Hoe belangrijk zijn elektrische en hybride technologieën voor de werkplaats?
THERMOMANAGEMENT IN ELEKTRISCHE EN HYBRIDE VOERTUIGEN
Hier vindt je nuttige basiskennis en praktische tips over het onderwerp thermomanagement in elektrische en hybride voertuigen.
De volgende informatie biedt je een overzicht van de respectievelijke elektrische en hybride technologieën. Van de basisprincipes en systeemeigenschappen tot oplossingen voor het thermomanagement en bijzonderheden voor wat betreft de onderwerpen onderhoud, reparatie en wegslepen. Bovendien vindt je hier belangrijke informatie over de kwalificaties die vereist zijn voor het werk in kwestie.
Belangrijke veiligheidsinstructie
De volgende technische informatie en praktische tips zijn door HELLA ontwikkeld om autogarages bij hun werkzaamheden professioneel te ondersteunen. De op deze website beschikbare informatie mag alleen worden gebruikt door vakmensen die in de desbetreffende materie zijn opgeleid.
INHOUDSOPGAVE
HOE BELANGRIJK ZIJN ELEKTRISCHE EN HYBRIDE TECHNOLOGIEËN VOOR DE WERKPLAATS?: INLEIDING
In 2018 werden wereldwijd voor het eerst meer dan 2 miljoen elektrische auto's en plug-in-hybrids verkocht. Met 2,1 miljoen verkochte voertuigen is hun marktaandeel zodoende gestegen tot 2,4 procent van alle nieuwe registraties - en de trend is stijgende. (Center of Automotive Management)
In Noorwegen bijvoorbeeld ligt het marktaandeel zelfs al op 50%!
Volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) wordt de groei van de elektrische en hybride mobiliteit voornamelijk gedreven door overheidsprogramma's zoals verkooppremies, lokale rijverboden voor auto's met verbrandingsmotoren of doelstellingen voor schone lucht. De autoriteit beschouwt e-voertuigen als een van meerdere aandrijvingstechnieken waarmee op de lange termijn de duurzaamheidsdoelstellingen voor het verminderen van de emissies kunnen worden gerealiseerd. Volgens een studie van consultancyfirma PwC zou in 2030 elke derde nieuwe auto die in Europa wordt geregistreerd, een elektrische auto kunnen zijn.
Het is dus niet langer de vraag of voertuigen met elektrische, hybride of waterstofgebaseerde technologieën werkelijk terrein zullen winnen. Ze zullen weldra een alledaagse verschijning op onze wegen worden.
Ook deze voertuigen zullen onderhouden en gerepareerd moeten worden, waarbij het onderwerp thermomanagement steeds complexer zal worden. De temperatuurregeling van de accu en vermogenselektronica speelt hierbij net zo'n belangrijke rol als de verwarming en koeling van het voertuiginterieur. Ook bij dit soort aandrijvingen zijn componenten van de airconditioning nodig en het belang hiervan neemt zelfs toe, aangezien de airconditioning vaak een directe of indirecte invloed op de koeling van de accu's en elektronica heeft. Het onderwerp 'Klimaatonderhoud' zal daarom in de toekomst een nog belangrijkere rol spelen.
OVERZICHT VAN DE HYBRIDE TECHNOLOGIEËN: VERGELIJKING
Het begrip 'hybride' staat voor een mix of combinatie. In de voertuigtechniek betekent dit, dat in een voertuig een verbrandingsmotor met traditionele techniek wordt gecombineerd met de elementen van een elektrisch aangedreven voertuig.
De hybridetechnologie wordt in drie stappen, d.w.z. van de micro-hybrid, de mild-hybrid tot de full-hybrid, technisch steeds veeleisender. Ondanks technische verschillen hebben alle technologieën gemeen dat de toegepaste accu wordt opgeladen door het terugwinnen van remenergie.
Op dit moment zijn de typische vertegenwoordigers van de full-hybrid-voertuigen de Toyota Prius, de BMW ActiveHybrid X6 (E72) en de VW Touareg Hybrid. Daarentegen zijn de Honda Civic IMA, BMW ActiveHybrid 7 en de Mercedes S400 (F04) voorbeelden van een mild-hybrid.
| Micro-hybrid | Mild-hybrid | Full-hybrid | |
|---|---|---|---|
| Vermogen van de elektromotor / dynamo | 2 – 3 KW (Remkrachtterugwinning door dynamo) | 10 – 15 KW | > 15 KW |
| Spanningsbereik | 12 V | 42 – 150 V | > 100 V |
| Bereikbare brandstofbesparing ten opzichte van een conventioneel aangedreven voertuig | < 10% | < 20% | > 20% |
| Functies die bijdragen aan brandstofbesparing | – Start-/stopfunctie – Recuperatie | – Start-/stopfunctie – Boost-functie – Recuperatie | – Start-/stopfunctie – Boost-functie – Recuperatie – Elektrisch rijden |
Zoals uit het overzicht blijkt, zijn er bij elke technologie verschillende functies die bijdragen aan brandstofbesparing. Deze vier functies worden hierna beknopt beschreven.
