Elektriauto

Tööpõhimõte

Sõltumata sellest, milline on elektrimootori energiaallikas, kasutatakse elektriauto ajamis sarnast skeemi. Kütuseelemendist või akust saadud alalisvool muudetakse soovitud sagedusega kolmefaasiliseks vahelduvvooluks vaheldi (inverteri) abil. Vaheldist toidetakse kolmefaasilist vahelduvvoolumootorit. Selline muundamine võimaldab mootoris kõige lihtsamal viisil saada pöörlevat liikumist ja suurt pöördemomenti. Muunduri muundatud voolu sagedusest sõltub mootori kiirus. Paigalt liikumist alustatakse nullsagedusest ja suurendatakse seda järk-järgult.
Tänapäeval kasutatakse muundurites jõutransistore. Muunduri ja seega ka elektrimootori tööd juhib autojuht kiirus- ja piduripedaali ning režiimivalikute teel elektroonikaseadmete abil. Auto elektrimootor on enamasti kolmefaasiline püsivmagnetitega sünkroonmootor või asünkroonmootor. Viimast on aga keerulisem kasutada pidurdamiseks. Need on kõige lihtsamad ja töökindlamad tuntud mootoritest. Sellisel mootoril on liikuvaks osaks ainult induktor (rootor), mille võll toetub kahele kuullaagrile. Kasutegur 80–90 protsenti.
Elektrimootor arendab suurt pöördemomenti (jõumomenti) ka väikestel pööretel ja ei vaja käigukasti, nagu sisepõlemismootoriga auto ajam. Elektriajamiga autol on küll reduktor, kuid see vähendab pöörlemiskiirust ja toimib momendi võimendina. Selline lahendus võimaldab kasutada suure kiirusega ja seega väikese massiga mootorit.
On ehitatud ka elektriautosid, mille ratas on ühtlasi sünkroonmootor. Ratta telje peal paikneb kolmefaasiline staatorimähis (paigalseisev osa), välisinduktori moodustab velg (pöörlev osa), mille sisepinna sisse on valatud püsivmagnetid. Aeglase pöörlemiskiiruse saamiseks tuleb ehitada kümmekond pooluspaari (paarkümmend N-S magnetit vaheldumisi).
Kuna võimsus on momendi ja kiiruse korrutis, siis mootori madala kiiruse juures on vaja suurt momenti. Sellise mootori-ratta lahenduse juures ei piisa neljast rattast, vaid autole on alla pandud kaheksa ratast (neli telge). Puuduvad aga igasugused ülekanded, mootori ainsaks liikuvaks osaks on velg, millel paikneb rehv, kogu auto kere on sõitjate ja toiteallikate päralt.
Kõigi elektriautode üks eelis on rekuperatiivpidurduse võimalus. Auto pidurdamiseks muudetakse mootor generaatoriks ja auto liikumisenergia muundub akude laadimiseks sobivaks elektrienergiaks. Seega pidurdamisel ei muudeta auto kineetilist energiat enam pidurites soojuseks, mis õhku haihtus, vaid akude elektrienergiaks.
Autofirmad on oma elektriautosid reklaaminud kui CO₂ nullemissiooniga autosid. See on ainult osaline tõde ja võimalik siis, kui kasutame tuule-, päikese-, hüdro- või aatomielektrijaamast saadud energiat. Muide, tuumaelektrijaam ja elektriauto sobiksid omavahel väga hästi, eriti siis, kui akude maht võimaldab sõita kogu päeva akut laadimata. Tuumajaama võimsust ei ole kerge reguleerida ja seepärast vajab see päeval töötava tööstuse asemel öösel lisatarbijaid.
Väljatransistoridel töötava vaheldi võib muuta alaldiks, seega sünkroongeneraatori vahelduvvool alaldatakse akude laadimiseks sobivaks alalisvooluks. Pidurdusenergia tagastamine on eriti oluline linnasõidul, kus kiirendused ja pidurdused vahelduvad pidevalt. Mehaanilisi pidureid kasutatakse seisupiduritena ja eriti intensiivseks või väikese kiiruse juures pidurdamiseks. Elektriauto piduriklotsid/kettad kuluvad märgatavalt vähem kui tavaautol ja elektriauto ei tarbi linnas oluliselt rohkem energiat kui maanteesõidul. Muidugi ei tarbi foori all seisev elektriauto midagi, sest mootor seisab. Tere tulemast, elektriauto!.

