Jak działa samochód elektryczny? Wszystko, co musisz o nim wiedzieć
Weronika Bazarnik,
3 lata temu
9 min czytania
Jeszcze niedawno mogło się wydawać, że samochody elektryczne to odległa pieśń przyszłości – element codzienności wyjęty z filmu science-fiction. Tymczasem auta napędzane prądem stają się coraz powszechniejszym zjawiskiem na ulicach polskich miast. O ich rosnącej popularności decyduje wiele czynników, wśród których można wymienić chociażby kwestie ekologiczne. Nie wszyscy jednak wiedzą, jak działają samochody elektryczne i czym różnią się od aut spalinowych. Zapraszamy do lektury tekstu, który rozwieje wszystkie wątpliwości!
Z tego artykułu dowiesz się między innymi:
- jakie były początki samochodów elektrycznych,
- czym różnią się pojazdy elektryczne i spalinowe,
- jak działa samochód elektryczny i jego silnik
- jakie są zalety i wady aut tego typu.
Samochody elektryczne – krótka historia
Pierwsze eksperymenty
Silniki elektryczne zostały wynalezione mniej więcej w tym samym czasie, co silniki napędzane paliwami kopalnymi. Prototyp urządzenia tego typu wynalazł inżynier pochodzenia węgierskiego – Ányos Jedlik – i już w 1828 roku zainstalował je w małym modelu samochodu. Z kolei w 1834 roku Thomas Davenport, z zawodu kowal, stworzył analogiczne urządzenie, które mogło przejechać krótki dystans z wykorzystaniem trakcji elektrycznej (można więc uznać go za wynalazcę prototypu tego, co dziś znamy jako tramwaje). Temat był również obecny na uczelniach – w Holandii wykładowca tamtejszego uniwersytetu, profesor Sibrandus Stratingh, zbudował niewielki samochód elektryczny, który był zasilany jednorazowymi bateriami.
Rewolucja
Przełom nastąpił w 1859 roku, gdy fizyk pochodzenia francuskiego, Gaston Planté, przyczynił się do wynalezienia akumulatora kwasowo-ołowiowego. W wielu krajach świata ruszyła produkcja trzykołowych elektrycznych samochodów. Jednak dopiero w Stanach Zjednoczonych, w 1891 roku, powstał pierwszy pojazd elektryczny w postaci wagonu, który mógł pomieścić aż sześć osób i poruszać się z prędkością 23 km/h. Pod koniec XIX wieku na ulicach pojawiły się elektryczne taksówki. Co ciekawe, już na początku XX wieku, aż jedna trzecia aut w USA miała napęd elektryczny. Miał on bowiem więcej zalet niż konkurencyjne silniki parowe i spalinowe, które były głośne, wydzielały śmierdzące opary i były trudniejsze do uruchomienia.
Zmierzch popularności
Ta przewaga zniknęła już w latach 20. XX wieku, gdy stan dróg w Ameryce znacznie się poprawił, a tym samym pozwolił na szybsze poruszanie się samochodami spalinowymi. Auta na prąd poruszały się z maksymalną prędkością 32 km/h i na jednym ładowaniu mogły przejechać od 50 do 80 kilometrów. Pod tymi względami znacznie przewyższały je możliwości silników spalinowych, dzięki którym możliwy był do pokonania większy dystans w znacznie krótszym czasie. Jednocześnie samochody napędzane benzyną lub ropą zaczęły zalewać rynek za sprawą fabryki Henry’ego Forda, która została otwarta w 1910 roku. Ograniczono emisję spalin, zaś wykorzystanie tłumików pozwoliło na zniwelowanie nieznośnego hałasu. Auta spalinowe były również dużo tańsze przez fakt, że były produkowane masowo. Wszystko to sprawiło, że na wiele lat samochody elektryczne zniknęły z rynku.
Auta elektryczne wracają do łask
Renesans popularności samochodów elektrycznych przypada na XXI wiek. Właśnie wtedy bardziej zaawansowana technologia pozwoliła na wykorzystanie w pełni potencjału, który kryje się w autach tego typu. Jednocześnie coraz głośniej mówi się o przyszłości planety oraz o tym, że wkrótce może zabraknąć zasobów, które służą do napędzania pojazdów spalinowych. Wszystko to sprawia, że użytkownicy dróg coraz chętniej wybierają „elektryki”.
Z danych CEP wynika, że obecnie po polskich ulicach jeździ ponad 25 tysięcy samochodów elektrycznych oraz hybryd plug – in. Jeśli chodzi o dane światowe: w roku 2018 sprzedano około 2 miliony aut elektrycznych. W roku 2019 – 2,2 miliona. Popularność samochodów elektrycznych stale więc rośnie.
Samochody elektryczne – czym różnią się od napędzanych paliwem?
