Alternativní pohony silničních vozidel

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Alternativní pohony silničních vozidel Bakalářská práce Vedoucí práce: prof. Ing. František Bauer, CSc, Vypracoval: Václav Růžička Brno 2013

2 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Alternativní pohony silničních vozidel vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne.. podpis studenta...

3 Poděkování Děkuji panu prof. Ing. Františku Bauerovi, Csc., vedoucímu mé bakalářské práce, za metodické vedení při jejím psaní a za cenné rady.

4 ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá alternativními pohony pro silniční vozidla. Uvádí stručný přehled a popis alternativních pohonů silničních vozidel, které jsou nejvíce rozvíjeny a jsou již v současné době v sériové výrobě a prodeji. Zabývá se příčinami a důvody vývoje alternativních pohonů. Bakalářská práce se zaměřuje v první části na elektromotory, jejich princip fungování a různými druhy energetických zásobníku. Ve druhé části popisuje hybridní pohony a jejich druhy. V poslední části se zabývám vodíkovým pohonem, výrobou vodíku a druhy palivových článků pro vodíkový pohon. Na závěr je přiložený seznam vybraných vozidel s alternativním pohonem, která se v současné době vyrábí. Klíčová slova: elektrický pohon, akumulátor, hybridní automobil, vodík, palivový článek. ABSTRACT This bachelor thesis includes alternative drive systems for road vehicles. It provides a brief overview and descriptions of alternative drive road vehicles, which are the most developed and are currently used in mass production and sales. It deals with the causes and reasons why the alternative fuels are developed. First part of the bachelor thesis is focused on electric motors, their operation principle and different types of energy storage. The other part describes different types of hybrid drives. The last section deals with hydrogen drive, hydrogen production and types of fuel cells for hydrogen powered vehicles. Attached in conclusion, there is a list of selected vehicles with an alternative propulsion, that are being produced. Keywords: electric drive, battery, hybrid vehicle, hydrogen, fuel cell.

5 1 Obsah 1 ÚVOD CÍL BAKALÁŘSKÉ PRÁCE DŮVODY VZNIKU A VÝVOJE ALTERNATIVNÍCH POHONŮ SILNIČNÍCH VOZIDEL ELEKTROMOBILY Elektromotory Stejnosměrné motory Střídavé elektromotory Magnetické elektromotory Transversální motor Řízený reluktanční motor Akumulátorové systémy a energetické zásobníky Olověné akumulátory Akumulátory nikl-metalhydrid Akumulátory lithium-iontová Akumulátory sodík-síra Akumulátory zinek-vzduch Akumulátory lithium-polymer Akumulátory lithium-metal-hydrid HYBRIDY Uspořádání hybridních pohonů Sériové uspořádání Paralelní uspořádání Smíšené uspořádání Kritéria hodnocení hybridních systémů... 22

6 5.3 Zásobníky elektrické energie Akumulátory Vysoko energetické kondenzátory Mechanické akumulátory energie Druhy hybridních pohonů Plug-in hybrid Mild hybrid Asistovaný hybrid Plný hybrid VODÍKOVÝ POHON Výroba vodíku Parní reforming zemního plynu Elektrolýza Vysokoteplotní elektrolýza Termochemický cyklus Palivové články Alkalický palivový článek AFC Palivový článek polymer-elektrolyt PEFC Palivové články s kyselinou fosforečnou PAFC Palivové články zinek-vzduch Palivové články s roztavenými uhličitany MCFC Palivové články s methanolovým palivem DMFC Regenerativní palivové články TECHNICKÉ PARAMETRY VOZIDEL Elektromobily Peugeot ion... 31

7 7.1.2 Nissan Leaf Citorën C- Zero Mitsubishi i-miev Tazzari Zero Think City Mia Electrik Tesla Model S Smard ED EVC R7 elektric Mercedes Benz SLS AMG Electric Drive Hybridy Lexus CT 200 h Lexus RX 450 h (AWD elektricky řízený pohon všech kol) Lexus GS 450 h Lexus LS 600h Toyota Yaris Toyota Auris Toyota Prius Plug In Hybrid Toyota prius Toyota Prius Honda Jazz Honda Insight Honda CR Z Peugeot 508 RXH Peugeot 3008 HYBRID Infiniti M 35h AT... 56

8 Citroën DS 5 Hybrid4 Aidream Opel Ampera BMW Active Hybrid BMW Active Hybrid Kia Optima Hybrid Volgswagen Tuareg Hybrid Porsche Cayenne S Hybrid Porsche Panamera S Hybrid Mercedes-Benz S 400 Hybrid Mercedes-Benz E 300 BlueTech Hybrid Fisker Karma Automobily na vodík Mercedes-Benz B F-CELL Honda FCX Clarity Hyundai ix 35 Hydrogen FCEV POROVNÁVÁNÍ PARAMETRŮ JEDNOTLIVÝCH TYPŮ POHONŮ ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ SEZNAM TABULEK... 82

9 1 ÚVOD Počet automobilů roste tak rychle, že už předběhl populační růst lidstva. S rostoucím počtem vozidel stoupá spotřeba paliva, množství škodlivých emisí obsažených ve výfukových plynech, které znečišťují ovzduší a způsobují skleníkový efekt. Proto výrobci automobilů se snaží vyvíjet alternativní zdroje energie, které by při použití ve vozidlech neprodukovaly skoro žádné škodlivé emise a neznečišťovaly by ovzduší. Automobilky investují mnoho peněz do vývoje nových technologií a snaží se, aby automobily nebyly vůbec poháněny fosilními palivy. V současnosti jsou ale ještě pořád dražší než klasické automobily na benzín nebo naftu. Mezi alternativní pohony, které jsou v dnešní době už v sériové výrobě, patří elektromobily, hybridy a vodíkový pohon. Vozidla na tyto alternativní zdroje energie jsou k našemu životnímu prostředí šetrnější a některé neprodukují žádné škodlivé emise. 9

10 2 CÍL BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Cílem bakalářské práce je uvést současný stav ve vývoji alternativních pohonů u motorových vozidel. Uvést jednotlivé typy, seznámit s jejich problematikou a variantami. V závěru práce porovnat jednotlivé typy alternativních pohonů a posoudit, který je z nich výhodnější. 10

11 3 DŮVODY VZNIKU A VÝVOJE ALTERNATIVNÍCH POHONŮ SILNIČNÍCH VOZIDEL Hlavními důvody, proč se lidé zabývají vývojem alternativních pohonů pro motorová vozidla, je snížení výfukových emisí plynů, které mají dopad na nárůst globálního oteplování skleníkovým efektem. Další důvody jsou snižující se zásoby fosilních paliv ropy a zemního plynu, které vedou k jejich postupnému a nevyhnutelnému zdražování. Při vývoji alternativních pohonů pro vozidla udává směr ekologická a ekonomická úvaha. Celkové zásoby ropy nejsou dnes přesně známé. Nevíme kolik je na Světě zatím neobjevených úložišť ropy. Podle zprávy Mezinárodní agentury (IEA) je denní odbyt ropy 90,8 mil. barelů. Švýcarská banka UBS provedla průzkum, kde uvádí, že světové zásoby ropy stačí na 46 let. V tabulce s informacemi z roku 2012 je uvedeno 15 zemí a jejich zásoby ropy. Předpoklady neberou ohled na ekonomické změny, jako lepší využití energie vlivem technického pokroku a využívání nekonvenčních zásob ropy. Tabulka 3.1: Tabulka porovnání 15 zemí v těžbě ropy Země Zásoby ropy (mld. barelů) Produkce ropy (mil. barelů) Na kolik let vydrží zásoby 1. Saudská arábie ,75 72,4 2. Venezuela 211 2,47 234,1 3. Irán 137 4,13 88,4 4. Irák 115 2,7 128,1 5. Kuvajt 102 2,75 110,9 6. Spojené arabské emiráty 98 3,23 94,1 7. Rusko 77 10,33 20,6 8. Libye 46 0,834 76,7 9. Kazachstán 40 1,61 62,1 10. Nigérie 37 2,4 42,4 11. Kanada 32 3,92 26,3 12. Spojené státy americké 31 10,59 11,3 13. Katar 26 1,64 45,2 14. Čína 15 4,19 9,9 15. Brazílie 14 2,5 18,3 Zdroj: 11

