Domů
Elektromobilita
Akumulátory a pohonné systémy elektrických vozidel - EV (1. díl)

Akumulátory a pohonné systémy elektrických vozidel - EV (1. díl)

Tato série se zabývá parametry a pohonnými systémy vozidel na elektřinu, nelze však vyloučit ani to, že se v budoucnu dotkneme i hybridních vozidel. Budou zde diskutovány jednotlivé modely nejrůznějších výrobců a jejich varianty. Řešit se bude spolehlivost, použitelnost, systémová napětí, návrhové výkony, proudy a další informace. Bude brán zřetel na pochopitelnost tématu tak, aby si své našel jak zapálený fanoušek, tak i laik, který v elektromobilu v životě nejel.

Co nás zajímá?

Je nutné si uvědomit, že v osvědčení o registraci vozidla a velkém technickém průkazu lze najít pouze maximální dosažitelný výkon vozidla. Nikoliv však informaci o velikosti kroutícího momentu, napětí baterie, počtu pólů motoru a jeho typu, převodovém poměru a uspořádání hnacího pohonu a tak podobně.

Hlavní parametry

Kapacita baterie a její napětí, chemické složení

Kapacita baterie je určující pro dojezd a výkon elektromobilu. Vzhledem k vysoké ceně baterií tvoří velkou část ceny vozidla. Rozlišujeme kapacitu celkovou a využitelnou, rozdíl mezi nimi je nazýván jako buffer a slouží k ochraně baterie před poškozením. Nedovolí uživateli vybít baterii úplně.

Elektromobily se v historii osazovaly různými druhy baterií. Zprvu volba padla na olověný akumulátor (GM EV1, Škoda Eltra), následně přišly nikl-kadmiové baterie (Peugeot 106 electrique, Citroen Berlingo electrique), nikl-metal hydridové (HEV Toyota Prius) a dnes dominují lithium-iontové typy baterií.

Tepelný management baterie je také velmi důležitý z pohledu životnosti a prevence jejího přehřátí. Baterie mohou být chlazené kapalinou, nebo vzduchem. Například Tesly mají kapalinou chlazené baterie, Hyundai Ioniq electric (28 kWh) a Nissan E-NV200 mají vzduchem chlazenou baterii. Některé baterie nejsou aktivně chlazené vůbec (VW E-UP).

Konfigurace a systémové napětí baterie je důležité z pohledu nabíjecího výkonu při rychlonabíjení. Například Renault ZOE a Nissan LEAF mají spojení 96 článků v sérii a tudíž maximální napětí je 403,2 V. Například Jaguar I-Pace a Audi E-Tron a další mají systémové napětí vyšší. Pokud pak nabíjecí stanice (například ABB Tera 53 - 50 kW) má maximální výstupní proud 125 A a napětí 500 V, tak při nabíjení baterie v režimu konstantního proudu je okamžitý nabíjecí výkon vyšší u vozidel s vyšším systémovým napětím. Elektrický výkon je totiž součin proudu a napětí. Za zmínku také stojí, že například Citroen Saxo electrique má systémové napětí pouze 120 V a nepodporuje žádnou formu moderního rychlého nabíjení (CCS, Chademo).

Výkon a typ elektromotoru, kroutící moment, maximální otáčky

Elektromotor je v elektromobilu naprosto klíčová součást. Probíhá v něm přeměna elektrické energie na mechanickou. Může být proveden ve třech provedeních jako stejnosměrný, asynchronní a synchronní. V elektromobilech Tesla se používají kombinace asynchronních a synchronních motorů pro dosažení vysoké účinnosti.

Stejnosměrný motor je používán pro svůj vysoký záběrný moment (velikost kroutícího momentu při zastavené ose motoru). Dnes ho v moderních elektromobilech nenajdeme, ale stále se používá ve vysokozdvižných vozících. Díky uhlíkovým kartáčům a komutátoru, je nutné provádět pravidelnou údržbu. Ty se společně starají o konverzi stejnosměrného proudu na střídavý, který je potřeba pro chod motoru. Používán byl například v Peugeotu 106 electrique a jeho výkon byl 11 kW.

Asynchronní motor je robustní a osvědčený typ. Tesla ho dnes používá v kombinaci se synchronním elektromotorem u modelů s pohonem všech kol. Například Tesla model 3 má v předu asynchronní a vzadu synchronní motor. Dosahuje nižší účinnosti než synchronní typ díky tomu, že je nutné indukovat proud v rotoru pro vytvoření vlastního magnetického pole. Jeho výhoda je, že je dobře přetížitelný a dobře se řídí.