Start-/stopfunctie
Komt het voertuig tot stilstand, bijvoorbeeld bij een stoplicht of in een file, dan wordt de verbrandingsmotor uitgeschakeld. Wanneer de koppeling wordt ingetrapt en de eerste versnelling ingeschakeld, start de verbrandingsmotor vervolgens automatisch. Zodoende staat deze direct ter beschikking om verder te rijden.
Voertuig stopt – motor wordt automatisch uitgeschakeld.
Koppeling intrappen, versnelling inschakelen – motor start automatisch.
Recuperatie
Recuperatie (terugwinning) is de techniek waarmee een deel van de remenergie wordt teruggewonnen. Normaal gesproken zou deze energie bij het afremmen als warmte-energie verloren gaan. Bij de recuperatie wordt de dynamo van het voertuig als extra motorrem gebruikt – naast de normale wielremmen.
De tijdens het vertragen door de dynamo opgewekte energie wordt aan de energieopslag (accu) toegevoegd. Dit proces verhoogt het sleepmoment van de motor waardoor de voertuigsnelheid afneemt.
Afremmend voertuig – opladen van de accu met verhoogd vermogen
Boost-functie
Tijdens de acceleratiefase lopen de beschikbare draaimomenten van de verbrandings- en elektromotor op. Een elektromotor kan de verbrandingsmotor door middel van de boost-functie ondersteunen voor extra vermogen of ontlasten voor energiebesparing op de verbrandingsmotor. Dit maakt het hybridevoertuig zuiniger, maar zo kan een hybridevoertuig ook sneller accelereren dan een vergelijkbaar, traditioneel aangedreven voertuig.
De boost-functie dient voor het ondersteunen bij het wegrijden en voor meer vermogen bij het inhalen. Deze kracht wordt door de elektromotor afgegeven en ingezet bij optrekken vanuit stilstand en tussenacceleraties bij inhalen. Voorbeeld: bij de VW Touareg Hybrid betekent dit een vermogenstoename van 34 KW.
Boost-functie – Verbrandings- en elektromotor drijven het voertuig gelijktijdig aan
Elektrisch rijden
Als er een gering aandrijfvermogen nodig is, zoals in het stadsverkeer, wordt alleen de elektromotor als aandrijving gebruikt. De verbrandingsmotor is uitgeschakeld. Voordelen van dit type aandrijving zijn hierbij: geen benzineverbruik en geen uitstoot.
Deze technologieën in het voertuig hebben ook veranderde voorwaarden tot gevolg, waarmee u in uw dagelijkse werk rekening moet houden.
Elektrisch rijden – uitsluitend aandrijving door de elektromotor
Elektrische spanning in het boordnet
De eisen waaraan de elektrische aandrijving van een elektrisch/hybride voertuig moet voldoen en de prestaties die deze moet leveren, zijn met de spanningsbereiken van 12 en/of 24 volt niet te realiseren. Hiervoor zijn aanzienlijk hogere spanningsbereiken nodig.
Voertuigen met hoogvoltagesystemen zijn voertuigen die werken met spanningen van 30 tot 1000 V AC (wisselspanning) of 60 tot 1500 V DC (gelijkspanning), aandrijving en hulpaggregaten. Dit geldt voor de meeste elektrische en hybride voertuigen
HOOGVOLTAGESYSTEMEN IN ELEKTRISCHE VOERTUIGEN: FUNCTIE
Een elektrisch voertuig is per definitie een motorvoertuig dat door een elektromotor wordt aangedreven. De elektrische energie voor de voortbeweging wordt verkregen uit een aandrijfaccu, d.w.z. niet uit een brandstofcel of range extender. Aangezien de elektrische auto tijdens het gebruik zelf geen relevante schadelijke stoffen uitstoot, wordt hij geclassificeerd als een emissievrij voertuig.
Bij elektrische voertuigen worden de wielen aangedreven door elektromotoren. De elektrische energie wordt opgeslagen in accu's in de vorm van een of meer aandrijf- of voedingsaccu's.
De elektronisch geregelde elektromotoren kunnen hun maximale koppel reeds bij stilstand afgeven. In tegenstelling tot verbrandingsmotoren hebben ze meestal geen versnellingsbak nodig en kunnen ze reeds bij lage snelheden sterk accelereren. Elektrische motoren zijn stiller dan benzine- of dieselmotoren, bijna trillingsvrij en stoten geen schadelijke uitlaatgassen uit. Hun rendement is met meer dan 90% zeer hoog.
