poleg tega pa je silicij Prvo odmevnejšo uporabo pa so sončne celice doživele leta 1958, ko so izstrelili drugi vesoljski satelit Vanguard 1, ki je imel majhno polje sončnih celic za napajanje radijskega oddajnika. Cena sončnih celic, ki so jih uporabljali je bila $ za vsak watt moči celic. Od tedaj je bil storjen velik korak pri razvoju tehnologij izdelave in znižanju cene sončnih celic. Slika 72 uporaba sončnih celic na lahkih letalih

153 3. KAJ SPLOH SO SONČNE CELICE Sončne celice so v osnovi polprevodniške diode z veliko površino. Do pretvorbe energije svetlobe v električno energijo (tok) prihaja zaradi fotovoltaičnega pojava. Pri vpadu fotonov na kristalno mrežo polprevodnika fotoni oddajo svojo energijo kristalni mreži in če je energija dovolj velika ta pojav povzroča nastajanje prostih valenčnih elektronov. Svetlobna energija ne doteka kontinuirano, ampak v kvantih svetlobnega valovanja. Energija kvantov je odvisna od valovne dolžine svetlobe oziroma elektromagnetnega valovanja in od tega je tudi odvisno število sproščenih elektronov. Prosti elektroni bodo nastali le v primeru, če bo energija vpadnih fotonov enaka ali večja kot WL-WV (meja valenčnega in prevodnega pasu). Zveza med frekvenco in energijo vpadnega fotona je sledeča: h-planckova konstanta ( 6,626x10-34 Ws 2 ), v-frekvenca (Hz) 3.1 Vrste sončnih celic Glede na kristalno zgradbo ločimo amorfne, polikristalne in monokristalne sončne celice. Glede na tehnološke postopke pa jih lahko razvrstimo tudi na sončne celice izdelane iz Si rezin, oziroma tankoplastne, ki jih proizvajamo s pomočjo vakuumskih tehnologij. Osnovne lastnosti sončnih celic iz posamezne družine so navedene V nadaljevanju. Sončne celice združujemo v fotovoltaične module, z razponom moči od nekaj W pa do nekje 260 W. Lastnosti modulov so odvisne od vrste uporabljenih sončnih celic.

154 4. DELOVANJE SONČNIH CELIC Za razumevanje delovanja sončnih celic, se moramo seznaniti z gradniki sončnih celic, kot tudi z delovanjem sončne svetlobe. Sončna celica je naprava, ki sončne fotone (sončno energijo) s pomočjo elektronov pretvori v elektriko. Sončna celica je zgrajena iz 2 tankih plasti P in N tipa silicija(dva osnovna tipa polprevodnika-n in P tip). N tip dobijo tako, da v čist silicijev kristal dodajo primesi (1:106) 5- valentnih elementov (As, P ali Sb). P tip pa tako, da v čist silicijev kristal dodajo primesi 3- valntnih elementov (najpogosteje indija). Skupna debelina sončne celice je približno 0,3 mm. Pri obsevanju s sončno svetlobo (fotoni), se začnejo prevodniški elektroni in vrzeli gibati in ob meji med plastema prehajajo tudi na dugo stran. Prej je bila snov nevtralna, zdaj pa je zaradi gibljivih nabojev, ki so odsotni, naelektrena in ozek pas ob meji je na strani P negativen, na strani N pa pozitiven. Med njima je nastalo električno polje. Na ta način dobimo generator enesmerne električne napetosti. Shema delovanja sončne celice