12 Spalováním fosilních paliv vznikají škodlivé emise. V tomto případě se jedná o oxid uhelnatý, uhlovodík a oxid dusíku. Snížením množství škodlivých emisí ve výfukových plynech, se dokázalo použitím třícestného a oxidačního katalyzátoru. Tání ledovců a s tím i stoupající hladiny oceánů, má za následek skleníkový efekt. Skleníkový efekt je vyvolán oxidem uhličitým. Další skleníkové plyny jsou oxidy dusíku, freony a malé množství methanu. Narušování stratosférické ozónové vrstvy má za následek oxid dusíku. Větším narušením ozónové vrstvy, dopadá na zemský povrch neviditelné ultrafialové záření ze slunečních paprsků. Z důvodů nežádoucích účinků emisí, je v Evropě jejich množství ve výfukových plynech dáno platnou normou. Momentálně je platná norma EURO 5. Tabulka 3.2: Tabulka emisních norem uvedená v g/km v kombinovaném provozu BENZÍN rok norma CO Nox HC+Nox HC PC 1992 EURO I 3,16 / 1,13 / / 1996 EURO II 2,20 / 0,50 / / 2000 EURO III 2,30 0,15 / 0,20 / 2005 EURO IV 1,00 0,08 / 0,10 / 2009 EURO V 1,00 0,06 / 0,10 / 2014 EURO VI 1,00 0,06 / 0,10 / DIESEL rok norma CO Nox HC+Nox HC PC 1992 EURO I 3,16 / 1,13 / 0, EURO II 1,00 / 0,70 / 0, EURO III 0,64 0,50 0,56 / 0, EURO IV 0,50 0,25 0,30 / 0, EURO V 0,50 0,18 0,23 / 0, EURO VI 0,50 0,08 0,17 / 0,01 Zdroj: cs.autolexicon.net Automobily s alternativními pohony jsou vyvíjeny s ohledem na ekologii. Snaží se docílit co nejnižších emisí a aby byly poháněny palivy z obnovitelných zdrojů. 12

13 4 ELEKTROMOBILY Elektromobily se objevují od samého počátku automobilového průmyslu. Na začátku vývoje automobilů jich na elektrický pohon bylo více než klasických benzínových a naftových vozidel. Jejich vývoj se nevyvíjel tak rychle a čekalo se na nové technologie a materiály, které by dokázali odstranit jejich nevýhody. Hlavní výhodou elektromobilů je dostatečný výkon ve velkém rozsahu otáček, takřka žádné škodlivé emise, nízká hladina hluku, tichý chod a nižší náklady elektromotoru na ujetý kilometr. Nevýhodou je pak především menší jízdní výkon, omezený dojezd, vyšší pořizovací cena v porovnání s vozidly vybavenými klasickými benzinovými a naftovými motory, hmotnost vozidla zvětšenou o těžké akumulátory a jejich pomalé nabíjení. Mají ale svůj význam na krátké vzdálenosti. Elektromobily se nejčastěji objevují v lokalitách, kde jsou výfukové emise a hluk nežádoucí. Tyto lokality nejčastěji bývají pěší zóny, letiště a nádraží. V dnešní době se velmi rozšířily ve vnitropodnikové dopravě, kvůli krátké vzdálenosti mezi jednotlivými objekty. U elektromobilu se setkáváme stejně jako u automobilů se spalovacím motorem s převodovkou, diferenciálem, rozvodovkou a hnacím hřídelem. Centrální elektromotor pohání nejčastěji přední nebo zadní nápravu. Používají se tandemové hnací systémy se dvěma elektromotory. Další alternativou jsou elektromotory, které jsou přímo v kolech vozidla. 4.1 Elektromotory Používá se několik druhů elektromotorů: stejnosměrné, střídavé, magnetické, transversální a řízený reluktanční motor. Důležitými vlastnostmi elektromotoru je konstrukční spolehlivost, dostatečný výkon ve velkém rozsahu otáček, vyšší účinnost při malé hmotnosti, nízké náklady, krátkodobé přetížení a jeho výhodná cena. B baterie; E elektromotor; D diferenciál Obr. 4.1: Uspořádání hnacího ústrojí pro elektromobily (Vlk, 2004) 13

14 4.1.1 Stejnosměrné motory Stejnosměrné motory se sériovým buzením U tohoto způsobu buzení, je budící vinutí sériově zapojeno s kotvou. Tento elektromotor má jednodušší regulaci a požadované hodnotě proudu je úměrné napětí. Výhodou je schopnost rozbíhat velké setrvačné hmoty, kdy se otáčky přizpůsobí zatížení. Jeho nevýhodou je, že musí pracovat se zátěžovým momentem na hřídeli a při odlehčení elektromotoru hrozí jeho poškození vlivem vysokých otáček. Stejnosměrné motory s cizím buzením U těchto elektromotorů je budící vinutí napájeno cizím zdroje. Tento motor se vyznačuje tvrdou momentovou charakteristikou. Pro docílení vyšší účinnosti je v celém systému vysoké napětí. U tohoto typu buzení je zapotřebí vícestupňová převodovka, protože otáčky motoru jsou omezeny zhruba na min -1. Výhodou je plynulá a jednoduchá regulace v širokém rozsahu, silné přetížení při rozjezdu, krátkodobě až o 100 % a nabíječka s usměrňovači z křemíku, která má připojení ke střídavé síti 230/410 V. Nevýhodou je nižší záběrový moment a zvýšení nákladů elektromotoru o izolaci a akumulátor. Stejnosměrné motory s derivačním buzením Zapojení je provedeno přes samostatné regulační prvky, se zapojeným budícím vinutím a obvodem kotvy. Tyto motory mají stejně jako motory s cizím buzením tvrdou momentovou charakteristiku. Jednoduše se brzdí a plynule je lze regulovat. Stejnosměrné motory se smíšeným buzením Smíšené buzení se skládá ze dvou budících vinutí. Jedno je zapojeno v sérii a druhé je zapojeno paralelně ke kotvě. Sériové vinutí při zatíženém motoru snižuje jeho otáčky a zvětší moment motoru. Derivačním vinutím je omezení otáček na prázdno. Výhodou je jednoduchá regulace a příznivá momentová charakteristika. Nevýhodou je nízká výkonová a energetická účinnost, dražší a náročnější údržba. 14

15 4.1.2 Střídavé elektromotory Asynchronní motor U třífázových asynchronních motorů odpadá vinutí kotvy a kolektor, díky čemuž motor dosáhne otáček až min -1. Výhodou asynchronního elektromotoru je malá velikost, nižší hmotnost, jednodušší konstrukce, bezúdržbový, silně přetížitelný a s výkonovou hmotností asi 1 kg/kw. Nevýhodou jsou vyšší náklady na elektronickou regulaci, protože stejnosměrný proud se musí přeměnit na střídavý. Toho se nejčastěji dosáhne cyklickým zapínáním tyristoru. Energie získána při brzdění je dána vysokou účinnosti. (Vlk, 2004) Synchronní motor s permanentním buzením Tento typ umožňuje méně zastavěný prostor elektromotorem. Bezdrátové magnetické pole je vybuzené permanentními magnety. Zeslabením pole není pohon motoru možný, musí být použita vícestupňová převodovka, nebo vícenásobný regulátor výkonu akumulátoru. Obr. 4.2: Synchronní motor s permanentním buzením (Kameš, 2004) Magnetické elektromotory Tyto elektromotory lze přidat ke skupině synchronních elektromotorů s permanentním buzením. Rotor elektromotoru tvoří vylisované elektroplechy, ve kterých se nacházejí oddělené tangenciálně magnetizované magnety se střídavou polaritou. Magnetické siločáry vznikající v rotoru se ohýbají a proudí kolmo do statoru. Motor 15

16 nemá žádné elektrické součásti, které rotují. Uvnitř je stator složen z vylisovaných elektroplechů, které jsou tvořeny vysokopólovými nosiči cívek. Vzhledem k velkému zvětšení výkonu, musí být statorové vinutí chlazené kapalinou. Oproti konvenčním provedením je motor menší a lehčí. Obr. 4.3: Elektromotor magnet-rotor (Vlk, 2004) Transversální motor Proud je přiváděn do rotoru v obvodovém směru a magnetický tok statoru je paralelní. U této stavby je dosažení širokého rozsahu konstantního maximálního výkonu, dáno změnou stejnosměrného proudu. Jejich výhodou je, že jsou technicky dokonalé, kompaktní, robustní a tím i bezúdržbové. Tyto motory dosahují vysokých otáček až min -1. Jejich účinnost je podobná stejnosměrným motorům. Nevýhodou transversálních motorů je drahé řízení a tím i vyšší cena Řízený reluktanční motor Jejich technika je založena na reluktančním krokovém motoru. V řízeném reluktančním motoru není žádné budící vinutí a rotor je z měkkého železa s pólovými nástavci ve tvaru ozubeného kola. Výkonovou elektronikou lze velmi dobře ovlivňovat otáčky a točivý moment. Rozběh reluktančního motoru je asynchronní a poté běží synchronně. Jejich hlavní výhodou je při nízkých otáčkách vysoký točivý moment, nízké náklady na údržbu, vysoké přetížení a nízký ohřev, robustní konstrukce, při vypnuté jedné nebo více fází stabilní běh motoru, vyšší účinnost a nízká cena. Nevýhodou je nerovnoměrný točivý moment a zvýšení emisí hluku. 16

