Historia napędu elektrycznego, czyli sentymentalna podróż od plusa do minusa

From |

Rozwój cywilizacyjny na ziemi od zawsze nierozerwalnie związany był z wykorzystaniem surowców naturalnych, w tym energetycznych. To właśnie u podstaw rewolucji przemysłowej leżało wynalezienie maszyny parowej, do zasilania której niezbędna była energia pochodząca ze spalania węgla kamiennego.

rafineriaNatomiast ropa naftowa na przełomie wieku XIX i XX pozwoliła na rozwój przemysłu motoryzacyjnego, który rozwija się do dziś dzień. Obecnie surowiec ten stanowi główny typ paliwa jakim napędzane są nasze samochody. Rozmieszczenie na świecie pokładów roponośnych w krajach niestabilnych polityczne, doprowadza do sytuacji gdzie niezakłócone dostawy surowca stają się karta przetargową oraz podłożem do spekulacji przez kraje OPEC cenami na rynkach światowych. Działania tego typu oraz coraz to większy negatywny wpływ na środowisko naturalne jaki wywiera spalanie paliw kopalny, wymuszają konieczność poszukiwania nowych alternatywnych źródeł energii.

Pionierskie rozwiązania, sukcesy i porażki

Rozwiązaniem tego typu problemu mogą być pojazdy o napędzie elektrycznym, hybrydowym, czy też wykorzystujące „paliwa alternatywne”. U wielu z nas pokutuje przeświadczenie, że tego typu napędy to nowinki, które goszczą na rynku od kilku lat. Jednak prawda jest zupełnie inna, ponieważ samochody elektryczne mają swój początek w latach trzydziestych XIX wieku za sprawą Roberta Andersona który jako pierwszy zbudował pojazd elektryczny. Wynalezienie akumulatora kwasowo-ołowiowego, komutatora oraz silnika prądu stałego spopularyzowało i znacząco wpłynęło na rozwój tego typu pojazdów. Do roku 1900, na który przypada znaczny rozwój silników spalinowych, to właśnie pojazdy napędzane energią elektryczną biły rekordy prędkości. Jednym z godnych uwagi wydarzeń w tamtym okresie było przekroczenie bariery 100 km/h przez Camille Jenatzy, co miało miejsce 29 kwietnia 1899 roku.

Wiek XX, czas stagnacji

oldmobil Ford model TPojazdy elektryczne na początku XX wieku zaczęły być wypierane z rynku przez rozwiązania wykorzystujące jako napęd silnik spalinowy. Ten stan rzeczy wiązał się z ogromnymi ograniczeniami technologicznymi ówczesnych rozwiązań dotyczących zasilania oraz magazynowania energii elektrycznej, co wiązało się z niską sprawnością układów napędowych. Z biegiem czasu pojazdy elektryczne popadły w niełaskę z powodu masowej produkcji Forda model T oraz bardziej praktycznych rozwiązań samochodów z silnikami spalinowymi.

Problemy natury technicznej oraz naciski lobby naftowego sprawiły, o niemalże całkowitym odwrocie konstruktorów od koncepcji pojazdów o napędzie elektrycznym. XX wiek to czas rozwoju jednostek spalinowych, które podlegały licznym przeróbkom i modyfikacjom, stając się bardziej praktyczne i oszczędne. Użytkowanie tego typu pojazdów z silnikami spalinowymi wiązało się z mniejszą ilością ograniczeń z jakimi musieli borykać się właściciele pojazdów elektrycznych.

Renesans napędu elektrycznego

W latach 70 XX wieku w związku z kryzysem paliwowym oraz problemem globalnego ocieplenia, odwróciła się nieco tendencja dotycząca pojazdów zasilanych alternatywnymi źródłami energii. Wówczas wiele firm motoryzacyjnych zaczęło w swych planach wracać do koncepcji pojazdów elektrycznych lub samochodów wykorzystujących napędy hybrydowe. Jednakże tak zauważalny rozwój pojazdów elektrycznych nie byłby możliwy bez opracowania, udoskonalenia konstrukcji silników stosowanych jako napęd. Poprawa sprawności oraz zmniejszenie energochłonności układu napędowego poprzez zastosowanie nowoczesnych inwerterów, pozwoliło na niemal bezstratną komutację oraz możliwość odzyskania części energii podczas hamowania (rekuperacja). Zastosowanie baterii litowo-jonowych, litowo-polimerowych, zamiast kwasowo-ołowiowych znacząco wpłynęło na zmniejszenie wagi samych pojazdów oraz pozwoliło zwiększyć realny zasięg nawet do 500 km.