155 5. MATERIALI SONČNIH CELIC IN LASTNOSTI Glavni element za izdelavo sončnih celic je silicij, ki je zaenkrat praktično še vedno edina surovina za masovno proizvodno sončnih celic. Kot najpogosteje uporabljeni polprevodnik im več dobrih lastnosti. V naravi se nahaja v zelo velikih količinah. Silicij v obliki oksidov sestavlja 1/3 zemeljske skorje. Je nestrupen, okolju prijazen, tudi odpadki ne predstavljajo težav. Lakho se tali, obdeluje in ga je sorazmerno lahko oblikovati v monokristalno obliko. Njegove električne lastnosti (obstoj do 125 o C) omogočajo uporabo Si polprevodniških elementov tudi v najzahtevnejših primerih uporabe. Čisti silicij je edini, v tehniki široko uporabljen element, ki ga pridobivamo tako čistega. Odstotek čistega silicija v materialu dosega najmanj 99, o /o. Glede na gostoto silicija, ki znaša 5x10 22 atomov/cm 3, to pomeni 5x10 13 atomov nečistosti/cm 3. Številčne vrednosti atomov primesi v materialu so določajo z različnimi metodami, kot so masna spektrometrija, meritev s pomočjo Hallovega efekta in z vrsto drugih specifičnih fizikalnih metod. Pridobivanje čistega silicija iz peska (SiO2) poteka s sledičimi postopki: Osnovna surovina za izdelavo čistega silicija je metalurški surovi silicij, ki ga pridobivamo z redukcijo v elektropečeh pri temparaturi 1800 o C. Čistota tako pridobljenega metalurškega silicija znaša Kot reducent služijo ogljene elektrode. Slika 73 element silicija

156 5.1 Pridobivanje polikristalnega silicija Postopek pridobivanja čistega polikristalnega silicija iz triklorsilana se lahko (med drugim) izvaja v posebnih pečeh, ki so jih razvili v Siemensu. Peči se ogrevajo s tokom, ki teče skozi (v večini primerov) Si elektrode. Elektrode imajo premer do 8 mm, dolge pa so 2 m. Tokovi, ki tečejo skozi elektrode lahko znašajo tudi 6000 A. Stene peči dodatno hladimo, kar preprečuje nastajanje neželjenih reakcij zaradi plinskih stranskih produktov. Rezultat procesa je čisti polikristalni silicij, ki ga nato uporabljamo kot surovino za izdelavo sončnih celic. Polikristalni silicij pridobivamo tudi iz silicija, ki ga segrevamo na 1500 C in nato ohlajamo na 1412 C, kar je tik nad strdiščem materiala. Pri ohlajanju nastaja blok polikristalnega silicija vlaknaste strukture dimenzij 40x40x30 cm. Pri polikristalnem siliciju je zgradba v delu materiala urejena, vendar ni usklajena z zgradbo v drugem delu materiala. 5.2 Pridobivanje monokristalnega silicija Monokristalni silicij pridobivamo iz čistega silicija, pridobljenega po predhodno opisanem postopku z dvema postopkoma: Metoda Czochralskega Silicij po tej metodi pridobivamo iz taline v indukcijski peči z grafitno oblogo pri temperaturi 1415 C. Na palico nanesemo silicijev kristal določene orientacije, nakar z vrtenjem palice v talini kristal narašča. Hitrost vrtenja palice znaša 10 do 40 obratov na minuto, pomikanje po dolžini pa med 1 mikrometrom in 0,1 milimetrom na sekundo. Na ta način lahko izdelamo palice premera 30 cm in dolžine nekaj metrov. Vse skupaj poteka v inertni atmosferi, morebitne nečistoče pa zgorijo, oziroma se izločajo v talini. Conska rafinacija Prednost tega postopka je v večji čistoči silicija, z njim pa lahko izdelamo palico silicija premera 10 cm in dolžine 1 m. Tudi ta postopek poteka v inertni atmosferi, pri čemer indukcijski grelec potuje vzdolž palice in tali silicij, pri čemer pri ohlajanju nastaja monokristal silicija. Bloki monokristalnega ali polikristalnega silicija se nato žagajo in obdelujejo do končne oblike sončnih celic. Samo pri žaganju gre v izgubo okrog polovica materiala.