Synchronní typ elektromotoru s permanentními magnety je vývojově jeden z nejnovějších. Vykazuje vysokou účinnost a výkonovou hustotu. Jeho řízení je prováděno na základě znalosti přesné polohy natočení rotoru vzhledem ke statoru a jeho magnetickému poli. Dnes ho najdeme v drtivé většině elektromobilů. Cena je vyšší než u asynchronních kvůli nutnosti použít permanentní magnety ze vzácných zemin. Renault ZOE (22 kWh) využívá synchronní elektromotor s vinutým rotorem, který používá kartáče se sběrnými kroužky a nepoužívá tak permanentní magnety.

Počet hnaných náprav

Některé elektromobily mají hnanou pouze přední nápravu (Citigo-iV, Ioniq...), nebo zadní nápravu (BMW i3, Tesla model S P85...) a některé mají hnané všechny nápravy. Pohon všech kol je u některých elektromobilů příplatkovou výbavou. Nejlevnější Tesla model 3 (SR+) je řešená pouze jako "zadokolka", edice s prodlouženým dojezdem má pohon všech kol.

Váha vozidla a její rozložení

Hmotnost elektromobilu je zpravidla vyšší než u vozidel se spalovacím motorem. Třeba Volkswagen E-UP váží 1235 kg oproti váze 980 kg u modelu se spalovacím motorem. Elektromobily, které mají relativně lehký elektromotor v předu a těžkou baterii v zadní části mohou mít problém s udržením trakce přední nápravy, zvláště když uvážíme velký kroutící moment elektromotoru. Již zmíněný E-UP má 210 Nm oproti 95 Nm u klasického UPu. Pro zajímavost Tesla model X váží 2490 kg.

Akcelerace a převodový poměr převodovky

Hovoříme-li o akceleraci, tak je nutné brát v potaz nejen výkon elektromotoru, ale i jeho maximální kroutící moment a převodový poměr vzhledem k poháněným kolům. Často elektromobily s větším převodovým poměrem mají lepší "odpich" než ty, které mají stejný výkon, ale menší převodový poměr. Výrobci udávají často čas zrychlení z nuly na sto kilometrů za hodinu a čas na překonání čtvrt míle. V rámci těchto metrik dominuje trhu Tesla a Porsche Taycan. I "levné" elektromobily však dosahují zrychlení, které vás dokáže překvapit.

Spotřeba elektrické energie

Spotřeba EV se odvíjí od mnoha vlivů, jako je rychlost vozidla, teplota, stav vozovky, použité pneumatiky, technický stav a tak podobně. Spotřeba se odvíjí od dvou hlavních faktorů a to je aerodynamický odpor vzduchu a valivý odpor pneumatik. Další vlivy nejsou tak zásadní, rozhodně je ale nelze zanedbat. Jedná se například o spotřebu energie na topení a klimatizaci kabiny, tepelný management baterie a podobně.

Závěr

Tato série je pokus, který si klade za cíl přiblížit veřejnosti to, jak vlastně elektrický pohon funguje a jaké u něho sledujeme parametry. Speciální poděkování patří Prof. Johnovi D. Kelly z Weber State University (automotive department) za jeho skvělou práci a videa, které o hybridních a elektrických vozidlech vytváří. Jeho práci a výborný technický komentář lze najít na tomto odkazu.

Komentáře

(2)

Elektrikar

25. duben 2021, 10:21

Ono to není až tak jednoduché, jak to článek popisuje. Například Tesla využívá cutting edge IPM-SynRM motor což je motor o level dále než klasické synchronní motory s perm magnety využívané německou konkurencí. Je využito především reluktance a proto mají nové Tesly, z vlastní zkušenosti, tak úžasnou účinnost (až -30% oproti Němcům). Hezky je to vysvětleno zde a rozhodně by to stálo za článek https://youtu.be/esUb7Zy5Oio

Martin Špina

26. duben 2021, 21:42

Určitě se na to zaměříme v budoucnosti. Pohonná jednotka TM3 je opravdu zajímavá. Děkuji za váš komentář.

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna u komentáře
Vyžadované informace jsou označeny *
Pravidla diskuze
Veškeré příspěvky v diskuzi na webu oEnergetice.cz musí splňovat Pravidla diskuze. Přidáním příspěvku do diskuse uživatel vyjadřuje souhlas s těmito pravidly a zavazuje se je dodržovat.
Komentáře pouze pro přihlášené uživatele
Upozorňujeme diskutující, že komentáře v diskuzi budou moci přidávat již brzy pouze přihlášení uživatelé. V diskuzi se stále častěji objevují příspěvky od anonymních uživatelů, které porušují pravidla diskuze. Věříme, že díky tomuto opatření bude diskuze pod články pro všechny přínosnější.
Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj na této stránce.
V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.
OM Solutions s.r.o.
Kpt. Nálepky 620/7, Nové Dvory, 674 01
Třebíč
IČ: 02682516
SOCIÁLNÍ SÍTĚ
© 2021 oEnergetice.cz All Rights Reserved.