Päältäajettava aggregaatti

Vuoden 2016 syksyllä olimme radioamatööriporukalla Savivuoren näköalatornissa, Viitasaarella. Syysmyrskyn aikaan, tietenkin. Yritimme suunnata radiolinkkiä kun sähköt menivät poikki. Ei pelkältään meiltä vaan myös vasta-asemasta Saarijärvellä noin 40 kilometrin päässä. Kotiinkaan ei kehdattu lähteä, joten ajoimme OH5GE Vilin vanhan Renaultin raadon näköalatornin juurelle, laitomme 12 voltin invertterin tupakansytyttimeen, etsimme pisimmän mahdollisen jatkoroikan ja saimme kuin saimmekin riittävästi sähköä torniin, jotta linkkien suuntaaminen onnistui.

Tämä tapahtuma palasi mieleeni kesällä 2017 ostaessani Toyota Yariksen hybridiversion. Toyotan hybrideissä on bensamoottorin lisäksi kaksi sähkömoottoria, joista toista käytetään sähkön generointiin bensakoneesta. Auto ei siis mainospuheista huolimatta lataudu pelkästään jarrupolkimesta, vaan akkujännitteen ollessa alhainen sähköä generoidaan käynnistämällä bensamoottori. Näin sähkönörttinä tietysti kiinnosti, voisiko autoa käyttä aggregaattina ja tuottaa sillä kilowattitolkulla sähköä.

Autossahan on tuttu 12V:n tupakansytytinliitäntä, johon voi tietysti laittaa pienen invertterin, jolla käyttää esimerkiksi tietokonetta. Itse asiassa sellainen onkin ollut käytössä. Muutamia satoja watteja siitä saakin, mutta ei enempää. Autossa riittää kuitenkin tehoa, koska auton sähkömoottori on teholtaan 45kW ja ilmastontilaitteen sulakekin on 40A (lähde). Kysymys on tietysti, miten sitä saa ulos.

Julkisesta netistä löysin ainoastaan tiedon, että akusto koostuu Ni-MH-akuista, joiden nimellisjännite on 144V. Lisäksi autossa on 12 voltin sähköjärjestelmä, jota varten autossa on integroitu virtalähde ja pieni 12V:n akku. Enempää en oikein löytänyt, joten asia hautautui joksikin aikaa.

Sitten eräänä iltana jo vuosi takaperin netin syövereistä löytyi kyseisen automallin Emergency Response Guide, jossa on ohjeet auton sähköjärjestelmän sammuttamiseen, hinaamiseen ja muita poikkeustilanteita varten. Siinä huomioni kiinnittyi seuraavaan kuvaan:

Eli autosta olisi mahdollista saada sulakkeen takaa turvallisesti 144 volttia tasasähköä ilmanvaihtolaitteen kaapelista. Muut sähkökaapeloinnit ovatkin generaattorin ja moottorin vaihtuvataajuinen kolmivaihesähkö ja aiemmin mainittu 12 voltin järjestelmä. Myöskään akun ja invertterin välissä olevaan kaapelointiin ei kannata kajota.

Auton konepellin alle kurkistamalla on helppo tunnistaa oranssi kaapeli, joka kulkee virtaboksilta ilmastointilaitteelle. Toisin kuin moottorin ja generaattorin kolmivaiheiset oranssit kaapelit, tuo kaapeli on vain kaksinapainen. Myöhemmässä tutkiskelussa se paljastui kahdeksi koaksiaalikaapeliksi.

Etsin tovin sopivaa jatkokaapelia ja yritin tunnistaa käytettyjä DC-liittimiä. Ihan mahdottomaksi se lopulta osoittautui, koska liittimet ovat luultavasti Toyotan omia proprietary-liittimiä. Siispä täytyi keksiä jotakin muuta. Ruotsalaisen autopurkamo Atraccon sivuilta löytyi kuin löytyikin samalla tuotenumerolla oleva purkuautosta peräisin oleva kaapeli, jonka ostin posteineen n. 70 euron hintaan.

Halusin tietysti myös, että sisätilaan menevään sähkökaapeli on auto-olosuhteita kestävää ja kestäisi riittävän määrän virtaa. Hetken pohdinnan jälkeen siihen valikoitui Defan haaroitussarja Motonetistä. Myyjä yritti huolellisesti varmistaa, että kaapeli on oikean mittainen autooni, vaikka en edes aikonut asentaa sitä lohkolämmittimen kanssa rinnan. Päätin kuitenkin helpottaa hänen elämäänsä olemalla selittämättä mitään hybridiauton sähköjärjestelmän hakkeroinnista.

Defan kaapeli vaikutti erittäin kestävältä. Se sisälsi alumiinisen ulkovaipan, jonka sisällä oli tavallinen 16A:n kaapeli. Se on hiukan alimitoitettu, koska auton oma sulake on mitoitettu 40 ampeerille. Joka tapaukesssa aion asentaa erillisen sulakkeen haaroituksen jälkeen.

Siispä on aika aloittaa askartelu. Leikkasin koaksiaalikaapelit poikki ilmastointilaitteen päästä radioamatööriharrastuksen tuomalla varmuudella. Kuorimisen jälkeen liitin vaipat Defa-kaapelin keltavihreään maadoituskaapeliin ja tasasähkön plussan ja miinuksen kaapelin vaihe- ja nollajohtoihin. Käytin Finnparttialta hankkimiani 6mm²:n jatkoliittimiä. Sen päälle vedin tiiviin kerroksen itsevulkanisoituvaa teippiä, väliin vahvikkeeksi kerros jeesusteippiä ja päälle vielä yksi kerros itsevulkanisoituvaa teippiä. Liittimen haaraan voisi lurauttaa vielä tiivisteeksi kuumaliimaa. En kuitenkaan päätynyt tekemään niin, koska asennuspaikka on sellainen, että liitokseen osuva roiskevesi pääsee valumaan liittimestä alaspäin.

Asennuspaikaksi valikoitui Kalle ”k2h” Häkkäsen autohalli, jossa talven keskellä oli kohtuullisen hyvät olosuhteet autosähkön näperrykseen. Homma oli suurimmaksi osaksi muovisten liitinten irrottamista, jotta alkuperäisen kaapin sai irroitettua. Vaikeimmat tapaukset olivat ilmastointilaitteen liitoksen lisäksi invertteriboksin liitos. Tässä auttoi paljon se, että purkuautosta saadusta kaapelista pystyi päättelemään, miten se oli kiinnitetty. Siten emme rikkoneet mitään irroittaessamme kaapeleita.

Invertteriboksi on siis avattava päältä varoituksista huolimatta, jotta ilmastointilaitteen kaapeli saadaan irroitettua. Tämän vaiheen voisi välttää siten, että irroittaa kaapelin ainoastaan ilmastointilaitteen päästä ja tekee liitoksen toisen pään ollessa paikoillaan. Näin itse tekisin sen, jos tekisin saman uudestaan. Tällöin tietysti tarvitsee varmistua siitä, että liitos on jännitteetön esimerkiksi ottamalla ilmastointilaitteen sulake irti.

Tein tämän kuitenkin kaapelia vaihtamalla, joten invertteriboksi täytyi avata. Tässä on hyvä huomata, että kotelon kaikkia pultteja ei tarvitse irroittaa. Varoitustekstin yläpuolella olevan muttterin avaussuojan alla olevaa mutteria ei tarvitse irroittaa vaan hiukan löysentää, jolloin kansi avautuu kuvan mukaisesti. Sen jälkeen ilmastointilaitteen kaapelin ruuvit paljastuvat ja liitin on helppo irroittaa.

Defa-haaroitussarjaan kuuluva pistorasia asennettiin auton hanttimiehen puolelle ja kaapeli tuotiin sisään matkustamoon avartamalla ilmastointilaitteen poistoputken aukkoa. Pistorasia on tavallinen maadoitettu sukopistorasia, joten muuntajien laittaminen polttaa muuntajan ja mahdollisesti myös sulakkeen. Tämän vuoksi pistorasiaan tehtiin merkintä: 140-170 VDC. Kytke vain laitteita, joissa tarra ”DC OK”. Se ei tietenkään poista laitteiden hajottamisen vaaraa, mutta toisaalta laitteista ei tarvitse vaihtaa pistotulppia.

Asennus oli menestys. Käynnistyksen jälkeen auton kojelauta ei ollut joulukuusi ja sähköä tulee myös silloin, kun ilmastointilaite on pois päältä. Käytännössä kaikki hakkurivirtalähteet, joissa lukee 100-240VAC toimivat myös tasasähköllä. Myös yleisvirtamoottorilla toimivat laitteet kuten pölynimurit toimivat. Moottorien kierrosnopeudet tietysti laskevat noin puoleen. Hakkurivirtalähteiden tapauksessa laitteen suorituskyky on identtinen verrattuna töpselisähköön.

Miten hakkurivirtalähteen sitten tunnistaa? Varsin varma tapa on mitata yleismittarilla resistanssia töpselistä. Jos nollan ja vaiheen välinen resistanssi on muutamia ohmeja, kyseessä on varmuudella muuntaja eikä se toimi tasavirralla. Jos resistanssi on satoja kilo-ohmeja tai suurempi, on laite todennäköisesti hakkuri.

Seuraavaksi aion viimeistellä hiukan asennusjälkeä ja lisäksi koota tehokkaan siniaaltoinvertteriboksin, jolla olisi mahdollista tuottaa useamman kilowatin verran töpselisähköä (230V 50Hz) auton sähköjärjestelmästä. Tästä lisää myöhemmin!