Najważniejsze różnice
Podstawowa różnica między autami elektrycznymi a samochodami na benzynę lub ropę polega na tym, że te pierwsze do działania wykorzystują prąd ze źródeł odnawialnej energii. Wbrew pozorom technika stosowana w tego typu rozwiązaniach jest stosunkowo prosta. Podstawa działania to prąd zmienny, z którego korzystamy również podczas używania mikrofalówki czy konsoli do gier. Silnik spalinowy, spalając paliwo, wykorzystuje przemiany chemiczne i termodynamiczne. Natomiast jego elektryczny odpowiednik w związku z przepływem prądu wykorzystuje przemiany elektro- i magnetodynamiczne. W silniku spalinowym – zbudowanym z m.in. cylindrów, tłoków, zaworów, wału korbowego. – znajduje się mechanizm korbowo-tłokowy, natomiast silnik „elektryka” składa się ze stojana i wirnika.
Zalety silników elektrycznych
Wśród zalet silnika elektrycznego możemy wyróżnić jego ciche działanie, brak emisji szkodliwych związków do atmosfery oraz stałe koszty (ceny prądu nie zmieniają się tak dynamicznie jak ceny paliwa). Samochody elektryczne nie wywierają tak szkodliwego wpływu na środowisko jak auta spalinowe. Miłośnicy pojazdów elektrycznych do zalet tego typu aut zaliczają większą wydajność, a także nieskomplikowaną budowę, która przekłada się na niższą awaryjność i prostą obsługę. Dobry samochód elektryczny jest także bardziej ekonomiczny. Dotyczy to przede wszystkim kierowców poruszających się po mieście. Podczas jazdy po zakorkowanych ulicach auta spalinowe zużywają zwykle sporo paliwa, pojazd elektryczny może więc okazać się tańszy w użytkowaniu – zwłaszcza jeśli dysponujemy własną mini – stacją ładowania (np. Wallboxem zamontowanym w garażu). (Więcej na temat kosztów ładowania możesz przeczytać w tekście: Jaki jest koszt ładowania samochodów elektrycznych?)
Wady silników elektrycznych
Choć samochody elektryczne mają liczne atuty, nie można zapomnieć też o ich wadach. Mowa przede wszystkim o konieczności częstego ładowania – auta elektryczne zazwyczaj mają niższy zasięg na pojedynczym ładowaniu niż auta spalinowe po zatankowaniu do pełna. Również stacji ładowania tego typu pojazdów jest mniej niż tradycyjnych stacji benzynowych, dlatego część osób boi się, że dalsza podróż takim samochodem może okazać się uciążliwa. Warto też pamiętać, że czas ładowania akumulatora do pełna w zależności od modelu i rodzaju ładowania może wynieść nawet kilkanaście godzin. Mimo, że samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne, ich osiągi rosną, a punktów ładowania przybywa, to część osób i tak woli wybrać sprawdzone i ogólnodostępne auta z silnikiem spalinowym.
Jak działa silnik elektryczny w samochodzie na prąd?
Podstawowe informacje
Silnik elektryczny to mechanizm stosunkowo niewielkich rozmiarów – najczęściej jest tej samej wielkości, co domowy odkurzacz. Moment obrotowy silnika już na starcie osiąga maksymalną wartość (do kilkunastu tysięcy obrotów na minutę) – w przeciwieństwie do silnika spalinowego, gdzie moc i moment obrotowy zależą od prędkości obrotowej. W samochodach elektrycznych nie potrzeba skrzyni z kilkoma biegami i ze sprzęgłem, ponadto „elektryk” potrafi zamienić aż 85% dostarczonej energii w ruch. Jednobiegowy mechanizm (a dokładniej mówiąc: jednobiegowa przekładnia redukcyjna o stałym przełożeniu) wysyła energię z silnika indukcyjnego do kół. W ten sposób energia elektryczna zostaje przekształcona w energię mechaniczną, która wprawia koła w ruch i pozwala na przemieszczanie się z punktu A do punktu B.
Tajemnice ogniw
Kluczowym elementem całego układu jest akumulator trakcyjny, montowany w szeregowych ogniwach jako element podwozia samochodu. Jego waga może wynosić nawet pół tony i składać się z siedmiu tysięcy akumulatorów litowo-jonowych, które znajdują się pod podłogą. Tego typu akumulator ma dłuższą żywotność i wyższą gęstość mocy, natomiast może również ulec przegrzaniu. Właśnie dlatego między ogniwami samochodów elektrycznych stosuje się płyn chłodzący. Nisko położony środek ciężkości poprawia własności jezdne.
