POGOSTA VPRAŠANJA IN ODGOVORI

Pogosta vprašanja in odgovori v povezavi z električnimi vozili.

Katere vrste električnih vozil poznamo?

Kako izgleda električni pogonski sistem?

Kaj je hibridni pogonski sistem?

Kaj je direktni pogon in katere so njegove prednosti?

Kaj so gorivne celice in kaj prinašajo na področje električnih vozil?

Kaj so glavne prednosti električnih vozil?

Kaj so glavne slabosti električnih vozil?

Kdaj in kje lahko pričakujemo vzpon električnih vozil?

Kako je z uporabo vodika pri pogonu električnih vozil?

Kaj so ultrakondenzatorji?

Katere vrste električnih vozil poznamo?

Električna vozila (EV) so vozila, ki za pogon uporabljajo električno energijo. Glede na namen in uporabo so zelo raznolika, saj poznamo:

• različne električne vozičke,
• električne skiroje,
• električna kolesa,
• električne skuterje,
• električne mopede,
• električne motorje,
• električne tricikle,
• električne vozičke za golf,
• majhne električne avtomobile,
• električne osebne avtomobile,
• električne enoprostorce,
• električne tovornjake,
• električne avtobuse
• in še kakšen tip električnih vozil bi se lahko našel.

Kako izgleda električni pogonski sistem?

Električni pogonski sistem je v grobem sestavljen iz vira električne energije (enega ali več), elektromotorja (enega ali več) in krmilne elektronike, ki skrbi za optimalno delovanje obeh komponent.

Kot vir električne energije se najpogosteje uporabljajo baterije oziroma akumulatorji, počasi pa jih že nadomeščajo gorivne celice in ultrakondenzatorji.

Elektromotor je lahko en sam (centralni), katerega navor se preko prestav in prenosnih mehanizmov prenese do pogonskih osi vozila, ali pa jih je več in so nameščeni direktno v kolesih, tako da ni potreb po dodatnih mehanskih prenosih. Drugi, modernejši pristop se imenuje direktni pogon in ima mnogo prednosti.

Shema: Klasični električni pogon


Z baterije preko elektronike poganjamo elektromotor. Mehansko energijo nato preko mehanskih prenosov prenesemo do koles. Pri zaviranju lahko tok energije obrnemo, elektromotor deluje kot generator, s tem pa del energije spet vrnemo v baterijo. Temu sistemu rečemo regenerativno zaviranje in je skupen vsem električnim vozilom. Klasični električni pogon je enostaven, vendar zaradi majhne zaloge energije v baterijah neprimeren za premagovanje večjih razdalj.

Kaj je hibridni pogonski sistem?

Hibridni pogonski sistem predstavlja kombinacijo električnega pogonskega sistema in pogona z motorjem na notranje izgorevanje. Hibridni pogonski sistem izkorišča prednosti obeh načinov pogona in je zelo zanimiv za aplikacije v večjih električnih vozilih, od vključno osebnega avtomobila naprej.
Hibridni pogonski sistem je lahko realiziran na dva načina: kot zaporedni ali kot vzporedni hibridni pogon.

Shema: Zaporedni hibridni pogon


Hibridno vozilo z zaporedno vezanim pogonskim sistemom izkorišča veliko specifično energijo tekočih ogljikovodikov, saj motor na notranje izgorevanje, ki deluje v optimalnem delovnem območju, preko generatorja polni baterijo. Sistem ni najbolj enostaven, pri izkoristku pa smo še veno omejeni z izkoristkom toplotnega stroja. Težave pri zaporednem hibridnem pogonskem sistemu lahko nastopijo tudi zaradi prepogostega polnjenja in praznjenja akumulatorjev, kar znižuje njegovo življenjsko dobo.

Shema: Vzporedni hibridni pogon


Vzporedni hibridni pogon ima podobne značilnosti kot zaporedni, le da motor na notranje izgorevanje neposredno poganja mehanske prenose v vozilu, kadar je potreba po moči manjša pa še polni baterijo. Tak pogonski sistem uporablja Toyotin Prius, ki je trenutno najbolj »vroče« hibridno vozilo.

Kaj je direktni pogon in katere so njegove prednosti?

