Strona główna » energia elektryczna » Krótka historia samochodów elektrycznych

Krótka historia samochodów elektrycznych

Archiwum

W stosie śmieci medialnych oraz, przede wszystkim potężnej maszyny medialnej zorganizowanej wokół tradycyjnych koncernów samochodowych, wyrosło mnóstwo nieporozumień i dziwnych złudzeń dotyczących samochodów elektrycznych. Czas to wszystko trochę uporządkować. W tym celu musimy cofnąć się całkiem sporo w przeszłość i sprawdzić co jest możliwe dziś i dlaczego.

Dawno, dawno temu, gdy głównym i wydawałoby się, że jedynym możliwym silnikiem dla pojazdów była maszyna parowa sporo osób myślało, jak zastąpić ten drogi w produkcji i utrzymaniu, a przede wszystkim bardzo ciężki silnik czymś, co nadawałoby się do napędu mniejszych pojazdów, służących do przewożenia zaledwie kilku osób, czyli po prostu dla transportu indywidualnego, do czego maszyny parowe, przynajmniej w formie znanej w XIX wieku, zwyczajnie się nie nadawały.

Pod koniec dziewiętnastego wieku zaczęły powstawać wystarczająco małe kotły o odpowiedniej mocy i samochody parowe mogły zacząć być budowane i cieszyć się pewną popularnością, choć ten silnik i tak był bardziej adekwatny do większych ciężarówek. Dla transportu indywidualnego pozostawały dwa rodzaje napędu: silnik benzynowy oraz elektryczny. Silnik elektryczny był nieco dojrzalszą konstrukcją, więc początkowo uzyskał przewagę. Wszyscy wówczas wyobrażali sobie, że samochód będzie służył głównie jako substytut powozu konnego, czyli środek do transportu bardzo bogatych ludzi w miastach i/lub z wiejskiej rezydencji do stacji kolejowej. Elektryczne były w tej roli lepsze od spalinowych i to one początkowo były popularniejsze. Dopiero Ford T ostatecznie pogrzebał pomysły inne niż silnik Otto.

W tymże dziewiętnastym wieku znane były i całkiem dobrze dopracowane wszystkie podstawowe rodzaje silników elektrycznych, jak też zupełnie sprawnie radzono sobie z różnymi typami akumulatorów elektrycznych, w tym podstawowym do dziś akumulatorem ołowiowym.

Oznaczało to, że jedyny efektywny schemat układu napędowego polegał właśnie na akumulatorach ołowiowych oraz klasycznym silniku komutatorowym (wolę chyba niepoprawną, ale swojską nazwę: szczotkowy). Thomas Edison pracował nad ulepszeniem tego systemu i stworzył nowy typ baterii, czyli niklowo- żelazowe. Baterie te co prawda nie bardzo nadawały się do pojazdów, bo dla przechowania tej samej ilości prądu ważyły dwukrotnie więcej niż ołowiowe, ale za to po latach okazało się, ze są kompletnie niezniszczalne. Nawet dziś można znaleźć historyjki o wygrzebaniu ze stodoły akumulatora tego typu porzuconego kilkadziesiąt lat temu, po wielu latach używania, a następnie jedynie wymianie elektrolitu i przywróceniu do pełnej sprawności.

Ale realna możliwość akumulacji wynosiła około 10 Wh/kg. Ile to właściwie jest? Cóż, sporych wymiarów współczesna limuzyna, czyli Tesla S potrzebuje około 15- 20 kWh na 100 km. Praktyczny, ale bardzo mocno odchudzony i zoptymalizowany współczesny samochód może by potrafił zamknąć się w w 7 kWh. Przy bardzo niskich (z dzisiejszego punktu widzenia) ówczesnych prędkościach przyjmijmy, że tyle wystarczyłoby. Dla zasięgu 100 km oznaczałoby to zaledwie około 150 kg baterii. Jeszcze zupełnie w granicach przyzwoitości. Gdyby nie drobne ale. Silnik. Jak wspominałem były znane podstawowe rodzaje silników elektrycznych. W przypadku prądu stałego dostarczanego przez baterie były to silniki szczotkowe, które mają tę cechę, że ich prędkość obrotowa zależy od podawanego napięcia. Którego to napięcia nie można było w żaden rozsądny sposób zmienić, więc dostępna prędkość była jedna, stała i zmieniała się w niewielkim zakresie w zależności od stanu rozładowania baterii. Problem jazdy z inną prędkością można było rozwiązać na trzy sposoby, wszystkie złe.

Pierwszym było wstawienie skrzyni biegów. Zasadniczo niepotrzebnej w pojeździe elektrycznym, a w czasach początków motoryzacji była to rzecz droga, wymagająca dużych umiejętności obsługi i bardzo zawodna. Bez sensu, poza tym nadał byłyby to dwie lub trzy stałe prędkości do wyboru.

Druga możliwość to dwie lub trzy łączenia baterii akumulatorów w różne napięcia. Tu problem polega na tym, że albo sam silnik musiał być przystosowany do wyższego natężenia prądu, albo pojawia się problem z niezbilansowaniem akumulatorów. A zresztą i tak nie ma regulacji prędkości.

Jedyna metodą regulacji prędkości jest użycie rezystorów, które po prostu część dostarczanego prądu przetwarzają na ciepło i w ten sposób napięcie jest zmniejszane. Drobny problem polega na tym, że baterie rezystorów też raczej załącza się skokowo, a poważniejszy na tym, że niezależnie od prędkości i tak zużywa się dokładnie tyle samo prądu. Co nie wpływało najlepiej ani na zasięg, ani na trwałość baterii. Taka technologia była dostępna. Mimo wszystko to mogło konkurować całkiem dobrze z wczesnymi samochodami spalinowymi. Problem polegał na tym, że minęło sto lat, a w dziedzinie napędu elektrycznego zmieniło się dokładnie nic, a samochody spalinowe zyskały silniki diesla, niezawodne skrzynie biegów i pełno innych gadżetów które odróżniają ledwo i nie zawsze jeżdżące wehikuły z okolic pierwszej wojny światowej od Mercedesa W124 czy japońskiej produkcji lat 90-tych.

