|
|
|
|
|
Elektromotor
Elektromotor vykonáva tú istú funkciu ako spaľovací motor, pričom
premieňa elektrickú energiu na energiu mechanickú. V spaľovacom motore
je zdrojom energie palivo (benzín, nafta, zemný plyn, propán, biopalivá
atď.). V elektrickom motore je zdrojom energie elektrina získavaná z batérií.
V praxi sa používajú dva typy motorov - na striedavý a jednosmerný prúd.
Elektromotory s jednosmerným prúdom sú jednoduchšie a asi o 30% lacnejšie
ako motory na striedavý prúd, ktoré sa však tým, že obsahujú komplikovanejšie
elektronické systémy vyznačujú vyššou účinnosťou a lepším pomerom výkon/váha.
Väčšina výrobcov elektromobilov v súčasnosti používa asynchrónny trojfázový
motor na striedavý prúd. Elektromotor býva pripojený na jednorýchlostnú
prevodovku, ktorá zabezpečuje prevod krútiaceho momentu na poloos.
Elektronický regulátor
Elektronický regulátor zabezpečuje prenos elektriny z batérií do
motora a do ostatných elektrických častí vozidla (svetlá, ventilácia atď.).
Regulátor je tiež pripojený na pedál akcelerácie a podobne ako v prípade
elektrických regulátorov intenzity osvetlenia, zabezpečuje prenos vyššieho
alebo nižšieho množstva elektrickej energie z batérií do motora. Tento
systém býva oveľa prepracovanejší ako v bežných vozidlách, pričom pri použití
elektromotorov na striedavý prúd obsahuje aj menič jednosmerného prúdu
z batérií na striedavý. Moderné elektromobily majú elektronický systém
doplnený o ďalšie prvky ako je napr. monitorovací systém riadený mikroprocesorom,
ktorý kontroluje všetky funkcie vozidla. Pomocou multiplexovej technológie
(dorozumievania sa viacerých elektronických prvkov) optimalizuje tiež chod
motora. Elektrické časti bývajú doplnené ochranným systémom funkcií vozidla.
Systém dobíjania batérií
Úlohou tohto
systému je dobíjať batérie energiou, ktorá z nich bola odčerpaná elektromotorom.
Vstupná časť dobíjania je prispôsobená na prenos elektrickej energie z
klasickej zásuvky na 220 V (resp. 110 V). Výstupná časť je pripojená na
sadu batérií. Systém dobíjania je často doplnený aj tzv. rekuperáciou energie.
Pritom sa energia uvoľňovaná pri brzdení vozidla premieňa na elektrickú
energiu a prenáša do batérií počas jazdy vozidla. Novým prvkom je tiež
elektrická zástrčka, ktorá umožňuje pripojenie sa na vonkajší zdroj elektrickej
energie a dobíjanie batérií.
Batérie
Batérie používané v elektromobiloch sú podobné tým, ktoré sa používajú
na štartovanie klasického vozidla. Vyznačujú sa však niektorými odlišnosťami.
Bežné olovené batérie sa nehodia na časté dobíjanie a úplné vybíjanie,
preto sa v praxi využívajú olovené batérie s tzv. hlbokým cyklom vybíjania.
Vo svete existuje niekoľko výrobcov, ktorých výrobky sú schopné vydržať
v priemere 400 až 800 nabíjacích cyklov. Bežné olovené batérie využívané
vo vozidlách na štartovanie, by pri plnom vybíjaní a nabíjaní vydržali
sotva 30 cyklov. Batérie s hlbokým cyklom vybíjania sa dodávajú vo verzii
6, 8, a 12 voltov. Z hľadiska dĺžky dojazdu sa odporúčajú 6 voltové batérie,
ktoré majú vyššiu špecifickú hustotu energie. Z hľadiska požiadaviek na
výkon sa uprednostňujú 12 voltové batérie zabudované do 144 voltového systému
elektromobilu. Nové 8 voltové batérie poskytujú kompromis medzi vyššie
uvedenými typmi. Cena olovených batérií s hlbokým cyklom sa vo svete
pohybuje od 40 do 120 dolárov. Účinnosť olovených batérií je ovplyvňovaná
okolitou teplotou, od ktorej závisí koncentrácia elektrolytu. Pri teplote
okolo bodu mrazu je účinnosť takejto batérie len asi 70% jej menovitej
kapacity. Naopak pri teplotách nad 30 °C ich účinnosť vzrastie až na 110%.
Ideálnou teplotou je asi 20 °C. Problém poklesu účinnosti batérie pri nižšej
okolitej teplote sa v elektromobiloch rieši ich tepelným izolovaním alebo
ohrevom batérií. Údržba batérií je relatívne jednoduchá a spočíva v doplňovaní
destilovanej vody približne raz za mesiac. Taktiež sa vyžaduje ich očistenie,
aby sa zabránilo tvoreniu inkrustov, ktoré môžu spôsobovať prierazy počas
dobíjania. Takéto čistenie sa vyžaduje vtedy, keď batérie nie sú skladované
v izolovaných boxoch. Výhodou olovených batérií je, že sú z 97% recyklovateľné
a nepredstavujú výrazné riziko pre životné prostredie.
Dnešné elektromobily zväčša využívajú olovené batérie naplnené kyselinou, ktoré umožňujú len obmedzený dojazd vozidla. Väčšina sériovo vyrábaných elektromobilov má preto dojazd „len“ 80 až 150 km na jedno nabitie batérií. Do roku 2001 sa však predpokladá, že sa táto hodnota zvýši na 220 až 300 km. Nízky dojazd súvisí s relatívne malou hustotou energie v batérii v porovnaní s benzínom. Výhodou olovených batérií je, že sú zo všetkých dostupných batérií najlacnejšie. Vývoj nových technológií sa však nezastavil a dnes sú na trhu vozidlá s inými typmi batérií. Takýmito batériami sú napr. nikel-metal hydridové, zinkovo-vzduchové alebo lítium-iónové batérie, umožňujúce dojazd vozidla často viac ako 200 km. Tieto typy batérií sa v súčasnosti vyznačujú ešte stále vysokou cenou a často aj pomalým nabíjaním. Typickým príkladom elektromobilu využívajúcim pokročilé typy batérií je Solectria Sunrise vybavený nikel-hydridovými batériami. V roku 1996 na pretekoch Tour de Sol v USA prešlo toto vozidlo na jedno nabitie až 570 km. Inou nevýhodou batérií je, že je potrebné ich vymieňať asi po 3 rokoch používania. Predpokladá sa, že ďalšia generácia nikel-hydridových batérii si bude vyžadovať len ich dobíjanie, nie však ich výmenu počas celej doby životnosti elektromobilu. Hoci takéto batérie sú dnes ešte veľmi drahé, očakáva sa , že do roku 2000 ich cena poklesne asi na 200 dolárov za kWh. Cena dnešných olovených batérií je asi 40 USD/kWh. Japonská firma Sony v súčasnosti vyvíja lítiovo-iónové batérie, ktoré sa tiež vyznačujú lepšími vlastnosťami ako olovené batérie. Charakteristiky niektorých v súčasnosti používaných batérií a predpokladané charakteristiky budúcich olovených batérií sú uvedené v nasledujúcej tabuľke:
Úsilie o vyvinutie výkonných a lacných batérií je enormné. V USA pre tento účel vzniklo konzorcium (USABC - US Advanced Baterries Consortium) súkromných i štátnych firiem, zahrňujúce také podniky ako je Ford, Chrysler, GM, niektoré elektrárne, ministerstvo energetiky, federálne laboratóriá a firmy na výrobu batérií. Konzorcium si stanovilo niekoľko krátko, stredne a dlhodobých cieľov. Okrem vývoja klasických chemických batérií sa konzorcium zaoberá aj inými typmi skladovania energie ako sú zotrvačníky , kapacitory a palivové články. Budúcnosť sa už dnes ukazuje veľmi sľubná pre všetky typy batérií.
ZOTRVAČNÍK
Len celkom nedávno sa objavili aj iné typy skladovania energie ako
batérie. Ide hlavne o zotrvačníky - zariadenia umožňujúce skladovanie kinetickej
energie. Zotrvačník je zariadenie, ktoré sa roztočí, keď je pripojené na
elektrickú sieť a po odpojení môže v sebe uskladnenú energiu odovzdávať
napr. elektromotoru. Typický zotrvačník, vyhotovený z ľahkých materiálov,
sa točí vo vákuu s veľmi vysokými otáčkami - často až 100 tisíc otáčok
za minútu. Rotujúce magnety pripojené k osi zotrvačníka vytvárajú v cievke
elektrický prúd, ktorý poháňa elektromotor. Zotrvačník dokáže takto uskladniť
pozoruhodne veľké množstvo energie. Napríklad pri hmotnosti len 7,5 kg
môže mať v sebe uskladnenú kapacitu až 1 kWh elektrickej energie, ktorou
je možné zabezpečiť okamžitý výkon elektromotora až 80 kW. Zotrvačník s
hmotnosťou 150 kg má rovnakú kapacitu ako 600 kg olovených batérií. Pokrok
v technológii výroby a vývoja týchto zariadení prebieha veľmi rýchlo. Niektorí
vývojoví pracovníci tvrdia, že zotrvačníky v blízkej budúcnosti úplne nahradia
batérie elektrických vozidiel. V súčasnosti sa však vyznačujú vysokou
cenou a ich použitie je obmedzené zväčša len na priemyselné aplikácie.
Podľa US Flywheel Systems z Newbury Park v Kalifornii sa prvé vozidlo so
zotrvačníkom objaví na ceste do konca roka 2000. Je zrejmé, že zotrvačníky
môžu mať aj iné použitie: uvažuje sa hlavne ich nasadenie ako záložné zdroje
energie v malých zariadeniach.