Znaczenie silnika indukcyjnego
Z tyłu samochodu znajduje się falownik, który zamienia prąd stały na prąd zmienny. Działanie to umożliwia silnik indukcyjny, gromadzący prąd zmienny (wychodzący z przetwornika) i wytwarza rotacyjne pole magnetyczne. To właśnie ono wprawia silnik w ruch. Energia zgromadzona w akumulatorze przekazywana jest do silnika, a stamtąd – przy pomocą przekładni – kierowana jest do kół. Warto pamiętać, że samochód elektryczny może dodatkowo odzyskiwać część energii podczas procesu hamowania i tym samym wydłużać swój zasięg.
Ładowanie samochodu elektrycznego – dostępne sposoby
Wiesz już, jak działa samochód elektryczny. Warto dowiedzieć się jednak więcej także na temat jego ładowania. Auto elektryczne ładuje się z zewnętrznego źródła zasilania, czyli poprzez podłączenie do gniazdka. Pojemność akumulatora i wybór metody jego ładowania to istotne czynniki, które wpływają na długość ładowania silnika elektrycznego.
Domowy sposób ładowania
Wiele osób wybiera domową metodę ładowania pojazdu – przy pomocy gniazdka elektrycznego lub po zainstalowaniu prywatnego Wallboxa. Pierwsze rozwiązanie jest tańsze, ale wiąże się z długim czasem oczekiwania na napełnienie akumulatora do 100%. Na pełny akumulator możesz czekać nawet dobę, ponieważ w domowym gniazdku płynie prąd przemienny (AC) o napięciu 230 V i natężeniu 16A, co przekłada się na uzupełnienie mocą 2,2-3 kW w ciągu godziny. Z kolei Wallbox potrafi naładować pojazd nawet 10 razy szybciej, oferując moc ładowania nawet na poziomie 22kW. To rozwiązanie zdecydowanie droższe i bardziej czasochłonne – z instalacją tego urządzenia wiąże się m.in. audyt elektryka oraz zdobycie odpowiednich pozwoleń (jeśli mieszkamy w wielorodzinnym budynku lub korzystamy ze wspólnego parkingu). Jeśli jednak posiadasz własny garaż i zależy ci na szybkim ładowaniu – to prawdopodobnie opcja dla Ciebie. W takim przypadku świetnie sprawdzi się WallBox Green Cell.
Ogólnodostępne stacje
Szybką alternatywą dla ładowania w domowych warunkach są ogólnodostępne stacje ładowania. Wykorzystują prąd stały (DC), dzięki czemu stacje te dysponują mocą od 25 kW do nawet 150 kW. Najszybsze ładowarki – dysponujące mocą 150 kW – pozwalają naładować cały akumulator już w około dwadzieścia – trzydzieści minut. Tym, co powstrzymuje wielu użytkowników przed korzystaniem z tego rozwiązania, jest fakt, że stacji tego typu wciąż jest niewiele (w porównaniu do liczby przydrożnych stacji benzynowych) i mogą być zatłoczone lub znajdować się stosunkowo daleko.
Ładowarka mobilna
Warto wiedzieć, że akumulatory w „elektrykach” można też ładować przy pomocy mobilnej ładowarki, np. modelu Green Cell EV PowerCable. Dzięki niemu naładujesz auto elektryczne nawet mocą 3,6 kW – korzystając ze zwykłego gniazdka elektrycznego. Warto podkreślić, że większość mobilnych ładowarek, które dołączane są do pojazdów, ładuje znacznie wolniej (nawet o 75%!) Pozwala on na ładowanie samochodu mocą 3,6kW ze standardowego gniazda sieciowego. Ładowarka mobilna Green Cell to więc szybka i wygodna alternatywa dla innych sposobów ładowania. A co najważniejsze – dostępna zawsze pod ręką i zaprojektowana tak, by służyć użytkownikowi w każdych warunkach. (Więcej o mobilnych ładowarkach możesz przeczytać w tekście: Mobilna ładowarka do samochodów elektrycznych.)
Podsumowanie
Choć samochody elektryczne pojawiły się już w pierwszej połowie XIX wieku, tak naprawdę na renesans ich popularności musieliśmy czekać przynajmniej do roku 2000. Zdobycze tej technologii wciąż zyskują na popularności, a pojazdy napędzane energią elektryczną stają się elementem codziennego krajobrazu. To nie tajemnica, jak działa pojazd EV, bo choć jego silnik mocno różni się od silnika spalinowego, to zasady jego działania są stosunkowo proste. Właśnie to sprawia, że samochody elektryczne są uznawane za niezawodne i coraz częściej wybierają je kierowcy.
Jeśli rozważasz zakup auta EV lub dysponujesz takim pojazdem, zapoznaj się z ofertą Świata Baterii i dobierz akcesoria do ładowania swojego nowego elektryka!
Polecane akcesoria do aut EV