Tegenover de gewichtsbesparing door het wegvallen van de verschillende componenten (motor, versnellingsbak, tank) van de verbrandingsmotor staat het relatief hoge gewicht van de accu's. Elektrische voertuigen zijn daarom meestal zwaarder dan overeenkomstige voertuigen met verbrandingsmotor. De capaciteit van de accu('s) heeft een grote invloed op het gewicht en de prijs van het voertuig.
In het verleden hadden elektrische voertuigen een geringe actieradius met één acculading. De laatste tijd neemt het aantal elektrische auto's dat afstanden van enkele honderden kilometers kan afleggen echter toe, bijvoorbeeld: Tesla Model S, VW e-Golf, Smart electric drive, Nissan Leaf, Renault ZOE, BMW i3.
Om de actieradius van elektrische voertuigen verder te vergroten, worden soms extra apparaten (meestal in de vorm van een verbrandingsmotor) voor de opwekking van elektriciteit ingezet. Dit wordt een 'range extender' genoemd
VIDEO OVER HET ONDERWERP
Voertuigen met hoogvoltagesystemen: veiligheidsinstructies en componenten
De video toont de componenten van een elektrisch voertuig en biedt informatie over de omgang met hoogvoltagesystemen
Airconditioning en koeling in elektrische voertuigen
Om een elektrisch voertuig met een bijzonder hoog rendement te kunnen aandrijven, moet de temperatuur van de E-motor, de vermogenselektronica en de accu in een optimaal efficiënt temperatuurbereik worden gehouden. Om dit te bereiken is een geperfectioneerd thermomanagementsysteem nodig.
Koudemiddelgebaseerd systeem (of directe koeling van de accu)
Koudemiddelgebaseerd circuit
Het circuit van het koudemiddelgebaseerde systeem bestaat uit de hoofdcomponenten condensor, verdamper en accu-eenheid (accucellen, koelplaat en elektrische bijverwarming). Het wordt gevoed door het koudemiddelcircuit van de airconditioning en apart geregeld via ventielen en temperatuursensoren. De beschrijving van de werking van de afzonderlijke componenten wordt gegeven in de toelichting op het koelvloeistof- en koudemiddelgebaseerd systeem (b).
Koelvloeistof- en koudemiddelgebaseerd circuit (of indirecte accukoeling)
Koelvloeistof- en koudemiddelgebaseerd circuit
Hoe krachtiger de accu's zijn, hoe zinvoller het gebruik van het relatief complexe koelvloeistof- en koudemiddelgebaseerde circuit.
Het gehele koelsysteem is onderverdeeld in meerdere circuits, elk met een eigen koeler (lagetemperatuurkoeler), koelvloeistofpomp, thermostaat en koelvloeistofafsluiter. Via een speciale warmtewisselaar (chiller) wordt hierbij ook het koudemiddelcircuit van de airconditioning betrokken. Een hoogvoltage-koelvloeistofverwarming zorgt voor een voldoende hoge temperatuur van de accu bij lage buitentemperaturen.
De temperatuur van de koelvloeistof voor de E-motor en de vermogenselektronica wordt in een apart circuit (binnenste circuit van de afbeelding) met behulp van een lagetemperatuurkoeler onder 60 °C gehouden. Om het volledige vermogen te bereiken en een zo lang mogelijke levensduur te garanderen, is het noodzakelijk de koelvloeistoftemperatuur van de accu steeds tussen ca. 15 °C en 30 °C te houden. Bij te lage temperaturen wordt de koelvloeistof verwarmd via een hoogvoltage-bijverwarming. Bij te hoge temperaturen wordt deze via een lagetemperatuurkoeler afgekoeld. Wanneer dit niet voldoende is, wordt de koelvloeistof verder afgekoeld door middel van een chiller die zowel in de koelvloeistof- als ook in het koudemiddelcircuit is geïntegreerd. Daarbij stroomt het koudemiddel van de airconditioning door de chiller en koelt de eveneens door de chiller stromende koelvloeistof verder af. De hele regeling vindt plaats met behulp van afzonderlijke thermostaten, sensoren, pompen en ventielen.
Koelvloeistof- en koudemiddelgebaseerd circuit
Het koelmiddel- en koudemiddelgebaseerde circuit voor elektrische voertuigen is bijzonder complex. Het gehele koelsysteem is onderverdeeld in verschillende circuits, die hier nader worden verklaard.