157 5.3 Pridobivanje amorfnega silicija Amorfni silicij pridobivamo v visokofrekvenčnih pečeh v delnem vakuumu, skozi katere ob prisotnosti električnega polja visokih frekvenc prepihujemo pline silan in B2H6 in PH3 s pomočjo katerih v silicij dodajamo bor ali fosfor. 6. LASTNOSTI SONČNIH CELIC 6.1 Kristalne sončne celice V to skupino prištevamo tako polikristalne, kot tudi monokristalne sončne celice. Osnova za izdelavo celic je blok kristalnega silicija. Rezine silicija, ki so osnova za izdelavo sončnih celic režemo iz bloka z diamantno žago. Izrezane rezine, debeline 1mm, ki so rezane na 1/10 mm natančno se nato položi med dve planparalelni, nasproti rotirajoči, kovinski plošči s čimer dosežemo izravnavo obeh ravnin rezine na nekaj tisočink mm natančno. Nato sledi postopek izdelave celic, ki je sestavljen iz sledečih korakov: Najprej se dopirane rezine jedka do globine nekaj mikrometrov. Na ta način odstranimo nepravilnosti v strukturi kristala, ki so nastale zaradi žaganja, obenem pa se rezine na ta način tudi čisti. Materijal se sicer dopira kot talina pri polikristalnem siliciju ali pa se dodajajo ustrezni plini ko se iz silina pridobi čist silicij. Temu postopku sledi difuzija. Pri temperaturi 800 stopinj celzija pride do difuzije fosforja, ki ga dovajamo v plinasti obliki, v notranjost materijala. Nastane N dopirana plast in oksidna plast, bogata s fosforjem, na vrhu rezine zaradi reakcije s kisikom. Rezine se nato zložijo v obliko kocke, ki se nato jedka v kisikovi plazmi, s čimer obstranimo N plast na robovih. V naslednji fazi s pomočjo mokrega kemijskega jedkanja odstranimo še oksidne plasti na površinah rezin. Na zadnji strani se nato izdela površina kontaktov iz srebra, ki vsebuje 1% aluminija. Srebro se na površino celic tiska preko maske, s posebnim postopkom. Nato se potiskano celico sintra pri visokih temperaturah. Na podoben način tiskamo še kontakte za povezavo na spodnji strani celic. Tudi antirefleksno plast nanašamo na podoben način. Na izbiro imamo titanove paste, ki pri sintanju tvorijo titanov dioksid TiO2 ali pa silicijev nitrid Si3N4.

158 Monokristalne sončne celice ne morejo pretvoriti več kot 25 % sončne energije v električno, zato ker sevanje infrardečega področja v elektromagnetnem spektru nima dovolj energije, da bi ločil pozitivne in negativne naboje v materialu. Polikristalne sončne celice imajo izkoristek manj kot 20%, amorfne sončne celice pa okoli 10% učinkovitosti. Običajna monokristalna sončna celica dimenzije 100 cm2 proizvede 1,5 W moči pri 0,5 V enosmerne napetosti in toku 3 A pri polni sončni svetlobi(1000w/m2) Izhodna moč sončne celice je običajno sorazmerna s sončno obsevanostjo. Zelo pomembno dejstvo sončne celice je to, da je električna napetost večinoma konstantna neglede na sončno obsevanje. Ravno obratno pa se dogaja z električnim tokom, saj je le ta sorazmerno narašča z osvetlitvijo sončne celice. Izhodna moč sončne celice in izkoristek se povečata tako, da je sončna celica usmerjena čim bolj pravokotno proti soncu ali z dodajanjem koncentratorjev svetlobe in leča. Seveda pa obstajajo omejitve pri tem procesu povečevanja izhodne moči. Sončne celice se na ta način bolj grejejo, z gretjem pada izhodna napetost, posledično pa moč sončne celice, zato je treba sončne celice hladiti. Slika 74 Leva celica je monokristalna, desna pa polikristalna 6.2 Amorfne sončne celice Amorfne celice imajo precej slabši izkoristek, ki se giblje med 6 in 8%. Amorfne celice se tudi hitro starajo. Gostota toka znaša do15 ma/cm2, napetosti neobremenjenih celic pa so do 0.8V, kar je več kot pri kristalnih celicah. Spektalna občutljivost pri amorfnic celicah je pomaknjena bolj proti modri svetlobi, tako da je idealen izvor svetlobe za amorfne celice