Sytuację zmienił wynalazek inwertera.

Czyli urządzenia, które z prądu stałego wytwarza zmienny. Wynalazek pochodzi co prawda z lat 30-tych, ale ówczesny sprzęt był ciężki drogi, zawodny i jako oparty na lampach kompletnie nie nadawał się do pojazdów. Znów nowe wynalazki zmieniły sytuację. Tym wynalazkiem był tranzystor. Małe, niezawodne, efektywne energetycznie urządzenie, które pozwalało wytwarzać wiele nieprawdopodobnych rzeczy, w tym małe i możliwe do transportu inwertery. A prąd zmienny, wytwarzany na zamówienie, z jakiegokolwiek prądu pozwala użyć silnika trójfazowego i zasilać go z akumulatorów. Jednocześnie możliwe jest wytwarzanie prądu o jakiejkolwiek potrzebnej częstotliwości i napięciu, co oznacza praktycznie dowolne sterowanie prędkością obrotową ze sprawnością dobrze powyżej 90% w całym zakresie obrotów.

Właśnie połączenie inwerterów i silników trójfazowych dało wielki skok możliwości pojazdów zasilanych elektrycznie. Z mniej potrzebnych rzeczy — znacznie zwiększoną prędkość maksymalną, ale z bardziej istotnych — możliwość płynnej regulacji prędkości oraz utrzymywania zadanej prędkości niezależnie od tego, jaki prąd jest podawany.

Teoretycznie taki system był możliwy już w latach 60-tych, ale wtedy, w czasach absolutnej dominacji ropy i przemysłów z nią powiązanych, nikogo to nie interesowało. Pierwsze inwertery były używane w przemyśle, w liniach transmisyjnych prądu stałego, etc. Ale pierwsze zapotrzebowanie na tego typu napęd w rzeczywistości pojawiło się dopiero w latach 90-tych ubiegłego wieku. Wzrost handlu transgranicznego wewnątrz UE, przy zaawansowanej elektryfikacji w wielu krajach, za to w różnych systemach spowodował popyt na lokomotywy wielosystemowe. Transport transgraniczny wzrósł w takim stopniu, że tradycyjna operacja wymiany lokomotyw na granicach stała się zdecydowanie zbyt uciążliwa. W pewnym zakresie jest możliwe zbudowanie lokomotywy dwu, a nawet trójsystemowej z tradycyjnym napędem, ale poziom komplikacji technicznej tego problemu nasuwał prostsze rozwiązanie, którym były inwertery i silniki trójfazowe.

Ku wielkiemu zaskoczeniu wszystkich okazało się, że po rozwiązaniu pierwszych problemów ten system jest dużo lepszy i w ten sposób stał się standardem. Nie tylko w lokomotywach, ale po prostu we wszystkich pojazdach elektrycznych.

To jest standard napędu pojazdów elektrycznych w 21 wieku. Zapewne nie jednemu z czytających zdarzyło się rozmawiać o pojazdach elektrycznych z technikiem lub inżynierem pracującym jeszcze niedawno, lub wykształconym w ubiegłym wieku, który potrafił długo i zawzięcie tłumaczyć jak działają pojazdy elektryczne.  Tylko opisywał to co wiedział i widział, a zazwyczaj to były silniki szczotkowe. Rozwiązania dziewiętnastowieczne, a fachowcy nie mają pojęcia, że rozmawiają nie o współczesności, a o zawartości muzeów. I teraz pomyślcie, jak dla takiego peereleowskiego inżynierka magiczną i niepojętą rzeczą musi być Tesla?

Oczywiście, drugą rzeczą do nowoczesności musiały być baterie. Akumulatory ołowiowe nadają się do zbudowania jakiegoś pojazdu, ale ich gigantyczne ograniczenia co do żywotności, czasu ładowania i wreszcie masy sprawiają, że są wyraźnie droższe w eksploatacji od samochodów spalinowych.

Ale w połączeniu ze współczesnymi silnikami nawet z akumulatorami ołowiowymi mógłby powstać wystarczająco praktyczny pojazd. Na szczęście jesteśmy świadkami już ostatnich lat używania tego wynalazku, rosnąca produkcja i razem z tym spadające ceny akumulatorów litowych pokazują najbliższą przyszłość.

Połączenie silników trójfazowych i baterii litowych sprawiło, że współczesne pojazdy elektryczne są po prostu dobre. A przynajmniej mogą być, a jeśli nie są, to jest wina ich nieprzemyślanej konstrukcji, nieudolnego pozycjonowania na rynku, itd.

Też, dziś, aby mieć dobry zasięg, trzeba po prostu zapłacić, ale znów możemy się spodziewać, że w najbliższej przyszłości te ceny będą spadać. I wkrótce będą już nie tylko lepsze, ale i porównywalne cenowo lub tańsze od spalinowych. I tym pozytywnym akcentem zakończymy historię koncernów naftowych i państw-sponsorów terroryzmu.

A na deser filmik. Jakby ktoś miał wątpliwości czym różnią się samochody elektryczne od spalinowych. Prawie tak zabawni jak inżynierowie z PRL byli ci, którzy stawiali na pięciolitrowego Mustanga na filmiku.

Przyjechał wózkiem akumulatorowym i zakończył zabawę….

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: