Jak działają samochody elektryczne? Poznaj budowę elektryków

Spis treści:

1. Jak działa samochód elektryczny?

1.1 Silnik elektryczny i akumulatory
1.2 Kontroler silnika elektrycznego i inwerter
1.3 Ładowanie

2. Co może silnik elektryczny?
3. Zabezpieczenia w samochodach elektrycznych
4. Hybrydowa rewolucja
5. Przyszłość samochodów elektrycznych

6. Najczęściej zadawane pytania:

6.1 Czy możliwe jest natychmiastowe ładowanie elektryków?

6.2 Czy wymienia się olej w silniku elektrycznym?

6.3 Ile silników elektrycznych mają samochody elektryczne?

6.4 Jaką wytrzymałość mają silniki elektryczne?

Na to pytanie można odpowiedzieć przewrotnie... Otóż działa cicho, bo silnik elektryczny nie generuje hałasu. Dlatego, zgodnie z przepisami Unii Europejskiej, takie samochody przy niższych prędkościach muszą wydawać z siebie jakiś dźwięk. Ma to zmniejszyć prawdopodobieństwo, że pieszy nie zauważy poruszającego się elektryka.

Oczywiście owa cisza to konsekwencja specyficznej budowy samochodów elektrycznych. Zamiast silnika spalinowego koła samochodu napędzane są energią elektryczną. Brak procesu spalania mieszanki paliwa powoduje, że auta elektryczne to pojazdy bezemisyjne. Nie mają więc rur wydechowych.

Z racji budowy układ przeniesienia napędu wykorzystuje energię elektryczną do poruszania kołami. A to daje niesamowitą efektywność jazdy. Zredukowany jest bowiem zespół przekładni mechanicznych, gdzie energia z paliwa w dużej części tracona jest bezpowrotnie. W autach spalinowych, ta energia tracona jest też na opory wewnętrzne, tarcie, wysoką emisję ciepła, czy przy pompowaniu oleju. Tu więc także elektryki mają przewagę.

Samochód elektryczny, a więc taki zasilany w całości za pomocą energii elektrycznej zmagazynowanej w akumulatorach, to w skrócie BEV. Nazwa pochodzi z angielskiego: Battery Electric Vehicle. Pytanie jak działa samochód elektryczny, jest dziś jednym z najczęściej zadawanych w sieci.

Auto elektryczne wykorzystuje silnik elektryczny do przekształcenia zgromadzonej w akumulatorach energii elektrycznej w energię mechaniczną. Ta napędza koła. Klasyczny silnik elektryczny składa się z wirnika i stojana, a jego działanie oparte jest o zasadę elektromagnetyzmu.

Wspomniane akumulatory to we współczesnych autach przede wszystkim baterie litowo-jonowe. Przechowują one energię elektryczną w płynnej postaci chemicznej.

Jednym z kluczowych elementów napędu elektrycznego jest kontroler silnika. To urządzenie, które reguluje przepływ prądu elektrycznego do silnika, tym samym mając wpływ na prędkość i moment obrotowy kół. To właśnie kontroler zarządza wydajnością silnika w zależności od warunków drogowych i potrzeb wyznaczonych przez kierowcę.

Z kolei inwerter jest odpowiedzialny za przekształcanie stałego prądu z akumulatorów na zmienne napięcie prądu trójfazowego, które potrzebne jest do zasilania silnika. Inwerter jest również elementem zarządzającym przepływem prądu przez silnik w odpowiednich momentach.

W autach elektrycznych nie ma konieczności stosowania sprzęgła. Jest gaz (pedał przyspieszenia) i hamulec. Gaz to zużycie energii elektrycznej. A hamowanie pozwala ją odzyskać. To proces zwany rekuperacją. Pozwala on niejako odebrać energię elektryczną, kiedy kierowca zdejmuje nogę z gazu lub właśnie kiedy naciska na hamulec. Jadąc z górki lub długo hamując z większej prędkości, można w ten sposób odzyskać sporo energii. Przy intensywnym hamowaniu uruchamiane są hamulce hydrauliczne, wykorzystujące tarcie.

Jednak podstawą ładowania aut elektrycznych jest oczywiście ładowarka. Może to być standardowe gniazdo elektryczne 230V. To jednak najwolniejsza opcja ładowania. Można też skorzystać domowych stacji ładowania zwanych wallboxami. Wallbox obsługiwać może moc 3,7 kW, 7 kW, 11 kW lub nawet wyższą, w zależności od modelu.Tak jak niektóre ładowarki publiczne, działają one na prąd zmienny, w skrócie AC.

Zasada działania publicznych ładowarek to podział na prąd stały DC, który trafia bezpośrednio do akumulatora i zmienny AC. Ładowarka prądu stałego może uzyskiwać moc ładowania nawet 200 kW.

W większości aut, doładowywanie samochodu elektrycznego powyżej 80% zmniejsza szybkość pobierania prądu. To zabezpieczenie akumulatorów i nie powinno martwić kierowców aut elektrycznych.