159 fluorescenčna žarnica. Amorfne celice izdelujemo s posebnimi postopki, kot integrirana vezja. Zaradi tega tovrstnege module večkrat imenujemo tudi tankoplastni moduli (thin-film modules ). Postopek izdelave amorfnih sončnih celic je sledeč. Najprej steklen substrat temeljito očistimo. Sledi nanašanje spodnje kontaktne plasti. Površina se nato strukturira - razdeli v trakove. V vakumu se pod vplivom visokofrekvenčnega električnega polja nanaša plast amorfnrga silicija. Ponovno sledi delitev v trakove. Nato sledi še nanašanje zgornjih kovinskih elektrod. 6.3 Druge vrste sončnih celic Ostale, manj uporabne sončne celice so še celice izdelane z EFG (Edge Defined Film fed Growth) metodo in APex celice iz silicija, celice izdelane iz kadmijevega telurida in celice izdelane iz bakrovega-indijevega selenida (CIS). EFG celice, ki po zgradbi spadajo med polikristalne po lastnostih pa jih uvrščamo med polikristalne celice, se izdelujejo neposredno iz taline silicija, s čimer odpade žaganje na rezine, kar pomeni prihranek proizvodnjih stroškov in prihranek materijala, saj ni odpadnega materijala zaradi žaganja. Pri proizvodnem postopku izdelave EFG celic se iz taline silicija vleče trak silicija v obliki pravilne cevi z osmimi ravnimi stranicami. Dolžina cevi znaša nekaj m. Ravne stranice cevi se nato z laserjem razžagajo v posamezne sončne celice. Dimenzije posameznih sončnih celic znašajo 100*100 mm in so v večini primerov pravilne kvadratne oblike. To ima za posledico večjo moč modula od majjših površin za razliko od kristalnih modulov, kjer so celice v obliki kvadrata s prisekanimi robovi. Kontakti so izvedeni v obliki bakrenih trakov, posamezne celice pa se nato vzdržujejo na podoben način, kot pri ostalih vrstah celic. EFG celice izdeluje proizvajalec ASE. Za razliko EFG celic so Apex celice polikristalne z zaščitenim proizvodnim postopkom, proizvaja pa jih le en proizvajalec. Celice iz kadmijevega telurida in bakrovega- indijevega selenida (CIS) se zaenkrat uporabljajo v manjši meri in še to pretežno v laboratorijskih raziskavah. Komercijalni moduli iz zadnjih omenjenih materijalov so zaenkrat še zelo redki. Material Debelina Izkoristek % Barva Slabosti Prednosti in perspektive Monokristalne Si sočne celice 0,3 mm % Temno modre, črne z AR plastjo, sive brez AR plasti Dolgotrajni proizvodni postopki, potrebno žaganje rezin Najbolj raziskan material. Tudi v prihodnjih letih bo prevladoval na tržišč, posebej tam, kjer je potrebno veliko razmerje moč/površina. Polikristalne Si sončne celice 0,3 mm % Modre z AR plastjo, srebrno-sive brez AR plasti V primerjavi s tankoplastnimi tehnologijami daljši proizvodnji postopki, potrebno žaganje rezin Najpomembnejši material vsaj v naslednjih nekaj letih.

160 Polikristalne Si celice v obliki traku 0,3 mm 12 % Modre z AR plastjo, srebrno-sive brez AR plasti Omejena uporaba proizvodnih postopkov Možnost znatnega znižanja proizvodnih stroškov v prohodnosti. Ni žaganja rezin. Apex (polikristalne Si) sončne celice 0,03 do 0,1 mm + keramični substrat 9,5 % Modre z AR plastjo, srebrno-sive brez AR plasti Omejena uporaba proizvodnih postopkov Možna proizvodnja v obliki traku, ni žaganja rezin, material veliko obeta. Možnost znatnega znižanja proizvodnih stroškov v prohodnosti Monokristalne Si celice v obliki dendritne mreže 0,13 mm vključno s Modra z AR 13 % kontakti plastjo Omejena uporaba proizvodnih postopkov Možna proizvodnja v obliki traku, ni žaganja rezin. Amorfne sončne celice 0,0001 mm + 1 do 3 mm substrat 5-8 % Rdečemodra, črna Manjša učinkovitost, krajša življenjska doba. Možna proizvodnja v obliki traku, ni žaganja rezin. Ob izboljšanju dolgoročnih lastnosti (izkoristek, življenjska doba) najbolj perspektiven material. Kadmijev telurid (CdTe) 0,008 mm + 3 mm steklen substrat 6-9 % (modul) Temno zelene, črne Strupene surovine Možnost znatnega znižanja proizvodnih stroškov v prohodnosti Bakrov indijev diselenid (CIS) 0,003 mm + 3 mm steklen substrat Tabela 2 Vrste sončnih celic in opis 7,5-9,5 % Omejene zaloge Črna (modul) indija v naravi Možnost znatnega znižanja proizvodnih stroškov v dnosti 7. PRIMER UPORABE Sončne celice združujemo v panele, te pa v neko skupino-sončne elektrarne. Poznamo več različnih primerov sončnih elektraren: Sončne elektrarne na stanovanjskih hišah Vsekakor če ste lastnik hiše in bi želeli zmanjšati račun za električno energijo, potem je postavitev sončne elektrarne na streho vaše hiše idealna izbira. Vseeno pa je potrebno imeti zadostno količino sonca skozi dan, da lahko postavite to vrst sončnih celic. Poleg vsega je potrebno imeti dovolj trdno streh ter pravi naklon za postavitev te sončne elektrarne.

161 Slika 75 Primer sončne elektrarne na stanovanski hiši Sončne elektrarne na večjih poslovnih stavbah Velika prednost postavitve sončne elektrarne na poslovni stavbi je zmanjšanje stroškov električne energije. Poleg vsega je prednost tudi v velikosti stavb, saj se lahko investicija v sončno elektrarno na streh poslovne stavbe izjemno hitro povrne. Slika 76 primer sončne elektrarne na poslovnem objektu (Gospodarsko rastavišče) Sončne elektrarne na tleh Prazna zemljišča, ki niso za uporabo, so lahko namenjena za postavitev sončne elektrarne. Seveda pod pogojem, da je tam zadostna količina sonca skozi dan. Slaba lastnost takšne postavitve elektrarn je le v tem, da ni privlačna na izgled. Vsekakor pa je potrebno paziti, da elektrarno ne postavimo na zazidljiva oziroma rodovitna območja. Slika 77 Primer sončne elektrarne na tleh Integrirane sončne elektrarne Preprosto nadomestite material za strešno kritino z solarnimi celicami

162 Slika 78 Primer intergrirane sončne elektrarne Otočne sončne elektrarne Otočne sončne elektrarne so prava rešitev v primeru, kadar želimo imeti neodvisen vir električne energije in nimamo možnosti za priključitev na omrežje. Tipičen primer uporabe je v planinskih kočah, počitniških hišah in podobno. Gre običajno za elektrarne manjših moči (do nekaj kw), ki pokrivajo električne potrebe objekta na katerem so nameščene 8. CENA SONČNE ENERGIJE Solarna energija še vedno spada med zelo drage vire energije. Visoki stroški investicije, in neinformiranosti pogosto odvračajo ljudi od njene uporabe. Ampak cene se z leta v leto znižujejo, tako da bo morda v bližnji prihodnosti s sposobna tekmovati s konvencionalnimi energetskimi viri. Sončne elektrarne na stavbah mikro - manjše od 50kW mala - manjše od 1MW srednja - od 1MW do vključno 10MW velika - nad 10MW do vključno 125MW Cena ZO (EUR/MW h) Višina OP (EUR/MWh) ,82 241,72 266,01 216,91 220,75 169,98 / 140,71 Sončne elektrarne samostojni objekti Cena ZO (EUR/MW Višina OP (EUR/MWh)

