STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA A STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ NERATOVICE Školní 664, 277 11 Neratovice, tel.: 315 682 314, IČO: 683 834 95, IZO: 110 450 639 Ředitelství školy: Spojovací 632, 277 11 Neratovice tel.: 315 663 115, fax 315 684145, e-mail: mhrejsova@ sosa sou.cz, www.sosa souneratovice.cz Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0185 Název projektu: Moderní škola 21. století Zařazení materiálu: Šablona: V/2 Stupeň a typ vzdělávání: střední odborné Vzdělávací oblast: odborné vzdělávání Vyučovací předmět: automobily Vzdělávací obor: mechanik opravář motorových vozidel Tematický okruh: ekologie vozidel Sada: 1 Číslo DUM: 32 Ověření materiálu ve výuce: Datum ověření: 19. 12. 2012 Ročník: 3. Ověřující učitel: Ing. Jiří Janovec
Název listu: Elektromobily, vývoj, trendy, technická omezení Jméno autora: Anotace: Ing. Jiří Janovec Elektromobily, jejich vlastnosti a technické možnosti. Klíčová slova: Klíčové kompetence: Emise, hluk, akumulátory, motory, hybridní pohony, nabíjecí stanice, ekonomika. Vysvětlí možnosti a technická omezení elektromobilů. Přesahy a vazby: Ostatní odborné předměty. Organizace (čas, velikost skupiny, prostorová organizace): Cílová skupina: 20 min., třída popř. skupina včetně žáků se specifickými vzdělávacími potřebami, bez požadavků na speciální vybavení učebny Žák, věková kategorie 17 19 let Použitá literatura, zdroje: Autorem materiálu a všech jeho částí je Ing. Jiří Janovec Velikost: 558kB
32 - Elektromobily, vývoj, trendy, technická omezení Vozidla s elektrickým pohonem vznikla o mnoho let dříve (koncem 19. století), než se začalo využívat parního stroje a později spalovacího motoru k pohonu automobilů. Hybridní benzíno-elektrický pohon používaly i elektromobily ing. Křižíka na přelomu století. Na začátku 20. století jezdilo v Evropě více jak 2000 elektromobilů, tedy stejně jako dnes a v USA asi 50 000. Za celou historii elektromobilů se nepodařilo vyřešit klíčový problém - dostatečnou zásobu elektrické energie uskladněné v hmotnostně i rozměrově přijatelných akumulátorech. To vedlo k odklonu vývoje směrem ke spalovacím benzínovým a vznětovým motorům. Požadavky na přesunutí ekologické zátěže z dopravy do elektráren a velký skok v nových technologiích akumulátorů Li-On, Li- Pol a dalších, které jsou spojeny s vývojem těchto zdrojů pro jiné účely, vyvolaly návrat k vývoji elektromobilů. Poměr hmotnosti, kapacity a tím i dojezdu elektromobilů je stále vůči vozidlům se spalovacím motorem nevýhodný. Vzrostla účinnost používaných elektromotorů, zmenšily se rozměry a hmotnost, výrazně pomohl vývoj nových výkonových polovodičových prvků potřebných pro řízení napájení motorů i nabíjení. Dnešní koncepce vozidel s elektrickým pohonem lze rozdělit na 3 hlavní směry-vozidla se zásobou energie pouze v akumulátorech, musí se nabíjet ve stacionárních nabíjecích stanicích, jejich dojezd je jednoznačně limitován infrastrukturou stanic a kapacitou akumulátorů. Druhou větví jsou vozidla s hybridním uspořádáním-benzínový motor-pro pohon vozidla nebo dobíjení akumulátorů a elektromotor. Dojezd výrazně delší, emise nejsou nulové, potřeba tankování paliva. Třetí směr jsou vozidla pouze s elektromotorem, akumulátory a palivovými články, které dobíjejí akumulátory. Dojezd větší, než u první varianty, ale rovněž omezený velikostí palivových článků a jejich výkonem. Emise jsou přesunuty do výroby vodíku. S využitím např. solární energie velmi nízké. Technická provedení: První varianta - akumulátory obvykle s napětím 320V, umísťovány pod podlahou vozu. Elektronické měniče, vícefázové synchronní motory-jeden centrální nebo 4 v kolech, které lze dobře řídit, reduktor otáček, nabíjecí systém. Elektrické vytápění a klimatizace. Ostatní skupiny vozidla zůstávají zachovány jako v běžných sériových vozech vč. palubní sítě. Některé komponenty odpadají. Hybridní varianta obdobné řešení jako varianta I. Vozidlo má navíc spalovací motor menšího výkonu pro dobíjení akumulátorů a menší nádrž na palivo. Jiným hybridním řešením je spalovací motor jako hlavní pohonná jednotka a elektromotor jako pomocný např. pro provoz ve městě. Toto řešení je výrazně komplikovanější
a dražší, zachovává všechny prvky běžného vozu. Varianta s palivovými články - je obdobou první varianty. Prodloužení dojezdu zabezpečují palivové články výrobou elektrické energie ze stlačeného vodíku a vzdušného kyslíku bez spalování. Systém je komplikovanější o palivový článek, jeho regulaci, vodíkový vysokotlaký systém. Hodí se pro užitkové vozy a autobusy. Představitelem I. druhu může být např. Citroen Zero, nebo Porsche 911, případně Octavia v provedení elektro.dojezd mezi 120-150km bez nabíjení, Tesla dojezd 320km, druhé skupiny např. vozy Toyota Prius nebo Auris. Do třetí patří zatím experimentální český TriHyBus, dojezd 300km, nebo Honda Clarity s dojezdem 430km. Pro městskou individuální dopravu jsou zajímavá elektrokola a elektroskútry mnoha značek, kde malý akční rádius není výrazným omezením v používání. Perspektivní rozvoj elektromobilů záleží na politických rozhodnutích a ekonomické síle země. V Německu je tento vývoj masivně podporován státem, v ČR je to záležitostí vlastního rozhodnutí automobilek a jejich investic do vývoje. Současně s vývojem samotných elektromobilů je nezbytná infrastruktura nabíjecích stanic, pracuje se též na bezkontaktním indukčním dobíjení např. pro parkoviště. Elektromobily jsou konstrukčně jednodušší - odpadá mnoho komponentů běžných vozidel - olejové hospodářství, spojka, převodovka, případně rozvodovka, chlazení je výrazně menší, zapalování, filtrace, katalyzátory, výfukový a tlumicí systém atd. Údržba vozidla se významně redukuje. Náklady na ujetý kilometr jsou u dnešních vozidel mezi 25-50% ceny proti spalovacímu pohonu. Celková účinnost u benzínového pohonu se uvádí kolem 15%, u elektropohonu mezi 27-30%, s využitím rekuperace i více. Zanedbatelná není také okamžitá pohotovost, plný výkon a mohutná akcelerace je k dispozici ihned, hluk vozidel je nižší. Negativem je určitě dojezd (dnes v průměru 130-150km), vysoká pořizovací cena vozu (asi dvojnásobek), především akumulátorů a jejich životnost, hmotnost a také absence nabíjecí a servisní infrastruktury. V budoucnu i potřeba servisních techniků s odlišnou kvalifikací.
Kontrolní otázky 1/ Uveď 3 základní koncepce pohonu vozidel s využitím elektrické energie? 2/ Co jednotlivé varianty obsahují za klíčové komponenty a které díly klasického vozu odpadají? 3/Jaké jsou dosud nedořešené nedostatky elektricky poháněných vozů? 4/Jaké jsou výhody elektrické koncepce a co lze očekávat do budoucna? Správné odpovědi viz text DUM.