17 Obr. 4.4: Řízený reluktanční motor (Kameš, 2004) 4.2 Akumulátorové systémy a energetické zásobníky Akumulátor mění přímo chemickou energii na elektrickou. Principem akumulátorů jsou dvě elektrody o různých materiálech, ponořené v elektrolytu obsahující nabité elektronické částečky, které umožňují vodivé spojení mezi články. Elektrolyt je zředěná kyselina, nebo rozpuštěná sůl. Při výběru akumulátoru jsou důležité následující parametry: měrný výkon (W. kg -1 ), měrná energie (W. h. kg -1 ), nabíjecí doba (h), údržba, životnost, recyklace a cena Olověné akumulátory Základem olověných akumulátorů je záporná elektroda z čistého olova a kladná elektroda z kysličníku olova. Elektrody jsou ponořeny v elektrolytu, kterým je vodou zředěná kyselina sírová. Napětí mezi elektrodami je 2 V. Nevýhodou těchto akumulátorů je jejich velká hmotnost a malé množství akumulované energie, která je asi 25 Wh/kg. Životnost akumulátoru jsou 4 roky, nebo 700 vybíjecích a nabíjecích cyklů. Posledním typ sériově vyráběného olověného akumulátoru je založen na principu technologie spirálových článků. Oproti klasickým bateriím má 3x větší životnost. Nosné části desek jsou z čistého olova, elektrolyt je obsažen v mikroporézní skelné vatě separátoru. (Vlk, 2000) Nabíjecí proud u těchto akumulátorů může být až 100 A při napětí 14,4 V. Jejich jedinou výhodou, oproti jiným akumulátorům, je jejich nižší cena. Vliv na kapacitu akumulátoru má nízká teplota a vzrůstající vybíjecí proud. Nevýhodou je nízký výkon, měrná energie a citlivost na nabíjecí a vybíjecí režim. 17

18 Obr. 4.5: Olověný akumulátor (Kameš, 2004) Akumulátory nikl-metalhydrid Její anoda je na bázi sloučenin niklu, záporná elektroda ze slitiny pohlcující vodík. Elektrolytem je zředěný roztok hydroxidu. Mezitím je separátor, naplněný fysickým elektrolytem, většinou ředěným roztokem vápenatého nebo lithiového hydroxidu. Akumulátory nikl-metalhydrid jsou neškodné pro prostředí. Mimo jiné mají vyšší výkon i energetickou hustotu, nemohou ale být tak často nabíjeny a vybíjeny. Také u nich se vyskytuje paměťový efekt. Problémy jsou dále jen s vysokou cenou a relativně nákladnou recyklací na konci životnosti. (Kameš, 2004) Akumulátory lithium-iontová Záporná elektroda je složena z kombinací několika prvků a to Li 2 MnO 2, LiNiO 2 nebo LiCoO 2. Kladná elektroda je vyrobena z uhlíkové matrice z grafitisovaných částí koksu. Elektrolyt je tvořen vodivou solí a rozpouštědlem. Tyto akumulátory se nazývají kmitavé, neboť ionty mezi kladnou a zápornou elektrodou kmitají. Kmitání vzniká, když se při nabíjení ukládají ionty lithia do mřížky uhlíkové katody a při vybíjení jsou uvolňovány. Jejich hlavní výhodou je vysoká energetická a výkonová hustota. Měrná energie dosahuje většinou Wh/kg a jejich životnost je nabíjecích a vybíjecích cyklů. U tohoto typu akumulátorů se nevyskytuje paměťový efekt. Nevýhodou je energetická závislost na teplotě a vysoká cena. 18

19 4.2.4 Akumulátory sodík-síra Tento typ akumulátoru má elektrody sodík i síra tekuté při chemické reakci. Elektrody jsou ponořené do elektrolytu z oxidu hlinitého, který je dobrý vodič iontů. Samotná síra není vodivá, proto se musí použít grafitová plst pro vedení proudu, která je s kovovou kostrou spojená jako kladný pól. Akumulátor, který má velký počet článků, má pracovní teplotou 380 C. Články v akumulátoru mohou být řazeny dvěma způsoby, sériově a paralelně. Výhodou těchto akumulátorů je vyšší měrný výkon, měrná energie, absolutně bezúdržbový a energetická účinnost 88 %. Životnost akumulátoru je nabíjecích a vybíjecích cyklů, nebo dojezdová vzdálenost km. Nevýhodou je vysoká cena a nutnost tepelné izolace akumulátoru Akumulátory zinek-vzduch Dosahují hustoty energie až 220 Wh/kg a při tom jsou o 30 % lehčí než například akumulátory typu sodík-síra. Elektrolyt je tvořen vodným roztokem hydroxidu sodného. Požadovaný odběr výkonu vyžaduje jeho chlazení, při nízkých teplotách musí být ohříván. (Vlk, 2004) Akumulátory lithium-polymer Katoda je vyrobena z kovové fólie a anoda je vyrobena z lithiové fólie. Obě elektrody jsou se zakotveným organosulfidovým polymerem. Při různém použití materiálu elektrod, může být napětí na článku 1,8 3 V. Hustota energie je 150 Wh/kg při výkonové hustotě 200 W/kg. Pracovní teplota bývá v rozmezí C. Při rychlém nabíjení, může být dosaženo 90 % nabíjecí účinnosti. (Vlk, 2004) Akumulátory lithium-metal-hydrid Anoda se skládá z uhlíkové matrice, připravené z grafitizovaných částí koksu. Katoda je tvořena z Li x MnO 2. U tohoto typu akumulátorů je nejvyšší energetická hustota a jeho hmotnost je nejmenší oproti všem uvedeným akumulátorům. Jejich výhodou je velká odolnost proti vybíjení, přebíjení, mechanickému poškození a zkratu. Pracovní teplota těchto akumulátorů je ve velmi širokém rozsahu. 19

20 5 HYBRIDY Vozidlo na hybridní pohon má více jak jeden poháněcí zdroj. V současnosti je nejpoužívanější spalovací motor a elektromotor. V této variantě je elektromotor vhodný do městského provozu, kdy automobil neprodukuje žádné škodlivé emise a má nízkou hladinu hluku. Naopak spalovací motor je využíván mimo město, kde jsou jeho přednosti velkého dojezdu a dostatečného výkonu s elektromotorem, který mu vypomáhá při akceleraci. Elektromotor dokáže pracovat oboustranně. Přeměňuje elektrickou energii na mechanickou k pohybu vozidla, ale také pracuje jako generátor. Kdy mechanickou energii, která by se přeměnila na teplo, přemění na elektrickou energii a akumuluje jí do akumulátorů. 5.1 Uspořádání hybridních pohonů Sériové uspořádání Přednostně je u sériového uspořádání využíván elektromotor. Zdrojem energie jsou akumulátory a spalovací motor, který slouží k pohonu generátoru. Spalovací motor je použit v případě kdy akumulátory nestačí dodávat potřebný výkon vozidlu a je použit při dobíjení akumulátorů. Výhodou spalovacího motoru je provoz při malém rozsahu otáček, kdy odpadá nehospodárný režim pracovní charakteristiky motoru, např. volnoběh. Motor je nastaven na optimální otáčky, kdy pracuje s nejvyšší účinností. Nevýhodou tohoto uspořádání je vícenásobná přeměna energie a nízké mechanické účinnosti, která je zhruba 55 % mezi spalovacím motorem a hnanou nápravou. Obr. 5.1: Sériové uspořádání hybridního pohonu (Vlk, 2004) 20