Najsodobnejši elektromotorji z velikim specifičnim navorom omogočajo tako imenovani direktni pogon. Elektromotor je vgrajen kar neposredno v platišče kolesa. Sam plašč kolesa tako predstavlja »edini« gibljivi del vozila! Direktni pogon lahko uporabimo pri vseh tipih električnih vozil, od električnih koles, mopedov do avtomobilov in tovornjakov. Pri avtomobilu je motor lahko v vsakem izmed štirih koles, pri mopedu ali kolesu pa le v enem ali dveh. Koncept direktnega pogona ima veliko prednosti.

• Znebimo se vseh izgub pri mehanskih prenosih.
• Zmanjšamo težo vozila.
• Izboljšamo varnost z uporabo »pametnega krmiljenja« posameznih koles.
• Pogon na štiri kolesa je avtomatično predviden, implementacija ABS, ASR in podobnih zadev pa je trivialno enostavna.
• Izboljšamo zanesljivost, izognemo se vzdrževanju mehanskih prenosov.
• Rešitev je ekološko prijazna, saj porabimo manj materiala.
• Omogoča tudi različne zanimive vozne lastnosti, kot sta vožnja vstran in obračanje na mestu.
• Odpremo pa tudi možnosti alternativnih oblikovnih rešitev.

Shema: Direktni pogon omogoča alternativne pristope pri zavijanju, vožnjo vstran in obračanje na mestu.

Kaj so gorivne celice in kaj prinašajo na področje električnih vozil?

Gorivne celice so elektro-kemične naprave, ki omogočajo pretvorbo kemijske energije v električno. Odlikujejo se po dobrem izkoristku, majhni masi in volumnu ter tihemu in okolju prijaznemu delovanju. Trenutno je njihova glavna slabost visoka cena in nepopolna infrastruktura pri ponudbi goriva. Najbolj enostavne nizko-temperaturne gorivne celice lahko kot gorivo uporabljajo le čisti vodik, bolj zapletene ali pa visokotemperaturne pa tudi metanol in ostale tekoče ogljikovodike. Visoke ceno so povezane z visokimi razvojnimi stroški in delno tudi z dragimi materiali, ki se uporabljajo.

Shema: Delovanje tipične gorivne celice


Na anodo vpihavamo vodik, ki ga imamo shranjenega v posebnih visokotlačnih rezervoarjih ali pa ga na vozilu sproti pridobivamo z reformiranjem ogljikovodikov. Na katodo dovajamo običajni zrak, ki vsebuje kisik. Kot produkt kemijske reakcije nastane voda, ki odteče na cesto ali pa jo zadržimo na vozilu (v primeru nizkih temperatur si namreč ne želimo, da bi cesta zaledenela).

Kot gorivo lahko uporabljamo čisti vodik ali običajne ogljikovodike, iz katerih v vozilu samem pridobivamo vodik. Gorivne celice že same po sebi rešijo problem avtonomije električnih vozil, saj gorivo vsebuje bistveno več energije, kot baterije. Razvoj gorivnih celic se je začel že pred desetletji v vesoljskih in vojaških programih, kjer stroški niso bili problematični. Danes smo na stopnji, ko so gorivne celice tik pred komercializacijo.


Kaj so glavne prednosti električnih vozil?

Izkoristek elektromotorja je v kombinaciji z gorivnimi celicami ali baterijami bistveno boljši kot izkoristek pogonskega sistema z motorjem na notranje izgorevanje. Poleg samega izkoristka motorja lahko z regenerativnim sistemom zaviranja, del energije, ki bi se pri klasičnem vozilu izgubil med zaviranjem, povrnemo. Posledice boljšega izkoristka sta predvsem:
• nižji stroški vožnje in
• manjše obremenjevanje okolja.

Električni pogonski sistem je modularno zasnovan in lahko koristi več različnih virov energije. En vir energije je zadolžen za veliko moč, en pa za veliko zalogo energije. Prednost takega sistema se na koncu pri vozilu pozna predvsem pri:
• nižji ceni in
• večjem udobju potnikov.

V primeru direktnega pogona se EV tudi bolje drži ceste in je precej varnejše.

Kaj so glavne slabosti električnih vozil?

Glavna slabost električnih vozil je njihova avtonomija. Doseg vozila je namreč omejen z zalogo energije, ki jo ima vozilo na voljo. V primerjavi z nafto ali bencinom imajo tudi najsodobnejše baterije še vedno približno 100 krat manjšo energijsko gostoto. Kljub nekajkrat boljšemu izkoristku pogonskega sistema to ne zadostuje za daljše vožnje. Z gorivnimi celicami bomo problem avtonomije sicer rešili, še vedno pa obstajajo odprta vprašanja v povezavi z infrastrukturo črpalk za vodik, katerega distribucija ni tako enostavna, kot pri tekočih ogljikovodikih.