163 mikro - manjše od 50kW mala - manjše od 1MW srednja - od 1MW do vključno 10MW velika - nad 10MW do vključno 125MW h) ,29 224,19 251,80 202,70 202,99 152,22 / 132,66 Tabela 3 Odkupne cene sončne energije za leto Obnovljiva energija Obnovljiva energija predstavlja 18% vseh globalnih virov energije, vendar večinski delež prihaja iz naslova vodno energije. Če izvzamemo vodno energijo, obnovljivi viri predstavljajo le 2% globalnih virov energije in je sončna energija le majhen delež tega, oziroma le 0,04%. To predstavlja ogromno prostora za rast in uvajanje te tehnologije. Čeprav energija predstavlja majhen delež virov, pa infrastruktura za sončno energijo hitro narašča že nekaj časa in sicer 39% CAGR v zadnjih petih letih. Ponovno zanimanje za obnovljive vire energije (tako kot tudi jedrske) je večinoma posledica skrbi zaradi globalnega segrevanja. Znanstveniki že nekaj časa opozarjajo na ta problem, vendar smo šele v zadnjih letih opazili, da to postaja tudi politična tema. Večina opaženih sprememb atmosfere je zaradi emisije nevarnih plinov, ki so posledica izgorevanja fosilnih goriv (ki se uporabljajo za proizvodnjo električne energije). Ni verjetno, da bodo ljudje prostovoljno spremenili način dosedanjega obnašanja in začeli sami uporabljati manj škodljive substance. Vendar, glede na pomembnost tega problema za politiko lahko pričakujemo, da bodo vlade začele z uvedbami programov, ki bodo zniževali emisijo nevarnih plinov. V okviru takšne politike lahko tudi pričakujemo povečano uporabo obnovljivih virov. Kyotski protokol je eden izmed primerov, kjer so vlade posredovale za pospešeno uporabo obnovljivih virov energije. Sprememba strukture uporabe virov energije v korist obnovljivih je opazna tudi v državah, ki niso podpisnice tega protokola (na primer ZDA).

164 Slika 79 Uporaba obnovljivih virov po svetu 9. RAZSMERNIK in SONČNE CELICE Razsmerniki pretvarjajo enosmerni tok, ki ga proizvedejo solarne celice v solarnih modulih v izmenični, z omrežjem ujemajoči se električni tok. So drugi najpomembnejši del sončne elektrarne in predstavljajo 7 do 9 % vrednosti sončne elektrarne po sistemu izgradnja na ključ. Model razsmernika: Max. moč DC Max. napetost DC PV-območje, MPPT Max. vhodni tok Sunny boy W 400 V 139 V 320 V 10 A Izkoristek 93 %

165 PODATKI O SONČNIH CELICAH Največja izhodna napetost: 44.0V Največji tok: 12A Največja moč: 180W Dimenzije: 160 * 80 cm Temperaturno območje: od -40 do 80 stopinj celzija 10. IZDELEK-MFE TŠC 10.1 Material in orodje Za izdelavo izdelka smo potrebovali naslednje orodje: -vrtalni stroj -kladivo -meter -izvijač -ključe -inbus ključ Material za izvedbo projekta: -Železna konstrukcija -Sončni moduli -Navojne palice M10 -Pritrdilci za sončne module -aluminjasti profili -barva za železo -matice in podloške -razsmernik -solarni kabli 10.2 Potek dela in aktualizacija projekta Najprej smo izdelali železno konstrukcijo, ter jo pobarvali in jo spravili na streho. Nato smo skozi steno izvrtali 6 lukenj, ter skozi luknje porinili navojne palice M10 in pritrdili konstrukcijo na steno zgradbe. Na to konstrukcijo smo kasneje pritrdili še dva sončna

166 aluminjasta profila, ter na te profile z posebnimi spojkami pritrdili še sončne celice. Nato smo povezali sončne celice z razsmernikom. Izvod iz razsmernika smo priključili na vtičnico, katera bo polnilna postaja za električni avto.

167