21 5.1.2 Paralelní uspořádání U tohoto typu uspořádání je použit klasický spalovací motor, jako je u normálních automobilů a elektromotor. Při tomto uspořádání je umožněn provoz vozidla na spalovací motor, nebo na elektromotor. Proto je při využití spalovacího motoru nutné klasické provedení převodovky a spojky. Převodovka je společná i pro elektromotor. Při kombinovaném provozu je spalovací motor stále zapnut a elektromotor se zapojí jen v případě, kdy je potřeba na krátkou chvíli zvýšit výkon vozidla, např. pro předjíždění. Tímto převýšením se poskytuje velká výkonová rezerva, která je shodná se spalovacími motory o velkém objemu. Při provozu ve městě je upřednostňován elektromotor a spalovací motor se zapne dle potřeby. Pro toto uspořádání se využívá elektromotor, který je nakrátko a má silné budící pole. Maximální otáčky elektromotoru a spalovacího motoru jsou shodné. Při současném provozu obou motorů, je zvýšená tažná síla při nízkých otáčkách. Nevýhodou jsou příliš těžké a nákladné akumulátory, u kterých bude cílem snížit jejich hmotnost a cenu. Zlepšením provozu vozidla mohou být elektrostatické a magnet dynamické zásobníky energie, nebo použitím vysokoenergetických kondenzátorů. Obr. 5.2: Paralelní uspořádání hybridního pohonu (Vlk, 2004) 21

22 5.1.3 Smíšené uspořádání U smíšeného uspořádání může být elektromotor, spalovací motor, spojka, převodovka a generátor různě umístěný. Smíšené uspořádání bylo vytvořeno za účelem odstranit nevýhody předchozích uspořádání. Obr. 5.3: Smíšené uspořádání hybridního pohonu (Vlk, 2004) 5.2 Kritéria hodnocení hybridních systémů Hlavními parametry pro posouzení spalovacích motorů a zásobníku energie jsou výkonová hustota, energetická hustota a elektrický výkon. Výkonová hustota Slouží k porovnání dynamických vlastností vozidla a jednotkou je W. kg -1 Energetická hustota Energetická hustota slouží pro porovnání systému motor-zásobník a vztahuje se na jednotku objemu, nebo jednotku hmotnosti. Jednotkou energetické hustoty je Wh. kg -1. Elektrický výkon Jde o velikost dodávaného a odebíraného okamžitého výkonu a používá se k posouzení životnosti akumulátoru a motoru. K dalším porovnávacím parametrům patří doba přípravy zařízení k provozu, hospodárnost, nízká spotřeba paliva, nízké emise výfuku a hluku, spouštění elektromotorů, dobré jízdní vlastnosti, vysoká životnost, maximální moment potřebný pro rozjezd vozidla a maximální přípustné otáčky k dosažení nejvyšší rychlosti. 22

23 5.3 Zásobníky elektrické energie Energie dodávaná spalovacímu motoru je přiváděna ve formě paliva benzínu, nebo nafty z nádrže vozidla. Zásobníkem elektrické energie je akumulátor, setrvačník a vysoko energetické kondenzátory. Zásobníky se volí podle výkonové hustoty, energetické hustoty a koncepce pohonných součástí Akumulátory Akumulátory u hybridních vozidel jsou stejného provedení jako u elektromobilů. Jsou nabíjeny a vybíjeny částečně, oproti akumulátorům v elektromobilech Vysoko energetické kondenzátory Výhodou vysoko energetických kondenzátorů je jejich dlouhá životnost s opakovaným nabíjením a vybíjením elektrické energie. Dosahují značně vysoké energetické hustoty, ale výkonová hustota je malá. Při použití u hybridních vozidel tato vlastnost vede ke zvýšení hmotnosti vozidla a tím i ke zhoršení jeho dynamických vlastností. Nový typ super kondenzátoru dosahuje kapacity až 10 4 F a může zvýšit měrnou kapacitu. Elektrody kondenzátoru jsou z porézního uhlíku a jsou v tekutém nebo gelovém elektrolytu. Tím je zajištěná vyšší rychlost nabíjecích a vybíjecích cyklů. Sérioparalelní kombinace kondenzátorů dosahuje kapacity 100 F s výkonovou hustotou 80 W. kg -1. Plně nabytý kondenzátor dokáže vyvinout 12,5 kw, ale jen po dobu 5 sekund Mechanické akumulátory energie Setrvačníky jsou rotační tělesa deskovitého tvaru a slouží jako zásobník elektrické energie. Nejčastěji je jejich osa rotace kolmá k ose vozidla z důvodů dynamického ovlivnění vozidla. Kapacita elektrické energie setrvačníku závisí na jeho maximálních otáčkách. Jejich výhodou je práce bez chemikálií, bez opotřebení, vysoká životnost a okamžitá schopnost shromáždit energii při brzdění. Při otáčení vytváří setrvačník vysoké síly, a proto musí být sestrojen z velmi pevnostní oceli. Velký důraz se klade na ložiska setrvačníku, která jsou magnetická bez otěru a tření. Použitím tohoto typu ložisek se výkonová hustota může mnohokrát zvětšit 23

24 a úspora energie bývá až 30 %. Setrvačník bývá spojen s klikovou hřídelí, nebo pomocí převodů spojen s hnací nápravou. Použití setrvačníku u trolejbusů snižuje odběr o % energie ze sítě a při rozjezdu je to až o 50 % méně. Zásobníky lze nabít výkonem až 150 kw, což odpovídá 2,5 kwh energie a 3 km ujeté dráhy. Setrvačník s evakuovanou skříní na tlak 10 1 kpa má otáčky kolem min -1. Novým řešením setrvačníku je systém, který je složen ze dvou setrvačníků s protisměrným smyslem rotace. Setrvačník je opatřený anizotropním věncem a má zhruba 50 miliónů jemných závitů z vláken kevlaru. Otáčky rotoru bývají až min -1 a uvádí se měrná hustota energie Wh. kg -1. Životnost setrvačníků je oproti olověným akumulátorům až 10krát větší. Zdroj: Obr. 5.4: Setrvačník 24

25 5.4 Druhy hybridních pohonů Plug-in hybrid Vozidla s označením plug-in hybrid jsou automobily, u kterých lze jejich akumulátor dobíjet z klasické zásuvky. Mohou být poháněny čistě benzínovým motorem, elektromotorem, nebo kombinací obou způsobů. Plug-in hybridy se zařazují mezi hybridy a elektromobily. (Horčík, 2009) Mild hybrid U těchto vozidel je po celou dobu jízdy využíván spalovací motor. Elektromotor se zapíná pouze v určitých situacích, jako je např. zrychlování, nebo rozjíždění. Automobil nemůže být poháněn samotným elektromotorem. Mild hybrid se používá u automobilů, kde jsou předimenzované startéry, které můžou kdykoliv vypnout motor, např. při brzdění, zastavení a opět motor uvést do chodu co nejrychleji. Díky těmto startérům je možná rekuperace energie. Úspora spotřeby paliva a emisí je minimální. (Horčík, 2009) Asistovaný hybrid Asistovaný hybrid je pokročilou verzí mild hybridu. Elektromotor je u automobilu používán jako asistent spalovacího motoru. Elektromotor dodává točivý moment, např. pro zrychlování. Elektromotor se umísťuje mezi spalovací motor a převodovku. Znovu může jít o větší startér, který má stejnou vlastnost jako u mild hybridu. (Horčík, 2009) Plný hybrid Automobil s označením plný hybrid, může být poháněn samostatně spalovacím motorem, nebo elektromotorem. Možnost je i kombinace obou motorů dohromady. (Horčík, 2009) 25

26 6 VODÍKOVÝ POHON Automobily s vodíkovým pohonem jsou charakteristické skoro nulovými emisemi, oproti klasickým benzínovým a naftovým motorům. Energie, která je obsažená ve vodíku, může být získávána dvěma způsoby. První způsob je získávání energie přímo ve spalovacím motoru. Druhý způsob je přeměna energie v palivových článcích v elektrický proud. 6.1 Výroba vodíku Vodík může být vyráběn z mnoha vstupních zdrojů, ale nejvíce se v současné době vodík vyrábí z fosilních paliv. Výroba vodíku z fosilních paliv sníží produkci některých látek, které jsou zdraví škodlivé. Globálně by to ale vedlo k nehospodárnému využití primární energie a s tím i narůstající produkce oxidu uhličitého. Vodík se dá vyrábět také z obnovitelných zdrojů, např. zplyňováním biomasy, elektrolýzou vody, nebo za vysokoteplotního rozkladu vody. Zdroj: Zdroj: Obr. 6.1: Podíl surovin, ze kterých se vyrábí vodík Parní reforming zemního plynu Je to nejlevnější a nejrozšířenější výroba vodíku. Spalováním částí zemního plynu je teplo dodáváno pro reformní reakci a následující konverzi oxidu uhelnatého. Získávání vodíku je závislé na poměru uhlíku a páry ve směsi. Velkou nevýhodou je produkce oxidu uhličitého, kterého se vyprodukuje 7,05 kg CO 2 na 1 kg vodíku. Zdroj: 26