Kdaj in kje lahko pričakujemo vzpon električnih vozil?

Zaradi težav pri doseganju želene avtonomije električnih vozil se bodo le ta sprva pojavila na področjih, kjer to ne igra ključne vloge in na področjih, kjer je nujno potrebno varovanje okolja. Električna vozila se že dolgo in v velikem obsegu uporabljajo na igriščih za golf in v raznih bolnišnicah. Sledijo aplikacije v raznih mestnih dostavnih službah in potniškem prometu. Zadnje čase se po svetu zelo razširjajo električna kolesa, kjer elektromotor z dodatnim navorom kolesarju pomaga pri poganjanju kolesa.
Na področju osebnih avtomobilov praktično vsi svetovni proizvajalci razvijajo tudi hibridne in električne modele. Najbolj aktualna je Toyota s svojim modelom Prius, ki je po svetu zastopan že z več kot 100.000 avtomobili.
Tudi v prihodnosti lahko pričakujemo, da se bodo električna vozila uveljavljala predvsem v mestnih središčih, hibridna vozila pa bodo omogočala tudi relacijsko vožnjo.

Kako je z uporabo vodika pri pogonu električnih vozil?

Ena izmed najbolj resnih možnosti za pogon električnih vozil je uporaba vodika za elektrike v gorivnih celicah. V tem primeru imamo dve možnosti za shranjevanje vodika.
Pri prvi možnosti shranjujemo vodik v obliki tekočih ogljikovodikov (npr. metanola) in ga na vozilu samem sproti reformiramo v vodik v plinastem stanju. Ta možnost je zanimiva, saj imajo tekoči ogljikovodiki veliko energijsko gostoto in omogočajo rešitev avtonomije vozila. Poleg tega je skladiščenje in distribucija tekočih ogljikovodikov zelo enostavna in preizkušena – vsa potrebna infrastruktura že obstaja.Težava je le relativno kompliciran proces samega reforminga v katerem iz tekočega ogljikovodika pridobivamo plinasti vodik. Ta proces zahteva dodatni element na vozilu in podraži izvedbo.
Druga možnost je na prvi pogled bolj enostavna, saj imamo vodik že shranjen v plinastem stanju v posebnih visokotlačnih rezervoarjih. Ker je vodik zelo redek plin, potrebujemo za zadostitev energijskih potreb kar velik pritisk – običajno med 350 in 700 bari. Tovrstni rezervoarji so zelo trdni, vzdržljivi in težki. Običajni rezervoar v katerega lahko shranimo 2 kg vodika tehta približno 50 kg. Varnost pri morebitnem trku in samem procesu polnjenja je zadovoljiva, največje težave nastopajo pri vsej dodatni infrastrukturi črpalk, kjer bi se dalo rezervoar napolniti. Trenutno je v svetu več prototipov, ki temeljijo na tem principu.
Samo pridobivanje vodika je trenutno najbolj ekonomično z reformingom naravnega plina v prihodnosti pa ga je možno pridobivati tudi na popolnoma čist, ekološki način z elektrolizo vode, kjer za vir električne energije uporabljamo obnovljive vire energije (svetlobo, veter in podobne alternativne vire). Voda, ki bi jo z elektrolizo razcepili na vodik in kisik bi se v gorivni celici z obrnjeno reakcijo vrnila v prvotno stanje.

Kaj so ultrakondenzatorji

Ultra kondenzatorji so kondenzatorji z zelo veliko energijsko gostoto. uporabljamo jih lahko za skladiščenje električne energije, podobno kot akumulatorje ali baterije. Njihova energijska gostota je sicer precej manjša od energijske gostote baterij, saj je le okoli 4 do 5 Wh/kg (svinčeve baterije okoli 40 Wh/kg, litijeve prek 100 Wh/kg), se pa odlikujejo po izredno veliki specifični moči, ki je prek 2 kW/kg (baterije imajo specifično moč okoli 200 W/kg) in dolgi življenski dobi, ta trenutek okoli 500.000 ciklov ( baterije le okoli 1000 ciklov).