Componentbeschrijving
Airconditioning
Door hun hoge rendement geven elektrische aandrijvingen tijdens het bedrijf weinig en bij stilstand helemaal geen warmte aan de omgeving af. Om bij lage buitentemperaturen de auto te kunnen verwarmen of de ramen te kunnen ontdooien, zijn extra verwarmingen nodig. Dit zijn extra energieverbruikers die door hun hoge energieverbruik sterk meewegen. Ze verbruiken een deel van de energie die in de accu is opgeslagen, wat vooral in de winter een aanzienlijk effect op de actieradius heeft. Elektrische bijverwarmingen die in het ventilatiesysteem zijn geïntegreerd, zijn weliswaar eenvoudig en effectief, maar ook zeer energie-intensief. Inmiddels worden er daarom nu ook energie-efficiënte warmtepompen gebruikt. Deze kunnen in de zomer ook als airconditioning voor de koeling worden gebruikt. Stoelverwarmingen en verwarmde ramen brengen de warmte rechtstreeks naar de te verwarmen locaties en verminderen zo ook de warmtebehoefte voor het interieur. Elektrische auto's brengen hun stilstandtijden vaak door bij oplaadpunten. Daar kan het voertuig voor aanvang van de reis worden voorverwarmd zonder de accu te laden. Onderweg is dan aanzienlijk minder energie voor de verwarming of koeling nodig. Inmiddels worden er ook smartphone-apps aangeboden waarmee de verwarming op afstand kan worden bediend.
Management van laden en ontladen
Voor de accu's wordt gebruik gemaakt van verschillende managementsystemen, die de laad- en ontlaadregeling, temperatuurbewaking, actieradiusberekening en diagnose verzorgen. De duurzaamheid is hoofdzakelijk afhankelijk van de gebruiksomstandigheden en de inachtneming van de bedrijfsgrenzen. Accumanagementsystemen inclusief temperatuurmanagement voorkomen schadelijke en mogelijk veiligheidskritische overbelading of diepe ontlading van de accu's, evenals kritische temperatuuromstandigheden. De bewaking van elke afzonderlijke accucel stelt u in staat om te reageren voordat er een storing of schade aan andere cellen optreedt. Statusinformatie kan ook voor onderhoudsdoeleinden worden opgeslagen en in het geval van een fout kunnen desbetreffende berichten aan de bestuurder worden afgegeven.
In principe is de accucapaciteit van de meeste elektrische auto's vandaag de dag toereikend voor het merendeel van alle korte en middellange afstanden. Een in 2016 door het Massachusetts Institute of Technology gepubliceerde studie kwam tot de conclusie dat de actieradius van de gebruikelijke elektrische auto's van tegenwoordig voldoende is voor 87% van alle ritten. De actieradius varieert echter sterk. De snelheid van het e-voertuig, de buitentemperatuur en vooral het gebruik van verwarming en airconditioning leiden tot een aanzienlijke vermindering van de actieradius. De steeds kortere laadtijden en de constante uitbreiding van de laadinfrastructuur maken het echter mogelijk de actieradius van de elektrische auto's verder te vergroten.
BASISREGEL VOOR HET WERKEN AAN ELEKTRISCHE EN HYBRIDE VOERTUIGEN: PRAKTIJKTIPS
In elektrische en hybride voertuigen is het dan ook noodzakelijk dat hoogvoltagecomponenten worden ingebouwd. Deze zijn gemarkeerd met uniforme waarschuwingsstickers. Daarnaast zijn alle hoogvoltage-leidingen bij alle fabrikanten in fel oranje uitgevoerd.
Bij werkzaamheden aan voertuigen met hoogvoltagesystemen geldt de volgende procedure:
1. Spanning uitschakelen
2. Tegen opnieuw inschakelen beveiligen
3. Spanningsloosheid vaststellen
Houd tevens altijd rekening met de richtlijnen van de fabrikant en onze werkplaatstips!
Waarop moet ik als werkplaats(medewerker) letten?
- Voertuig starten en voortbewegen: Om een voertuig met hoogvoltagesysteem te mogen besturen – ook al is het alleen maar in of uit de werkplaats – moet de betreffende persoon geïnstrueerd zijn
- Service en onderhoud: Onderhouds- en servicewerkzaamheden (wisselen van wielen, inspectiewerkzaamheden) aan hoogvoltagevoertuigen mogen alleen worden uitgevoerd door personen die vooraf door een 'specialist voor werkzaamheden aan intrinsiek veilige HV-voertuigen' op de gevaren van deze hoogvoltagesystemen zijn gewezen en hierover zijn geïnstrueerd
- Vervanging van hoogvoltagecomponenten: Personen die hoogvoltagecomponenten zoals een aircocompressor vervangen, moeten over de juiste kwalificaties beschikken ('specialist voor werkzaamheden aan intrinsiek veilige HV-voertuigen')
- Vervangen van de accu: De reparatie of vervanging van onder spanning staande hoogvoltagecomponenten (accu's) vereist een speciale kwalificatie.
- Pechhulp / wegslepen / bergen: Iedereen die pechhulp aan voertuigen met hoogvoltagesystemen verleent of deze voertuigen wegsleept of bergt, moet over de structuur en werking van deze voertuigen en hun hoogvoltagesystemen zijn geïnstrueerd. Bovendien moeten vooraf de desbetreffende instructies van de voertuigfabrikant in acht worden genomen. Als hoogvoltagecomponenten (accu) beschadigd zijn, dient de brandweer geraadpleegd te worden
INTERIEURAIRCO: BASISPRINCIPES
Bij traditionele aandrijfconcepten met verbrandingsmotor is de interieurairco door de mechanisch aangedreven compressor direct afhankelijk van de werking van de motor. Ook in voertuigen die in vakkringen als micro-hybrid worden aangeduid en alleen een start-stopfunctie hebben, worden compressoren met riemaandrijving toegepast. Het probleem daarbij is dat bij stilstand van het voertuig en uitgeschakelde motor al na 2 seconden de temperatuur bij de verdamperuitgang van de airconditioning oploopt. De daarbij behorende langzame toename van de uitblaastemperatuur van de ventilatie, evenals de toename van de luchtvochtigheid, kan door de inzittenden als storend worden ervaren.
Om dit probleem tegen te gaan, kan een nieuw ontwikkelde koude-opslag worden gebruikt, de zogenaamde opslagverdamper.
De opslagverdamper bestaat uit twee blokken: een verdamper- en een opslagblok. Tijdens de startfase resp. bij draaiende motor, stroomt koudemiddel door beide blokken. Het in de opslagblok aanwezige medium wordt intussen zo ver afgekoeld, dat het bevriest. Hierdoor ontstaat een koude-opslag.
In de stopfase is de motor uitgeschakeld en wordt de compressor dus niet aangedreven. De door de verdamper stromende warme lucht wordt vanaf dat moment gekoeld door het bevroren opslagmedium. Deze extra verkoeling gaat door, tot het medium volledig is gesmolten. Bij het verder rijden begint het proces opnieuw, zodat al na een minuut de opslagverdamper weer lucht kan koelen via het dan weer bevroren opslagmedium.
Bij voertuigen zonder opslagverdamper is het bij zeer warm weer al na een korte stilstand noodzakelijk de motor weer te starten. Alleen op deze manier kan de interieurkoeling in stand worden gehouden.
Bij de interieurairco van het voertuig behoort ook het verwarmen van de passagiersruimte, indien dit gewenst is. Bij full-hybrid-voertuigen wordt de verbrandingsmotor tijdens de elektrische rij-fase uitgeschakeld. De aanwezige restwarmte in het watercircuit is slechts voor korte tijd toereikend voor verwarming van het interieur. Ter ondersteuning worden in dat geval hoogvoltage-luchtbijverwarmingen ingeschakeld, die de verwarmingsfunctie overnemen. De werkwijze is vergelijkbaar met een haarföhn: de door de interieurventilator aangezogen lucht wordt bij het passeren van de verwarmingselementen verwarmd en stroomt daarna het interieur binnen
Opslagverdamper
Schematische weergave – opslagverdamper: 1. verdamperblok 40 mm diep, 2. opslagblok 15 mm diep, 3. koudemiddel, 4. latent medium, 5. blindklinknagel
HOOGVOLTAGECOMPRESSOR: FUNCTIE
Functie van de hoogvoltagecompressor
In voertuigen met full-hybrid-technologie worden elektrische hoogvoltagecompressoren toegepast, die niet afhankelijk zijn van de werking van de verbrandingsmotor. Door dit innovatieve aandrijfconcept, worden functies mogelijk die zorgen voor nog meer comfort bij de airconditioning in het voertuig.
Het is mogelijk het verwarmde interieur voor het wegrijden voor te koelen op de gewenste temperatuur. De aansturing is mogelijk via een afstandsbediening.
Deze koeling bij stilstand kan alleen afhankelijk van de beschikbare accucapaciteit plaatsvinden. Rekening houdend met de voor de airco noodzakelijke vereisten wordt de compressor daarbij aangestuurd met het kleinst mogelijke vermogen.
Bij de momenteel toegepaste hoogvoltagecompressoren geschiedt de vermogensregeling door een overeenkomstige toerentalaanpassing in trappen van 50 tpm. Hierdoor is geen interne vermogensregeling nodig.
Bij hoogvoltagecompressoren wordt voor het comprimeren van het koudemiddel gebruik gemaakt van het scrollprincipe, en niet van het tuimelschijfprincipe dat bij riemaangedreven compressoren bij voorkeur wordt gebruikt. De voordelen zijn een gewichtsbesparing van ca. 20% en een vermindering van de cilinderinhoud met eenzelfde waarde bij gelijkblijvend vermogen.
Om het grote draaimoment voor de aandrijving van de elektrische compressor op te wekken, wordt een gelijkspanning van meer dan 200 volt gebruikt – een voor het motorvoertuigsegment zeer hoge spanning. De in de elektromotoreenheid geïntegreerde inverter vormt deze gelijkspanning om naar de voor de borstelloze elektromotor noodzakelijke drie-fasen wisselspanning. De noodzakelijke warmte-afvoer van de inverter en de motorwikkelingen wordt door de doorstroming van de koudemiddel-retourstroom mogelijk gemaakt.