27 6.1.2 Elektrolýza Při elektrolýze prochází stejnosměrný proud vodným roztokem a štěpí chemickou vazbu mezi kyslíkem a vodíkem. Proces probíhá při pokojových teplotách a pro jeho chod je potřebná jen elektrická energie. Z celkové světové produkce se tímto způsobem vyrobí asi 4 % vodíku. Vysoce čistý vodíkový plyn a kyslík je výstupem elektrolýzy a pro další použití není potřeba jeho dalšího čištění. Účinnost tohoto procesu je kolem %. Zdroj: Vysokoteplotní elektrolýza Vysokoteplotní elektrolýza se také někdy nazývá jako parní elektrolýza. Část přiváděné energie, je tvořena elektrickou energií a část energie je ve formě přivedeného tepla. Do elektrolyzéru se vpouští pára s vodíkem a dostáváme obohacenou směs, která obsahuje 75 % hmotnosti vodíku a 25 % hmotnosti páry. Z páry se na anodě oddělí ionty kyslíku, které prochází přes membránu. V kondenzační jednotce se vodík odděluje od páry. Výhodou je díky snížení spotřeby energie zvyšující se účinnost procesu a snáze se překonávají bariéry na povrchu elektrody. Spotřeba elektrické energie klesá při růstu teploty vstupní páry. Účinnost vysokoteplotní elektrolýzy dosahuje až 45 %. Zdroj: Termochemický cyklus Při štěpení vody za pomocí chemických reakcích se voda rozdělí na kyslík a vodík. Látky, které se použijí při štěpení, jsou recyklovány a znovu mohou být použité v procesu. Vstupní doplňkovou surovinou je tedy pouze voda. Produktem je vodík a kyslík. Zdroj: Palivové články V palivových článcích je přímá přeměna vnitřní energie paliva na energii elektrickou. Chemické látky jsou přiváděny z vnějšku k anodě a katodě a tudíž nemusí být jejich součástí jako u akumulátorů. Během chemických přeměn se články neopotřebovávají a chemické složení zůstává stejné. Takovéto palivové články se nevybíjejí. Při trvalém přivádění chemických látek mohou pracovat bez časového limitu. 27

28 Palivový článek obsahuje anodu, která se označuje jako palivová. K anodě se přivádí aktivní látka a ta v kontaktu s ní oxiduje. Elektrony uvolněné při oxidaci, představují elektrický proud, který se po vnějším obvodě pohybuje ke kladné elektrodě. Ke kladné elektrodě se přidává okysličovadlo a probíhá zde redukce s reakcí kladných iontů, které ke kladné elektrodě pronikají elektrolytem. Palivové články rozdělujeme podle použitého elektrolytu. Zdroj: Obr. 6.2: Schéma palivového článku Alkalický palivový článek AFC Elektrody tohoto článku jsou vyrobené ze spékaného niklového prášku s přísadou uhlíku a vrstvičkou platiny, jako katalyzátor. V alkalických palivových článcích je jako elektrolyt použit hydroxid draselný v koncentraci 3 a 50 % hmotnosti. Jako palivo je použit čistý vodík, jako redukční prostředek může být použit pouze čistý kyslík, neboť ve vzduchu obsažený oxid uhličitý s louhem by tvořil karbonát, který by v pórech elektrod bránil v difúzi. (Kameš, 2004) Jsou nejvíce používaným a prozkoumaným typem palivových článků. Jejich účinnost je až 70 % díky rychlé redukci kyslíku v alkalickém elektrolytu. Jejich výhodou je energetická vydatnost a značné množství vody, kterou lze recyklovat. Naproti tomu je nevýhodou pořizovací cena, která je způsobená obsahem platiny použité na katalyzátory elektrod. Tyto palivové články se často používali v kosmickém programu, například Gemini, Shuttler a Apollo. 28

29 6.2.2 Palivový článek polymer-elektrolyt PEFC Anoda a katoda jsou vyrobeny aplikací malého množství platinové černi na jednu stranu tekutého listu porézního grafického papíru, jenž byl předem opatřen teflonovou ochranou proti zvlhnutí. (Vlk, 2004) Mezi anodu a katodu je vložená elektrolytická membrána. Elektrolytem u tohoto článku je použita polymerová membrána, která je podobná silnější fólii. Ta působí jako elektronový izolátor a je to velmi dobrý vodič vodíkových kationtů. Všechny tři části jsou za tepla spojeny do jednoho článku o tloušťce 1 mm. Díky nízké provozní teplotě C je zajištěn rychlý náběh článku. Plošný výkon palivového článku je více než 2 W/cm 2. (Vlk, 2004) Palivové články s kyselinou fosforečnou PAFC Elektrody jsou z pórovitého uhlíku jako tenké destičky s platinovým povlakem, který slouží jako katalyzátor. Kyselina fosforečná, obsažená v matrici vyrobené z karbidu křemíku a přísadou teflonu je elektrolytem. Matrice zabraňuje během činnosti článku unik elektrolytu, a proto se musí elektrolyt po určité době kontrolovat a popřípadě doplnit. V deskách z uhlíkatých sloučenin jsou paralelní drážky, kterými je k elektrodám přiváděno palivo i okysličovadlo. Výkon článku je zhruba 0,2 W/cm 2. Elektrická účinnost je % a může být dosaženo vyšší hodnoty při zvýšení tlaku okysličovadla a paliva. Provozní teplota palivového článku je okolo 190 C. Jejich technologie výroby je na vysoké úrovni. Jsou velmi spolehlivé a bezporuchové Palivové články zinek-vzduch Katoda je určena k difuzi atmosférického kyslíku a anoda se skládá ze zinku. Elektrody jsou odděleny elektrolytem a mechanickými separátory s propustnou membránou propouštějící kyslík. Chemický proces u těchto článků je podobný článkům PEFC. Palivo se do těchto článků doplňuje podobně jako u klasického akumulátoru. Články jsou tvořeny se zinkovou nádrží a zinkovým chladičem, který automaticky regeneruje palivo. V okružním systému je elektrický proud tvořen mícháním zinku a kyslíku za přítomnosti elektrolytu a za vzniku oxidů zinku. Po spotřebování paliva, se systém připojí k síti a proces je obrácený. Výhodou tohoto článku je jeho vysoká měrná energie, levná cena zinku a jeho dostatek. (Kameš, 2004) 29

30 6.2.5 Palivové články s roztavenými uhličitany MCFC Tento typ palivového článku patří mezi tepelné, jehož pracovní teplota je kolem 600 C. Důsledkem je skutečnost, že elektrody nemusí být opatřeny katalyzátorem z ušlechtilých kovů, které zajišťují plynulý průběh oxidace a redukce. Elektrolytem je směs roztavených uhličitanů v pórovitě chemicky interní keramické matrici, sestávající ze směsi oxidu lithia a hliníku (LiAlO 2 ). (Vlk, 2004). Velmi vysokou iontovou vodivost má směs za provozu roztavených solí lithia a uhličitanu draselného. Během provozu se může určitá část elektrolytu odpařit, toto malé odpařené množství nemá vliv na parametry článku. Palivo, jako zemní plyn je při vysokých teplotách uvnitř článku rozkládán za vzniku plynného vodíku. Článek obsahuje katodu z oxidu nikelnatého obohacenou o lithium. Anoda je ze spékaného práškového niklu s příměsí chrómu a je vysoce porézní. Obě elektrody jsou vyrobeny tak, že mohou pracovat v agresivním prostředí vyvolávající korozi. S rostoucí provozní teplotou se mění teoretické napětí článku a spolu s ním i elektrická účinnost. Nevýhodou těchto článků je jejich obtížnější startování, než se dostanou do jejich tepelného stavu. (Vlk, 2004) Palivové články s methanolovým palivem DMFC Použití methanolu má na rozdíl od vodíku velké výhody. Může být v automobilu uskladněn jako kapalina, vysoká energetická hustota, jednoduchá manipulace a vysoká účinnost, asi 60 %. V palivovém článku je methanol smíchán s vodou, která může být v kapalném, nebo plynném stavu a je dodávána do anody. Na katodu se přivádí z vnějšku vzduch. Voda vznikající na katodě je odváděna se vzduchem jako vodní pára, nebo kondenzát. Elektrolytem je roztok vody nebo polymerová fólie Regenerativní palivové články Všechny typy palivových článků pracují v jednom směru a to je výroba elektrické energie z paliva. U tohoto typu palivového článku by byla výhoda jeho práce v obráceném směru. To znamená, že by si palivo sám vyráběl. Zásobování článku vodíkem by bylo jednodušší. Tato technologie je zatím neúspěšná, protože katalyzátory pracují správně jen v jednom směru. Proto tyto palivové články nejsou zatím v provozu. 30

