ukram2 kirjoitti:Onko mahdollista tehdä kytkintä, joka toimisi pienillä häviöillä, siis sähkömoottori pyörii aina vakionopeudella ja joku neste/magneetti/jokumuu kytkin "jarruttaa" sopivasti siten että haluttu hidas pyörimisnopeus saadaan aikaan? Automaattivaihteisissa autoissahan on joku mystinen momentinmuunnin?
Autojen momentinmuuntimet toimivat kuten pumppu ja turbiini. Pumppu kiihdyttää nestettä ja turbiini jarruttaa momenttia tuottaakseen. Häviöitä syntyy nesteen kitkasta. Parhaimmillaankin tuollaisen hyötysuhde jää kauas taakse sähkömoottorin ja generaattorin hyötysuhteesta. Pyörimisnopeuden välittäminen portaattomasti on ikuinen keksijöiden pettymysten kenttä. Jokainen kuvittelee keksineensä ja jokainen pettyy –toistaiseksi.
Jatketaan vielä hieman ketjun aiheesta. Sähkökoneen luonnollinen pyörimisnopeus on suuri, siksi siihen kytkettävän laitteen pitää pystyä hyödyntämään korkeaa pyörimisnopeutta.
Autoissa sarjahybridi on, polkupyörästä poiketen, huomattavasti kilpailukykyisempi rinnakkaishybridin suhteen. Polttomoottorin luonnollinen pyörimisnopeus on niin suuri, että generaattorin voi laittaa suoraan moottorin akselille. Suurissa moottorigeneraattoreissa voidaan saavuttaa etua käyttämällä mekaanista välitystä generaattorin pienentämiseksi, milloin moottorin luonnollinen pyörimisnopeus on pieni. Laivoissa ja junissa tällaisia näkee toisinaan. Kuitenkin pyörimisnopeus on niin suuri, ettei mekaaninen ylennysvaihde ole kovin suurivälityksinen ja hyötysuhde pysyy korkeana. Pieniä moottorigeneraattoreita voi käyttää suoraan moottorin akselin jatkeena.
Toinen tärkeä seikka sarjahybridin kilpailukyvyn nostajana autokäytössä on polttomoottorin hyötysuhteen suuri vaihtelu kuormituksen ja pyörimisnopeuden suhteen. Sarjahybridissä voidaan moottoria ajaa parhaan hyötysuhteen alueella.
Tästä kuvasta nähdään, miten paras hyötysuhde saavutetaan täydellä kuormalla (kaasu pohjassa) tai sen lähellä kierrosluvulla, jolla moottori antaa parhaan momentin, eli noin kierroslukualueen puolivälissä. ja siis noin puolella moottorin maksimitehosta.
Sadan kilowatin henkilöauton moottori antaa siis parhaan hyötysuhteensa noin 50 kW teholla. Tuolla teholla auto kulkee jo selvästi laitonta nopeutta. Ehkä noin 150 km/h.
Normaalisti ajaen esim. 90 km/h auto kuluttaa vain noin 10 kW, eli kuormitustaso on siis 10% ja hyötysuhde vain kolmasosa parhaasta arvostaan.
Hyvää hyötysuhdetta tavoittelevan auton polttomoottori pitää siis olla vain keskimääräisen tehon parhaalla hyötysuhteellaan antavan kokoinen, eli noin 20 kW. Kiihdytykset ja jyrkät ylämäet pitää sitten kyetä ajamaan sähkömoottorilla, joka tuon aikaa syö virtaa akusta, kunnes polttomoottori seuraavassa alamäessä sen sinne palauttaa.
Näin toimien kokonaishyötysuhde on parempi kuin rinnakkaishybridillä, jossa polttomoottori ei välttättä aina pyöri parhaalla pyörimisnopeudellaan.
Ihmis-sähköhybridi on pahemmassa tilanteessa, sillä paras hyötysuhde on erittäin hitaalla pyörimisnopeudella, mutta onneksi parhaan ihmistehon alueellakin on lähes yhtä hyvä hyötysuhde.
Nämä ovat kuitenkin sähkökoneelle auttamatta liian matalia kierrosnopeuksia ja väliin tarvitaan ylennysvaihde generaattorille ja yleensä alennusvaihde moottorille, vaikka teho välitettäisiin suoraan vetävään pyörään, joka siis pyörii 3-4 -kertaisella nopeudella polkimiin nähden. Toinen ongelma on ihmisen huono teho, joka hidastaa nopeutta ylämäessä, eli juuri siinä, jossa sitä lisätehoa tarvitaan. Tämä huonontaa sähkömoottorin hyötysuhdetta ja vaatii isomman sähkömoottorin.