Kütuseelemendiga elektriauto

Kütuseelement toodab elektrienergiat vesinikust autos kohapeal. Kütuseelement on võimeline surupaagist saadud vesiniku ja õhust võetud hapniku oksüdatsiooni keemilise energia muutma otse elektrienergiaks ja soojuseks, kusjuures heitmeks on ainult veeaur. Kogukasutegur (elekter + soojus) on 80...90%, elektrienergia saamisel kasutegur kuni 65%. Kaks kolmandikku saadud energiast moodustab elekter, ülejäänu aga soojus. Selline auto võiks ka öösel maja elektriga varustada ja kütta.
Protsess toimub mehaanilise vahelülita ja seepärast on elektri tootmise efektiivsus kaks korda parem kui elektri tootmisel sisepõlemismootoriga või elektrijaamas auruturbiiniga. Vesiniku kõrval saab kasutada ka vesinikurikast gaasi või vedelikku. Täpsemalt öeldes kasutatakse autol kütuseelementidest koostatud patareid. Elektrimootori toiteks vajaliku pinge saamiseks tuleb jadamisi ja suurema voolutugevuse saamiseks rööbiti lülitada hulk elemente. Saadud alalisvool tuleb muuta vaheldi abil kolmefaasiliseks muudetava sagedusega vahelduvvooluks, nii nagu akutoitega elektriautos tehakse. Pidurdusenergia salvestamiseks ja kasutamiseks paigaldatakse autole ülikondensaatorpatarei.
Kütuseelemendi töö on vastupidine protsess elektrolüüsile ja tuntud juba üle 170 aasta. Elektrolüüsi teel võime paiksete seadmetega veest ja elektrist uuesti toota vesinikku. Kütuseelement on siiski veel liiga kallis. Üks kallis koostisosa on plaatinast katalüsaator. Uued tehnoloogiad on aga võimaldanud selle kalli metalli vajadust kütuseelemendis vähendada kümneid kordi.
Kütuseelemente võib valmistada erineva võimsusega, neid on kasutatud veoautode, autobusside ja isegi elektrijaamade energiaallikatena.

Akupatareiga elektriauto

Kütuseelementidest odavamaks on osutunud akude kasutamine. Selliseid autosid on hakatud nüüd enam tootma. Akumulaatoriteks olid pliiakud, mis on aga suhteliselt vähese energiamahutavusega massiühiku kohta. Tootmistehnoloogia on see-eest ammu tuntud ja olemas pikaajalised kasutuskogemused. Viimasel ajal on kasutatud liitiumioon akupatareisid. Seni rohkem tuntud mobiiltelefonides ja sülearvutites. Need akud on pliiakudest kallimad, kuid mahutavad sama massi juures rohkem energiat. Ühe laadimisega läbib auto 150...400 km sõltuvalt akupatarei mahutavusest (akude hulgast patareis).
Akusid saab laadida tavalisest kodu elektrivõrgust, alaldi paikneb autol, kuid kuna koduvõrk ja pardalaadija on väikese võimsusega, kestab laadimine kaua, ööga saab akupatarei siiski laetud ning pealegi odavama öise elektrienergiaga. Garaažis ja teel laadimisjaamades on võimsamad alaldiga laadijad, mis võimaldavad poole tunniga laadida 80% aku mahutavusest.

Päikesepatareiga elektriauto

Päikesepatareiga elektriauto (päikeseauto) ehitatakse väga kergena, veomootoriks elektrimootor. Päikesepatarei paneelid paigutatakse auto katusele ja nii saab energiat auto elektrimootori toiteks. Selline auto elektrimootor võib saada energia otse päikesepatareidest pingemuunduri või vaheldi kaudu. Teine lahendus on selline, kus autol on ka akupatarei, mida laaditakse siis, kui päikest on. Ilma akuta päikesepatareidega autod on väga väikese võimsusega, 2–3 hj (1,5–2,2 kW), sest auto välispind ei võimalda vajalikku hulka päikesepatareisid paigaldada. Auto kiirus ulatub veidi üle 100 km/h.

Ajalugu

Elektriautode ajalugu on üldiselt vähe tuntud. Kindlalt teada on see, et need leiutati enne sisepõlemismootoriga sõidukeid.
Kuni 20. sajandi algusaastateni kuulusid elektriautodele maismaal liikumise kiirusrekordid. 20. sajandi saabumisel olid Ameerika Ühendriikides 38% autodest elektriautod. Elektriautode müügi tipp oli 1912.
Seoses odava nafta üleküllusega (tollal 1 dollar barrel) jäid elektriautod tagaplaanile. 1970. aastatel toimunud ülemaailmne energiakriis suurendas taas üldsuse huvi elektriautode vastu.

Rekordiautod

20. sajandi algusaastateni olid elektriautode valduses maismaal liikumise kiirusrekordid.
Alates 2004. aasta oktoobrist kuulub elektriautode kiirusrekord autole Buckeye Bullet, mille tippkiiruseks mõõdeti rohkem kui 510 km/h. Sellel autol on üle 500-hobujõuline mootor, mis saab energiat NiMH akudelt.