31 7 TECHNICKÉ PARAMETRY VOZIDEL 7.1 Elektromobily Peugeot ion Typ motoru: Akumulátor: Zrychlení km/h: neodomový synchronní elektromotor, 25 kw kontinuální výkon, max. výkon 47 kw, max. točivý moment 180 N.m Li-Ion, 330 V, 16 kwh, 88 článků 15, 9 s Max. rychlost (km/h): 130 Dojezd (teoretický): Dobíjení: Cena (včetně DPH): km 6 h z domácí zásuvky, 50 % kapacity z rychlonabíječky za 15 minut, 80 % za 30 minut od Kč Obr.7.1: Peugeot ion Zdroj: 31

32 7.1.2 Nissan Leaf Typ motoru: Akumulátor: Zrychlení km/h: elektromotor synchronní AC, max. výkon 80 kw, max. točivý moment 280 N.m Li-Ion, 24 kwh, 90 kw 11,9 s Max. rychlost (km/h): 140 Dojezd (teoretický): Dobíjení: Cena (včetně DPH): 160 km 20 hodin (120 V), 8 hodin (200 V), 7 hodin (240/230 V), rychlodobíjení 30 minut od dolarů Obr.7.2. Nissan Leaf Zdroj: 32

33 7.1.3 Citorën C- Zero Typ motoru: Akumulátor: elektrický synchronní motor s permanentními magnety, max. výkon 49 kw/ min -1, max. točivý moment 180 N.m/ min -1 Li-Ion, 16 kwh, 300 V, 80 článků Zrychlení km/h: 15,9 s Max. rychlost (km/h): 130 Dojezd (teoretický): Dobíjení: Cena (včetně DPH): 150 km 9 hodin standardní doba nabíjení při využití domácí zásuvky 220 V, 30 min 400 V od Kč Obr.7.3: Citroën C-Zero Zdroj: 33

34 7.1.4 Mitsubishi i-miev Typ motoru: trakční synchronní elektromotor s permanentními magnety 47 kw/ min -1, 180 N.m/ min -1 Akumulátor: Li-Ion, 330 V, 16 kwh, 88 článků Zrychlení km/h: 15 s Max. rychlost (km/h): 130 Dojezd (teoretický): Dobíjení: Cena (včetně DPH): 160 km 30 minut na 80 % kapacity rychlonabíječkou, resp. 7 hodin na 100 % domácí nabíječkou při napětí 220 V od Kč Zdroj: Obr.7.4: Mitsubishi i-miev 34

35 7.1.5 Tazzari Zero Typ motoru: Akumulátor: Zrychlení 0 50 km/h: elektromotor třífázový asynchronní, 15 kw, 150 N.m Li-Ion Fe, 13,2 kwh, 160 Ah, Thundersky 6 s Maximální rychlost (km/h): Dojezd (teoretický): 140 km Dobíjení: 5 hodin (220 V), 1 hodina (380 V) Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.5: Tazzari Zero Zdroj: 35

36 7.1.6 Think City Typ motoru: Akumulátor: Zrychlení 0 50 km/h: třífázový asynchronní elektromotor, 34 kw Li-Ion, 23 kwh 6,5 s Maximální rychlost (km/h): 110 Dojezd (teoretický): Dobíjení: Cena (včetně DPH): 160 km 8 hodin do plného nabití při 16A a 220V od Kč Obr.7.6: Think City Zdroj: 36

37 7.1.7 Mia Electrik Typ motoru: Akumulátor: Zrychlení km/h: elektromotor 9,7 kw Li-Ion, 12 kwh? s Maximální rychlost (km/h): 105 Dojezd (teoretický): 75 km Dobíjení:? Cena: od Kč Obr.7.7: Mia Electrik Zdroj: 37

38 7.1.8 Tesla Model S Typ motoru: Akumulátor: Zrychlení km/h: elektromotor 85 kwh, maximální výkon elektromotoru 310 kw/ min -1, max. točivý moment 600 N.m/0,5 100 min -1 Li-Ion, 40 kwh, 60 kwh, 85 kwh 40 kwh = 6,5 s, 60 kwh = 5,9 s, 85 kwh = 4,4 s Maximální rychlost (km/h): 40 kwh = 177, 60 kwh = 193, 85 kwh = 209 Dojezd (teoretický): Dobíjení: Cena: 40 kwh = 257km, 60 kwh = 370 km, 85 kwh = 482 km s max. výkonem 20 kw za 1 hodinu na 100 km jízdy z 240 V zásuvky od dolarů Obr.7.8: Tesla Model S Zdroj: 38

39 7.1.9 Smard ED Typ motoru: Akumulátor: Zrychlení km/h: elektromotor, 35 kw, 130 N.m Li-Ion, 17,6 kwh, 52 Ah, V, 93 článků 11,5 s Maximální rychlost (km/h): 125 Dojezd (teoretický): Dobíjení: km palubní dobíječkou s max. výkonem 22 kw za 7 h z 230 V zásuvky, 6 h ze 400 V zásuvky, nabíjení z % za 1h Cena: od Kč Obr.7.9: Smard ED Zdroj: 39

40 EVC R7 elektric Typ motoru: Akumulátor: Zrychlení km/h: elektromotor, jmenovitý výkon 30 kw, max. výkon 65 kw, max. točivý moment 190 N.m lithiové akumulátory na bázi LiFePO4 (LFP) s příměsí yttria, 16 kwh, 200 Ah, 80 V, 25 článků? s Maximální rychlost (km/h): 170 Dojezd (teoretický): Dobíjení: Cena (včetně DPH): km 11 hodin z 230 V zásuvky a 4 hodiny ze 400 V zásuvky, nabíjení % za 6 hodin od Kč Zdroj: Obr.7.10: EVC R7 elektric 40

41 Mercedes Benz SLS AMG Electric Drive Typ motoru: Akumulátor: Zrychlení km/h: 4 synchronní elektromotory s permanentními magnety, max. výkon 552 kw, max. točivý moment elektromotoru 1000 N.m/ min -1 Li-Ion, 60 kwh, 400 V, 864 článků 3,9 s Maximální rychlost (km/h): 250 Dojezd (teoretický): 225 Dobíjení: Cena (včetně DPH): nástěnná dobíječka s výkonem 22 kw za 3 hodiny, bez nástěnné dobíječky za 20 hodin od Kč Zdroj: Obr.7.11: Mercedes Benz SLS AMG Electric Drive 41

42 7.2 Hybridy Lexus CT 200 h Typ hybridu: Typ motoru: paralelní zážehový čtyřválec cm3, max. výkon motoru 73 kw/5 200 min -1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min -1 elektromotor střídavý, synchronní s permanentním magnetem, max. výkon 60 kw, max. točivý moment 207 N.m Akumulátor: Ni-MH, 202 V, 27 kw Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 3,8 Zrychlení km/h: 10,3 s Maximální rychlost (km/h): 180 Emise CO2 (g/km, kombinované): 87 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.12: Lexus CT 200 h 42

43 7.2.2 Lexus RX 450 h (AWD elektricky řízený pohon všech kol) Typ hybridu: Typ motoru: paralelní zážehový vidlicový šestiválec 3456 cm3, max. výkon 183 kw/6 000 min -1, 317 N.m/4 800 min -1 přední elektromotor střídavý, synchronní s permanentním magnetem, 123 kw, 335 N.m zadní elektromotor střídavý, synchronní s permanentním magnetem, 50 kw, 139 N.m Akumulátor: Ni-MH, 288 V Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 6,3 Zrychlení km/h: 7,8 s Maximální rychlost (km/h): 200 Emise CO2 (g/km, kombinované): 145 Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.13: Lexus RX 450 h (AWD elektricky řízený pohon všech kol) Zdroj: 43

44 7.2.3 Lexus GS 450 h Typ hybridu: Typ motoru: paralelní zážehový vidlicový šestiválec cm 3, max. výkon 215 kw/6 400 min -1, 368 N.m/4 500 min -1 elektromotor střídavý, synchronní s permanentním magnetem, 147 kw, 275 N.m, 650 V Akumulátor: Ni-MH, 288 V Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 5,9 Zrychlení km/h: 5,9 s Maximální rychlost (km/h): 250 Emise CO2 (g/km, kombinované): 137 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.14: Lexus GS 450 h 44