TEMPERATUURMANAGEMENT VAN DE ACCU: VERGELIJKING
De accu is essentieel voor het gebruik van een elektrisch en hybride voertuig. Deze moet snel en betrouwbaar de aanzienlijke hoeveelheid benodigde energie voor de aandrijving leveren. De meeste van deze accu's zijn lithium-ion- en nikkel-metaal-hybride hoogvoltage-accu's. Daarmee zijn de afmetingen en het gewicht van de hybride-voertuigaccu's verder gereduceerd.
Het is absoluut noodzakelijk om de toegepaste accu's binnen een bepaald temperatuurbereik te gebruiken. Vanaf een bedrijfstemperatuur van +40 °C vermindert de acculevensduur, terwijl onder -10 °C het rendement en vermogen afnemen. Bovendien mag het temperatuurverschil tussen de afzonderlijke cellen niet boven een bepaalde waarde uitkomen.
Kortstondige piekbelastingen in combinatie met hoge stromen, zoals bij recuperatie en boosten, leiden tot een aanzienlijke verwarming van de cellen. Daarnaast dragen hoge buitentemperaturen in de zomermaanden eraan bij dat de temperatuur snel de kritische waarde van 40 °C bereikt.
Het gevolg van een temperatuuroverschrijding is een snelle veroudering en een daarmee gepaard gaande vervroegde uitval van de accu. Voertuigfabrikanten streven naar een berekende acculevensduur van 1 autoleven (ca. 8-10 jaar). Een buitensporig verouderingsproces kan alleen met een correct temperatuurmanagement worden tegengegaan.
Op dit moment worden drie verschillende methoden voor temperatuurmanagement toegepast.
Mogelijkheid 1
Lucht uit het gekoelde voertuiginterieur wordt aangezogen en gebruikt voor het koelen van de accu. De aangezogen koele lucht uit het voertuiginterieur heeft een temperatuur van minder dan 40 °C. Deze lucht wordt gebruikt om de vrij toegankelijke oppervlakken van de accu te ventileren.
Nadelen van deze methode zijn:
- De geringe effectiviteit van de koeling.
- De uit het interieur aangezogen lucht kan niet worden gebruikt voor een gelijkmatige temperatuurverlaging.
- De aanzienlijke inspanningen voor het geleiden van de lucht.
- Eventueel storende geluiden in het interieur door de ventilator.
- Via de luchtkanalen ontstaat een directe verbinding tussen de passagiersruimte en de accu. Dit kan uit veiligheidsoverwegingen problematisch zijn (bijv. door gasdampen uit de accu).
- Omdat de lucht uit het interieur ook stof bevat, moet het gevaar voor introductie van vuil in de accu niet worden onderschat. Het stof zet zich af tussen de cellen en vormt in combinatie met condenserend vocht uit de lucht een geleidende laag. Deze laag bevordert het ontstaan van lekstromen in de accu. Om dit gevaar tegen te gaan, wordt de aangezogen lucht gefilterd.
Om dit gevaar tegen te gaan, wordt de aangezogen lucht gefilterd. Als alternatief kan de luchtkoeling ook plaatvinden door middel van een afzonderlijk klein airco-apparaat, vergelijkbaar met de afzonderlijke airconditionings achter in luxe voertuigen.
Mogelijkheid 2
Een speciale, in de accucel ingesloten verdamperplaat wordt aangesloten op de in het voertuig aanwezige airconditioning. Dit gebeurt in een zogenaamde splitting-proces aan de hogedruk- en lagedrukzijde via pijpleidingen en een extra expansieventiel. Zo zijn de interieurverdamper en de verdamperplaat van de accu, die als een normale verdamper werkt, aangesloten op dezelfde kringloop.
Door de verschillende taken van de beide verdampers is er sprake van verschillende eisen aan de koudemiddeldoorstroming. Terwijl het koelen van het interieur moet voldoen aan de eisen die de passagiers aan het comfort stellen, moet de hoogvoltage-accu, afhankelijk van de rijtoestand en omgevingstemperatuur, meer of minder sterk worden gekoeld.
Op basis van deze eisen ontstaat een complexe regeling voor de hoeveelheid te verdampen koudemiddel. De bijzondere constructie van de verdamperplaat en de hierdoor mogelijke integratie in de accu, biedt een groot contactoppervlak voor warmte-uitwisseling. Hierdoor wordt gewaarborgd dat de kritische maximale temperatuur van 40 °C niet wordt overschreden.