Wtyki i gniazda do ładowania samochodów elektrycznychPonadto mniejsze gabaryty elementów energoelektronicznych umożliwiły budowę niewielkich modułów ładujących, pozwalających na dostarczenie energii z domowego gniazda zasilającego. Dostępność tego „paliwa’’ w obrębie własnego domu pozwala zaoszczędzić czas użytkownika, który musiałby przeznaczyć na dojazd do stacji oraz ładowanie samego pojazdu.

Obecnie w dobie proekologicznego bumu pojazdy te zdobywają coraz to większe grono sprzymierzeńców. Ogólnospołeczne przyzwolenie dla tego typu koncepcji zauważalne jest niemalże na każdym kroku, bowiem coraz częściej spotkać możemy punkt szybkiego ładowania w umieszczone w newralgicznych punktach miasta. Dodatkowo posiadacze tego typu pojazdów mogą liczyć na zwolnienie z konieczności wnoszenia opłat parkingowych.

Kroki milowe w rozwoju pojazdów o napędzie elektrycznym

Pierwsze konstrukcje o napędzie elektrycznym:
1881 – G. Trouve, Francja
1882 – W. Ayrton i J. Perry, Anglia (prędkość 14 km/h, zasięg 16-40 km),
1890 – A. L. Rikier, USA (prędkość 19 km/h, zasięg 48 km),
1899 – C. Jenatzy, USA (przekroczenie bariery 100 km/h),
1900 – udział pojazdów na rynku w zależności od typu zastosowanego napędu energia elektryczna 38%, Benzyna 22%, Para 40%, USA
1969 – General Motors przedstawia koncepcję pojazdu hybrydowego XP 883, opartego o dwucylindrowy silnik spalinowy pracujący w układzie szeregowym z silnikiem elektrycznym
1986 – Pierwsze zawody pojazdów zasilanych energią elektryczną
1970 – Volkswagen prezentuje koncepcję pojazdu miejskiego o napędzie hybrydowym
1975 – AM General produkuje próbną partię pojazdów o napędzie elektrycznym dla rządu USA
1997 – Toyota wypuszcza na rynek pierwszy komercyjny model samochodu hybrydowego,  protoplasta Toyoty Prius 2 generacji.

Zalety napędu elektrycznego:

  • mała zależność od cen ropy naftowej na światowych rynkach,
  • wysoka sprawność pojazdów z napędem elektrycznym wynosząca 75-80% podczas gdy pojazdów z silnikami spalinowymi ok. 15-20%
  • większy w stosunku do silników spalinowych moment obrotowy, co bezpośrednio przekłada się na dynamikę pojazdu,
  • pojazdy elektryczne emitują znacznie mniej hałasu w stosunku do pojazdów z silnikami spalinowymi,
  • brak emisji szkodliwych spalin.

Wady napędu elektrycznego:

  • produkcja akumulatorów wiąże się z koniecznością stosowania szkodliwych związków chemicznych,
  • wysoki koszt oraz waga samych baterii,
  • problemy związane z recyklingiem i utylizacją baterii,
  • ograniczony zasięg i długi czas ładowania,
  • baterie są bardzo wrażliwe na zmiany temperatur, tym samym wpływając na realny zasięg pojazdu,
  • realne ryzyko porażenia prądem elektrycznym,
  • znaczna emisja zakłóceń EMC.
Autor: Adam Kralewski – Lider Zespołu Szkoleń i Wsparcia Technicznego
Share

Share

Tell your friends about us!

Contact

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *