Pojazdy z napędem elektrycznym są alternatywą dla środków transportu napędzanych silnikami spalinowymi, przede wszystkim z punktu widzenia ekologii oraz ze względu na wysokość kosztów eksploatacji. Oferta samochodów elektrycznych na rynku staje się coraz szersza. Wzrastają pojemności baterii, a pojazdy dysponują coraz dłuższymi zasięgami i coraz lepszymi osiągami.

Trochę historii

Pierwszy powóz elektryczny powstał w latach 30-tych XIX wieku w Szkocji. Prototypy elektrycznych samochodów zaprezentowane zostały już po kilku latach w Holandii, Szkocji i Stanach Zjednoczonych. Dzięki prędkości, którą uzyskiwały królowały na drogach do momentu, gdy zaczęto stosować w pojazdach silniki spalinowe. Spalinówki okazały się o wiele tańsze i mogły pokonywać większe odległości. Stały się bardziej przystępne i popularne. W XX wieku wiele firm zajmowało się produkowaniem aut z napędem elektrycznym i rozwijaniem technologii w nich stosowanych. Ograniczone ilości, które pojawiały się na rynku sprawiały, że nie każdy mógł sobie na nie pozwolić. Z biegiem czasu napęd elektryczny był coraz częściej stosowany w pojazdach, przede wszystkim ze względu na zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych oraz brak emitowania szkodliwych zanieczyszczeń do środowiska.

Budowa i zasada działania

Silnik jest najważniejszą częścią samochodu napędzanego elektrycznie. Wysokie parametry pozwalają osiągać pojazdom dużą prędkość i gwarantują coraz większy zasięg na jednym ładowaniu. Kontroler przekazuje energię z akumulatorów do silnika oraz z powrotem na akumulatory. Obecnie wykorzystywane akumulatory mają większe pojemności niż kiedyś, przy jednocześnie o wiele mniejszych wymiarach zewnętrznych. Montowane są najczęściej w tylnej części auta lub rzadziej pod jego spodem. Jest to uzależnione od ich liczby oraz modelu samochodu. W niektórych pojazdach wbudowanych jest kilka mniejszych odpowiednio rozlokowanych silników, ich zadaniem jest płynne sterowanie napędem i wszystkimi kołami samochodu. Aby samochód elektryczny działał prawidłowo niezbędne są odpowiednio zaimplementowane algorytmy, których dobór uzależniony jest od rodzaju silnika i konstrukcji całego obwodu. Energia z akumulatorów przekazywana jest do silnika, następnie kierowana bezpośrednio lub przy zastosowaniu odpowiednich mechanizmów i przekładni do kół. Kontroler odpowiedzialny jest za to, aby z akumulatorów do silnika popłynęła energia o odpowiedniej mocy, co gwarantuje właściwą prędkość i osiągi pojazdu. Istnieje również takie rozwiązanie, które polega na odzyskiwaniu części energii w czasie hamowania, pozwala to zwiększyć maksymalny zasięg auta o 20%.

Zasada działania samochodów elektrycznych jest bardzo prosta. Zmagazynowana w akumulatorach energia przekazywana jest do silnika, który napędza koła pojazdu bezpośrednio lub poprzez zespół przekładni mechanicznych. Moment obrotowy takiego silnika dostępny jest od zerowej prędkości obrotowej, dzięki czemu nie ma potrzeby stosowania sprzęgła. Akumulatory ładowane są ze źródła zasilania zewnętrznego.

Rodzaje napędów elektrycznych

Występuje kilka rozwiązań napędu elektrycznego, różnią się między sobą ilością silników elektrycznych, napędzanych kół oraz rodzajem lub też brakiem przekładni mechanicznej. Rozwiązanie z indywidualnymi silnikami elektrycznymi dla dwóch lub czterech kół ma wiele zalet. Nie jest wymagana przekładnia mechaniczna, moc przekazywana jest bezpośrednio do kół z bardzo małymi stratami. Realizacja napędu na 4 koła jest również znacząco uproszczona w porównaniu z samochodem wyposażonym w jeden silnik. Dodatkowymi korzyściami są lepsza trakcja, dzięki wyeliminowaniu mechanizmu różnicowego oraz łatwiejsze sterowanie momentem obrotowym każdego z kół. Główną wadą tego rozwiązania jest konieczność zastosowania dwóch lub czterech silników elektrycznych. Ten wysoki koszt pomniejszony jest o wartość przekładni. Kolejna wada to wysoka masa nieresorowana w przypadku umieszczenia silników bezpośrednio w kołach. Gdy do napędu elektryka zastosowany zostanie tylko jeden silnik elektryczny, cały układ napędowy staje się podobny do stosowanych w samochodach spalinowych. Do przekładni redukującej przekazywany jest moment obrotowy silnika, gdzie za pośrednictwem mechanizmu różnicowego trafia do dwóch kół.

Koszt eksploatacji

Klienci decydujący się na zakup samochodu z napędem elektrycznym mogą liczyć na różnego rodzaju ulgi oraz starać się o dofinansowanie z programów rządowych. Na wysokość kosztów eksploatacji mają wpływ ceny energii oferowanej w stacjach ładowania, ceny energii w gospodarstwach domowych, ulgi w opłatach za parkowanie w strefach ograniczonego postoju i koszty wymiany baterii. Ocena kosztów eksploatacji oraz rentowności wykorzystania pojazdów elektrycznych zależy także od poziomu kosztów eksploatacji samochodów z napędem spalinowym. Decyzja o zakupie elektryka uzależniona jest od parametrów pojazdu oraz od jego zasięgu. Zasięg zależy od mocy baterii oraz dostępności i jakości stacji ładowania.

Wnioski

Mocno zróżnicowane oczekiwania użytkowników napędów elektrycznych oraz trudność w ocenie globalnego wpływu na środowisko, od dawna powodują emocjonalne dyskusje. Do zalet wykorzystywania silników elektrycznych należą: zerowa emisja związków toksycznych (gazów trujących, tlenków azotu, węglowodorów oraz sadzy) i CO2 w trakcie eksploatacji (podczas swojego cyklu życia pojazd elektryczny w porównaniu do spalinowego wyprodukuje średnio od 52% CO2 mniej), spora poprawa jakości powietrza w aglomeracjach i przy drogach o dużym natężeniu ruchu, odczuwalne zmniejszenie hałasu oraz poprawa bezpieczeństwa energetycznego kraju z uwagi na ograniczenie importu paliw.