Bij zeer lage buitentemperaturen is een temperatuurverhoging tot de ideale accutemperatuur van min. 15 °C nodig. De verdamperplaat kan in deze situatie echter geen bijdrage leveren. Een koude accu is minder krachtig dan een accu met de juiste temperatuur en kan bij temperaturen duidelijk onder het vriespunt bijna niet meer worden opgeladen. In een mild-hybrid kan dit worden getolereerd: in extreme situaties is de hybridefunctie dan slechts beperkt beschikbaar. Rijden met de verbrandingsmotor is nog steeds mogelijk. Bij een zuiver elektrisch voertuig zal echter een accuverwarming moeten worden aangebracht, om in de winter in elke situatie te kunnen starten en rijden.
Opmerking
Verdamperplaten die direct in de accu zijn geïntegreerd, kunnen niet afzonderlijk worden vervangen. Daarom moet in geval van schade altijd de gehele accu worden vervangen.
Mogelijkheid 3
Bij accu's met een hogere capaciteit speelt een correcte temperatuurregeling een centrale rol. Daarom is bij zeer lage temperaturen een extra verwarming van de accu noodzakelijk, om deze binnen het ideale temperatuurbereik te brengen. Alleen binnen dit bereik kan een bevredigende actieradius in de modus 'elektrisch rijden' worden bereikt.
Om deze extra verwarming te realiseren, wordt de accu in een secundair circuit opgenomen. Met dit circuit wordt gewaarborgd dat de ideale bedrijfstemperatuur van 15 °C – 30 °C continu wordt gehandhaafd.
In het accublok stroomt koelvloeistof, bestaande uit water en glycol (groen circuit), door een ingebouwde koelplaat. Bij lage temperaturen kan de koelvloeistof via een verwarming snel worden verwarmd, om zo de ideale temperatuur te bereiken. Als tijdens het gebruik van de hybridefuncties een temperatuurstijging in de accu optreedt, wordt de verwarming uitgeschakeld. De koelvloeistof kan vervolgens door de in de voorkant van het voertuig aangebrachte accukoeler of lagetemperatuurkoeler door middel van rijwind worden gekoeld.
Als de koeling door de accukoeler bij hoge buitentemperaturen onvoldoende is, stroomt de koelvloeistof door een speciale warmtewisselaar. Hierin wordt koudemiddel uit de airconditioning van het voertuig verdampt. Bovendien kan warmte zeer compact en met een hoge capaciteit vanuit het secundaire circuit op het te verdampen koudemiddel worden overgedragen. Hierdoor vindt een extra afkoeling van de koelvloeistof plaats. Door het gebruik van de speciale warmtewisselaar, kan de accu binnen het temperatuurbereik voor het hoogste rendement worden gebruikt.
VEREISTE VERDERE OPLEIDING VOOR DE REPARATIE VAN ELEKTRISCHE EN HYBRIDE VOERTUIGEN: WETENSWAARDIGHEDEN
Om de complexe systemen, in het bijzonder die voor het thermomanagement, in elektrische en hybride voertuigen te kunnen onderhouden en repareren, is een permanente verdere opleiding noodzakelijk. In Duitsland bijvoorbeeld hebben werknemers die aan dergelijke hoogvoltagesystemen werken, een extra tweedaagse opleiding als 'specialist voor werkzaamheden aan intrinsiek veilige HV-voertuigen' nodig.
Door de daar verkregen kennis is het mogelijk gevaren bij de noodzakelijke werkzaamheden in te schatten en voor spanningsloosheid tijdens de werkzaamheden te zorgen. Zonder de betreffende opleiding is het verboden werkzaamheden aan hoogvoltagesystemen of de componenten ervan uit te voeren. De reparatie of vervanging van onder spanning staande hoogvoltagecomponenten (accu's) vereist een speciale kwalificatie.
ONDERHOUD VAN ELEKTRISCHE EN HYBRIDE VOERTUIGEN: WERKPLAATSTIPS
Ook bij algemene inspectie- en reparatiewerkzaamheden (zoals aan uitlaatsystemen, banden, schokdempers, olieverversing, bandenwissel, etc.) is er sprake van een bijzondere situatie. Deze mogen alleen worden uitgevoerd door werknemers die door een 'specialist voor werkzaamheden aan intrinsiek veilige HV-voertuigen' zijn opgeleid
Op de gevaren van deze hoogvoltagesystemen zijn gewezen en dienovereenkomstig zijn geïnstrueerd. Bovendien moet gebruik worden gemaakt van gereedschappen die voldoen aan de specificaties van de voertuigfabrikant!
Autobedrijven zijn verplicht om alle medewerkers die bij de bediening, het onderhoud en de reparatie van elektrische en hybride voertuigen betrokken zijn, te instrueren. Neem de desbetreffende landspecifieke omstandigheden in acht.