Choć zapłon mieszanki w silniku spalinowym odbywa się błyskawicznie, to jednak zanim taki silnik osiągnie prędkość obrotową, przy której jest w stanie wygenerować pełną moc i pełny moment obrotowy, mija trochę czasu. Podobnie jest na każdym kolejnym biegu. To dlatego przyspieszanie samochodem spalinowym nie jest jednostajne, a kierowca i pasażer odczuwają większe przyspieszenia przy wyższych obrotach i spadki przyspieszenia przy zmianach przełożeń i spadku obrotów.

Zasilanie auta energią elektryczną daje natychmiastowy moment obrotowy silnika i niesamowitą płynność. To sprawia, że przyspieszenie aut elektrycznych jest zdecydowanie szybsze i jednocześnie bardziej finezyjne. I to mimo często większej masy, z powodu wagi akumulatora.

Brak dodatkowych elementów mechanicznych sprawia też, że energia napędza koła samochodu bezpośrednio. To również zwiększa jego przyspieszenie i czas reakcji kół na przykład w autach z napędem 4x4. Moment obrotowy silnika elektrycznego jest więc wzorem w motoryzacji. To sprawia, że elektryczne auta terenowe są tak pożądane. A przykładem mogą być tu choćby elektryczne Range Rovery.

Ważnym elementem napędu elektrycznego jest dopracowanie systemu zarządzania energią. To on monitoruje stan baterii, kontroluje prędkość ładowania, optymalizuje wydajność silnika i innych jego części. Ma to sprawić, by zużycie energii elektrycznej było jak najbardziej efektywne.

Samochody elektryczne mają szereg wbudowanych technologii, które poprawiają efektywność pracy akumulatora. Tym samym zabezpieczają go na przykład przed przegrzaniem. W przeciwieństwie do aut spalinowych, w elektryku nie ma potrzeby chłodzenia silnika, ale baterie czasem schłodzić trzeba. Czasem trzeba wręcz akumulator podgrzać, żeby ładowanie przebiegało szybciej. Stąd zabezpieczeniem w wielu autach są pompy ciepła. Obecność systemów schładzania i podgrzewania akumulatora wynika z faktu, że tylko przy optymalnej temperaturze następuje prawidłowe magazynowanie energii przy ładowaniu.

Tymczasem zarówno liczba elementów aut elektrycznych, jak i ich nowoczesność, sprawiają, że są one lepiej zabezpieczone przed awariami niż auta z silnikiem spalinowym.

Badania przeprowadzone przez wiele firm, w tym AutoinsuranceEZ pokazują, że auta elektryczne nie są niebezpieczne. Otóż prawdopodobieństwo zapalenia się pojazdów elektrycznych z akumulatorem jest kilkukrotnie mniejsze niż w przypadku pojazdów z silnikiem spalinowym. Może to być spowodowane mniejszą ilością elementów ruchomych i brakiem ryzyka wycieków paliwa.

Przełomem w elektryfikacji motoryzacji było powstanie elektrycznego napędu hybrydowego. Wspomaganie silnika spalinowego silnikiem elektrycznym jest dziś powszechne. Mamy więc auta zwane miękkimi hybrydami, gdzie silnik spalinowy wspomagany jest elektrycznym (w skrócie MHEV). Mamy też hybrydy PHEV, a więc takie które mogą także poruszać się jak samochód elektryczny.

Silnik spalinowy działa w nich niezależnie, współpracując z elektrycznym napędem lub w ogóle nie jest uruchamiany. Takie możliwości ma na przykład Range Rover Velar. Dysponuje on zasięgiem w trybie elektrycznym do 64 km. Daje możliwość ładowania od 0 do 80% w 30 minut za pomocą szybkiego ładowania prądem stałym. To tryb elektryczny w samochodzie spalinowym, który doskonale sprawdza się dla osób, chcących porównać działanie obu typów napędu.

W świecie aut elektrycznych widać tendencję do budowy samochodów mogących pomieścić coraz większe akumulatory. To kwestia projektowania i wdrażania specjalnych płyt podłogowych dedykowanych pojazdom elektrycznym. A im większa pojemność akumulatorów, tym większy zasięg.

Nowe konstrukcje aut elektrycznych będą też pozwalały na bardziej efektywne metody ich recyklingu. JLR już dziś inwestuje w magazyny energii oparte o zużyte akumulatory aut. Energia elektryczna zmagazynowana w nich może służyć celom publicznym. To może być nowy, niesamowity trend na gromadzenie energii, a szczególnie jej nadmiarów na przykład z odnawialnych źródeł energii w ich efektywne dni.

Przyszłość świata aut na prąd to także tworzenie samochodów elektrycznych, które odpowiedzą na coraz większe potrzeby klientów. Takie, które do tej pory, były w stanie zaspokoić tylko samochody spalinowe. To na przykład kwestia opracowywania elektrycznych samochodów ciężarowych czy terenowych. A także postawienie na coraz większą trwałość samochodu elektrycznego.