45 7.2.4 Lexus LS 600h Typ hybridu: Typ motoru: paralelní zážehový vidlicový osmiválec cm 3, max. výkon 290 kw/6 400 min -1, 520 N.m/4 000 min -1 elektromotor vodou chlazený, synchronní s permanentním magnetem, 165 kw, 300 N.m, 650 V Akumulátor: Ni-MH, 288 V Spotřeba (l/100 km): 8,6 Zrychlení km/h: 6,1 s Maximální rychlost (km/h): 250 Emise CO2 (g/km, kombinované): 199 Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.15: Lexus LS 600h Zdroj: 45

46 7.2.5 Toyota Yaris Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon 55 kw/4 800 min -1, max. točivý moment motoru 111 N.m/ min -1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 45 kw, max. točivý moment 169 N.m, 520 V Akumulátor: Ni-MH, 144 V, 20 článků, 6,5 Ah Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 3,5 Zrychlení km/h: 11,8 s Maximální rychlost (km/h): 165 Emise CO2 (g/km, kombinované): 79 Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.16: Toyota Yaris Zdroj: 46

47 7.2.6 Toyota Auris Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon motoru 73 kw/5 200 min -1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min -1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 60 kw, max. točivý moment 207 N.m, 650 V Akumulátor: Ni-MH, 201,6 V, 6,5 Ah Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 3,8 Zrychlení km/h: 10,9 s Maximální rychlost (km/h): 180 Emise CO2 (g/km, kombinované): 87 Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.17: Toyota Auris Zdroj: 47

48 7.2.7 Toyota Prius Plug In Hybrid Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon 73 kw/5 200 min -1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min -1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 60 kw, max. točivý moment 207 N.m, 650 V Akumulátor: Li-Ion, 207 V, 1,5 Ah Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 2,1 Zrychlení km/h: 11,4 s Maximální rychlost (km/h): 180 Emise CO2 (g/km, kombinované): 49 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.18: Toyota Prius Plug In Hybrid 48

49 7.2.8 Toyota prius + Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon 73 kw/5 200 min -1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min -1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 60 kw, max. točivý moment 207 N.m, 650 V Akumulátor: Li-Ion, 201,6 V, 5 Ah Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 4,1 Zrychlení km/h: 11,3 s Maximální rychlost (km/h): 165 Emise CO2 (g/km, kombinované): 96 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: www. cars.csmonitor.com Obr.7.19: Toyota prius + 49

50 7.2.9 Toyota Prius Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon 73 kw/5200 min -1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min -1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 60 kw, max. točivý moment 207 N.m, 650 V Akumulátor: Ni-MH, 201,6 V, 28 článků, 6,5 Ah Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 3,9 Zrychlení km/h: 10,4 s Maximální rychlost (km/h): 180 Emise CO2 (g/km, kombinované): 89 Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.20: Toyota Prius Zdroj: 50

51 Honda Jazz Typ hybridu: Typ motoru: asistovaný hybrid řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon 66 kw/5 800 min -1, max. točivý moment motoru 121 N.m/4 500 min -1 max. výkon 10 kw/4 500 min -1, max. točivý moment 78 N.m/1 000 min -1 Akumulátor: Ni-MH, 0,6 kwh Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 4,5 Zrychlení km/h: 12,2 s Maximální rychlost (km/h): 175 Emise CO2 (g/km, kombinované): 104 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.21: Honda Jazz 51

52 Honda Insight Typ hybridu: Typ motoru: asistovaný hybrid řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon 66 kw/5 800 min -1, max. točivý moment motoru 121 N.m/4 500 min -1 elektromotor, max. výkon 10 kw/1 500 min -1, max. točivý moment 78 N.m/1 000 min -1 Akumulátor: Ni-MH Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 4,1 Zrychlení km/h: 12,5 s Maximální rychlost (km/h): 182 Emise CO2 (g/km, kombinované): 99 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.22: Honda Insight 52

53 Honda CR Z Typ hybridu: Typ motoru: asistovaný hybrid řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon 84 kw/6 100 min -1, max. točivý moment motoru 145 N.m/4 800 min -1 elektromotor, max. výkon 10 kw/1 500 min -1, max. točivý moment 78 N.m/1 000 min -1 Akumulátor: Ni-MH Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 5,0 Zrychlení km/h: 10 s Maximální rychlost (km/h): 200 Emise CO2 (g/km, kombinované): 117 Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.23: Honda CR Z Zdroj: 53

54 Peugeot 508 RXH Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový vznětový čtyřválec cm 3, max. výkon 120 kw/3 750 min -1, max. točivý moment motoru 300 N.m/1 580 min -1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 20 kw, max. točivý moment 100 N.m Akumulátor: Ni-MH Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 4,1 Zrychlení km/h: 8,8 s Maximální rychlost (km/h): 200 Emise CO2 (g/km, kombinované): 107 Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.24: Peugeot 508 RXH Zdroj: 54

55 Peugeot 3008 HYBRID4 Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový vznětový čtyřválec 2,0 HDi cm 3, max. výkon 120 kw/3 750 min -1, 300 N.m/1 750 min -1 elektromotor s max. výkonem 27 kw/2 500 min -1, 200 N.m/1 290 min -1 Akumulátor: Ni-MH, 200 V Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 3,8 Zrychlení km/h: 8,5 s Maximální rychlost (km/h): 191 Emise CO2 (g/km, kombinované): 99 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.25: Peugeot 3008 HYBRID 4 55

56 Infiniti M 35h AT Typ hybridu: Typ motoru: paralelní zážehový vidlicový šestiválec cm 3, max. výkon 225 kw/6 800 min -1, max. točivý moment 350 N.m/5 000 min -1 elektromotor, max. výkon 50 kw/ min, max. točivý moment 270 N.m/1 770 min -1 Akumulátor: Li- Ion, 346 V, 1,4 kwh Spotřeba (l/100 km): 6,9 Zrychlení km/h: 5,5 s Maximální rychlost (km/h): 250 Emise CO2 (g/km, kombinované): 159 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.26: Infiniti M35h AT 56

57 Citroën DS 5 Hybrid4 Aidream Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový vznětový čtyřválec cm 3, max. výkon 120 kw/3 850 min -1, max. točivý moment 300 N.m/1 750 min -1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 27 kw/2 500 min -1, max. točivý moment 200 N.m Akumulátor: Ni-MH, max. výkon 1,1 kwh, 5,5 Ah, 200 V Spotřeba (l/100 km): 3,5 Zrychlení km/h: 8,6 s Maximální rychlost (km/h): 211 Emise CO2 (g/km, kombinované): 91 Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.27: Citroën DS 5 Hybrid4 Aidream Zdroj: 57

58 Opel Ampera Typ hybridu: plug-in hybrid, sériový hybrid Typ motoru: řadový zážehový šestiválec ECOTEC cm 3, max. výkon 63 kw elektromotor s max. výkonem 111 kw, 370 N.m Akumulátor: Li-Ion, 16 kwh, využitelných 8,8 kwh Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 2,8 Zrychlení km/h: 10 s Maximální rychlost (km/h): 161 Emise CO2 (g/km, kombinované): 124 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.28: Opel Ampera 58

59 BMW Active Hybrid 5 Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový zážehový šestiválec cm 3, max. výkon 225 kw/5 800 min -1, 400 N.m/1 200 min -1 elektromotor s max. výkonem 40 kw, 210 N.m Akumulátor: Li-Ion, 96 článků, Wh Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 6,4 Zrychlení km/h: 5,9 s Maximální rychlost (km/h): 250 Emise CO2 (g/km, kombinované): 149 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.29: BMV Active Hybrid 5 59

60 BMW Active Hybrid 7 Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový zážehový šestiválec cm 3, max. výkon 235 kw/5 800 min -1, 450 N.m/1 300 min -1 elektromotor s max. výkonem 40 kw, 210 N.m Akumulátor: Li-Ion, 96 článků, Wh Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 9,3 Zrychlení km/h: 4,6 s Maximální rychlost (km/h): 250 Emise CO2 (g/km, kombinované): 217 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.30: BMW Active Hybrid 7 60

61 Kia Optima Hybrid Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon 110 kw/6 000 min -1, 180 N.m/5 000 min -1 elektromotor s maximálním výkonem motoru 30 kw/ min -1, 205 N.m/ Akumulátor: Li-Ion polymerová, 270 V, 72 článků, 5,3 Ah Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 5,3 Zrychlení km/h: 9,4 s Maximální rychlost (km/h): 185 Emise CO2 (g/km, kombinované): 125 Cena (včetně DPH): od Kč Obr.7.31: Kia Optima Hybrid Zdroj: 61