Gereedschappen voor werkzaamheden aan hoogvoltagesystemen
PECHHULP, WEGSLEPEN EN BERGEN VAN ELEKTRISCHE EN HYBRIDE VOERTUIGEN: WERKPLAATSTIPS
Bestuurders van voertuigen met hoogvoltagesystemen (HV-systemen) worden niet blootgesteld aan directe elektrische risico's – zelfs niet in geval van een defect. Een groot aantal maatregelen van de voertuigfabrikanten beveiligen het HV-systeem.
Ook pechhulp voor voertuigen met HV-systemen is onschadelijk zolang er geen ingreep in het HV-systeem nodig is om storingen te verhelpen.
Bij pechhulp aan of wegslepen van voertuigen die bij een ongeval beschadigd zijn geraakt of uit de sneeuw en het water moeten worden geborgen, bestaan echter gevaren. Hoewel de intrinsieke veiligheid van de voertuigen ter bescherming tegen gevaren van elektrische schokken of vlambogen zeer hoog is, wordt er geen volledige of 100% veiligheid voor elk geval van schade geboden. In geval van twijfel moet de desbetreffende informatie van de voertuigfabrikant in acht worden genomen of worden opgevraagd.
Hoe herken ik of het voertuig een hoogvoltagesysteem heeft?
- Aan het opschrift op het dashboard of op het voertuig
- Aan oranje hoogvoltagekabels (zie afbeelding). Houd u aan de vuistregel: handen af van hoogvoltagecomponenten en oranje leidingen
- Aan de markering op de HV-componenten (zie afbeelding)
Hoogvoltagecomponenten motorruimte
Wie mag pechhulp verlenen?
Pechhulp voor elektrische en hybride voertuigen mag alleen worden verleend door personen die hiervoor speciaal gekwalificeerd zijn. De pechhulpverleners worden daarom geïnstrueerd over het ontwerp en de werking van voertuigen met hoogvoltagesystemen. Hierbij zijn de desbetreffende landspecifieke vereisten en voorwaarden voor niet-elektrotechnische werkzaamheden van toepassing. (Voor Duitsland geldt DGUV-informatie 200-005 "Qualifizierung für Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen" (Kwalificatie voor werkzaamheden aan voertuigen met hoogvoltagesystemen) (voorheen BGI 8686). Neem de desbetreffende landspecifieke omstandigheden in acht.)
Eerste stappen bij pechhulp?
- Verwijder de contactsleutel (let op: transpondersystemen worden bij nadering automatisch ingeschakeld) en trek vervolgens de scheidingsstekker/disconnector van de hoogvoltage-accu eruit.
- Controleer visueel of er HV-componenten beschadigd zijn.
- Voer geen werkzaamheden aan de HV-componenten uit. Deze mogen alleen worden uitgevoerd door personen die gekwalificeerd zijn om aan voertuigen met hoogvoltagesystemen te werken. Dit geldt ook als tijdens de pechhulp HV-componenten worden beschadigd of beschadigd blijken te zijn.
- Ook na het uitschakelen van het HV-systeem kan er een restspanning aanwezig zijn – afhankelijk van de fabrikant nog enkele minuten.
Scheidingsstekker / disconnector
Starten met hulpstartkabels, wegslepen en bergen - waarop moet worden gelet?
Gedrag bij een ongeval
- Bij een ongeval wordt het HV-systeem in de meeste gevallen uitgeschakeld wanneer de airbag wordt geactiveerd. Dit geldt voor bijna alle personenauto's, maar niet noodzakelijkerwijs voor bedrijfsvoertuigen.
- Om zonder gevaar te kunnen werken, moeten alle maatregelen uit het hoofdstuk 'Basisregels voor het werken met elektrische en hybride voertuigen' in acht worden genomen
- Sommige fabrikanten adviseren of schrijven voor om de minpool van de 12/24 V DC-boordaccu los te koppelen (zie voor meer informatie de desbetreffende reddingsrichtlijnen).
- Als HV-accu's of HV-condensatoren (energieopslagapparaten in bedrijfsvoertuigen) door een ongeval zijn beschadigd of gebarsten, vormt dit een bijzonder gevaar. In dit geval moeten hulpverleners van de brandweer of een technische hulporganisatie worden ingeschakeld. Bij de omgang met beschadigde HV-accu's zijn passende persoonlijke beschermingsmiddelen (gelaatsbescherming, veiligheidshandschoenen voor werken onder spanning) vereist.
- Gemorste accuvloeistoffen kunnen corrosief of irriterend zijn, afhankelijk van het type accu. Elk contact hiermee moet worden vermeden. Na een ongeval kan niet worden uitgesloten dat de HV-accu's naderhand als gevolg van interne reacties alsnog in brand vliegen. Ongevalvoertuigen mogen daarom niet in afgesloten ruimten worden geparkeerd.
Hoe nuttig is dit artikel voor jou?
Helemaal niet nuttig
Zeer nuttig