62 Volgswagen Tuareg Hybrid Typ hybridu: Typ motoru: paralelní vidlicový zážehový šestiválec cm 3, max. výkon 245 kw/5 500 min -1, 440 N.m/3 000 min -1 synchronní elektromotor s maximálním výkonem 34,4 kw/1 500 min -1, 300 N.m/ , 288 V Akumulátor: Ni-MH, 1,7 kwh, 240 článků Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 8,2 Zrychlení km/h: s 6,5 Maximální rychlost (km/h): 240 Emise CO2 (g/km, kombinované): 193 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.32: Volkswagen Tuareg Hybrid 62

63 Porsche Cayenne S Hybrid Typ hybridu: Typ motoru: paralelní vidlicový zážehový šestiválec cm 3, max. výkon 245 kw/5 500 min -1, 440 N.m/3 000 min -1 synchronní elektromotor s maximálním výkonem 34,4 kw/1 000 min -1, 300 N.m/ , 288 V Akumulátor: Ni-MH, 1,7 kwh, 240 článků Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 8,2 Zrychlení km/h: s 6,5 Maximální rychlost (km/h): 242 Emise CO2 (g/km, kombinované): 193 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.33: Porsche Cayenne S Hybrid 63

64 Porsche Panamera S Hybrid Typ hybridu: Typ motoru: paralelní vidlicový zážehový šestiválec cm 3, max. výkon 245 kw/5 500 min -1, 440 N.m/3 000 min -1 synchronní elektromotor s maximálním výkonem 34,4 kw/1 000 min -1, 300 N.m/ , 288 V Akumulátor: Ni-MH, 1,7 kwh, 240 článků Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 7,1 Zrychlení km/h: s 6,0 Maximální rychlost (km/h): 270 Emise CO2 (g/km, kombinované): 169 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.34: Porsche Panamera S Hybrid 64

65 Mercedes-Benz S 400 Hybrid Typ hybridu: Typ motoru: paralelní vidlicový zážehový šestiválec cm 3, max. výkon 205 kw/6 000 min -1, 350 N.m/3 000 min -1 trakční třífázový střídavý elektromotor s permanentními magnety, maximálním výkonem 15 kw, 160 N.m, 120 V Akumulátor: Li-Ion, 32 článků, 19 kw, 0,8 kwh Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 7,9 Zrychlení km/h: s 7,2 Maximální rychlost (km/h): 250 Emise CO2 (g/km, kombinované): 186 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.35: Mercedes-Benz S 400 Hybrid 65

66 Mercedes-Benz E 300 BlueTech Hybrid Typ hybridu: Typ motoru: paralelní řadový vznětový čtyřválec cm 3, max. výkon 150 kw/4 200 min -1, 500 N.m trakční třífázový střídavý elektromotor s permanentními magnety, maximálním výkonem 20 kw, 250 N.m, 120 V Akumulátor: Li-Ion, 32 článků, 19 kw, 0,8 kwh Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 4,1 Zrychlení km/h: s 7,5 Maximální rychlost (km/h): 242 Emise CO2 (g/km, kombinované): 107 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.36: Mercedes-Benz E 300 BlueTech Hybrid 66

67 Fisker Karma Typ hybridu: Typ motoru: sériový, plug-in hybrid řadový zážehový čtyřválec cm 3, max. výkon 156 kw/4 900 min -1 elektromotor s max. výkonem 300 kw, N.m Akumulátor: Li-Ion, 180 kw, 20,1 kwh Spotřeba (l/100 km): kombinovaná 2,2 Zrychlení km/h: s 6,6 Maximální rychlost (km/h): 200 Emise CO2 (g/km, kombinované): 53 Cena (včetně DPH): od Kč Zdroj: Obr.7.37: Fisker Karma 67

68 7.3 Automobily na vodík Mercedes-Benz B F-CELL Pohon: Výkon elektromotoru: Akumulátor: elektromotor s palivovými články 100 kw, 290 N.m Li-Ion, 1,4 kwh, 35 kw Nejvyšší rychlost (km/h): 170 Spotřeba (kg/100 km): 0,96 Emise CO2 (g/km, kombinované): 0 Dojezd teoretický (km): 385 Tlak v nádobách (MPa): 70 Kapacita nádrží vodíku (kg): 3,719 Studený start: do -25 C Zdroj: Obr.7.38: Mercedes-Benz B F-CELL 68

69 7.3.2 Honda FCX Clarity Pohon: elektromotor s palivovými články Výkon elektromotoru: 100 kw, 252 N.m/ min -1 Akumulátor: Li-Ion, 288 V Nejvyšší rychlost (km/h): 160 Zrychlení (0-100 km/h): 9 s Spotřeba (kg/100 km): 1,1 CO2 (g/km): 0 Dojezd teoretický (km): 460 Výstupní výkon palivového článku: 100 kw Tlak v nádobách (MPa): 35 Kapacita nádrží vodíku (kg): Studený start: 4,5 = 171 l do -30 C Zdroj: Obr.7.39: Honda FCX Clarity 69

70 7.3.3 Hyundai ix 35 Hydrogen FCEV Pohon: Výkon elektromotoru: Akumulátor: asynchronní elektromotor s palivovými články 100 kw/300 N.m Li-Pol, 24 kwh, 450 V Nejvyšší rychlost (km/h): 160 Zrychlení (0-100 km/h): Spotřeba (kg/100 km): 14,1 s 1,07 kg = 3,8 l CO2 (g/km): 0 Dojezd teoretický (km): 588 Výstupní výkon palivového článku: Tlak v nádobách (MPa): Kapacita nádrží vodíku (kg): Studený start: 100 kw 70 MPa 5,64 = 144 l do -30 C Obr.7.40: Hyundai ix35 Hydrogen FCEV Zdroj: 70

71 Teoretický dojezd [km] Kapacita akumulátoru [kwh] Výkon [kw] 8 POROVNÁVÁNÍ PARAMETRŮ JEDNOTLIVÝCH TYPŮ PO- HONŮ Obr.8.1: Porovnání výkonu elektromobilů , Obr.8.2: Porovnání kapacity akumulátorů u elektromotorů , , Obr.8.3: Porovnání teoretického dojezdu u elektromobilů

72 Dobíjení - domácí sít [h] Zrychlení [km/h] Maximální rychlost [km/h] Obr.8.4: Porovnání maximální rychlosti u elektromobilů Obr.8.5: Porovnání zrychlení u elektromobilů ,9 11,9 15, ,4 11,5 0 3,9 Obr.8.6: Porovnání doby dobíjení u elektromobilů

73 Obr.8.7: Porovnání výkonů spalovacích a elektrických motorů u hybridů ,4 34,4 34, Výkon spalovacího motoru a elektromotoru [kw] Elektromotor [kw] Spalovací motor [kw] 73

74 Obr.8.9: Porovnání kombinovaná spotřeby u hybridů (norma NEDC 93/116/ECE) Obr.8.8: Porovnání hodnoty emisí CO2 u hybridů provozu mimo město (norma NEDC 93/116/ECE) 74

75 Obr.8.11: Porovnání zrychlení u hybridů Obr.8.10: Porovnání maximální rychlost u hybridů 75

76 Nejvyšší rychlost (km/h) Kapacita nádrží vodíku (kg) Dojezd teoretický (km) Spotřeba (kg/100 km) Výkon elektromotor u (kw) Obr.8.12: Porovnání výkonu elektromotorů u vodíkových automobilů Mercedes-Benz B F-CELL Honda FCX Clarity Hyundai ix35 Hydrogen FCEV Obr.8.13: Porovnání spotřeby u vodíkových automobilů 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,96 1,1 1,07 Mercedes-Benz B F-CELL Honda FCX Clarity Hyundai ix35 Hydrogen FCEV Obr.8.14: Porovnání teoretického dojezdu vodíkových automobilů Mercedes-Benz B F-CELL Honda FCX Clarity Hyundai ix35 Hydrogen FCEV Obr.8.15: Porovnání kapacity nádrží vodíku u vodíkových automobilů ,719 4,5 5,64 Mercedes-Benz B F-CELL Honda FCX Clarity Hyundai ix35 Hydrogen FCEV Obr.8.16: Porovnání nejvyšší rychlosti u vodíkových automobilů Mercedes-Benz B F-CELL Honda FCX Clarity Hyundai ix35 Hydrogen FCEV 76