Ako funguje elektrické vozidlo?
Elektrické vozidlá (EV) stúpajú v popularite, pretože svet sa presúva smerom k obnoviteľným zdrojom energie a dopravným riešeniam v boji proti klimatickým zmenám. Technológia elektromobilov sa zlepšila a stali sa oveľa väčšou súčasťou našej kultúry. Spoločnosti ako Tesla dokonca urobili z EV akýsi symbol statusu. Zamysleli ste sa však niekedy nad tým, ako vlastne fungujú?
Tu si stručne prejdeme, čím sa EV líšia od vozidiel poháňaných plynom a ako fungujú.
Ako teda fungujú elektrické vozidlá?
Keď ľudia hovoria o elektrických vozidlách, zvyčajne hovoria o úplne elektrických autách poháňaných batériou. Tie sa niekedy nazývajú batériové elektrické vozidlá (BEV). Existujú však aj iné typy vozidiel, ktoré možno kategorizovať ako elektromobily, vrátane:
- Hybridné vozidlá
- Plug-in hybridné vozidlá
- Elektrické vozidlá na palivové články (FCEV)
Hlavnými typmi EV na cestách sú dnes hybridy a vozidlá poháňané batériami.
Ako funguje batéria v EV
Všetky elektromobily, ktoré nie sú poháňané palivovým článkom, potrebujú nejaký druh batérie na ukladanie energie použitej na pohon vozidla na ceste. Najčastejšie sú tieto batérie vyrobené z lítium-iónových – v podstate priemyselných verzií batérie vo vašom mobilnom telefóne.
Batérie EV sú zvyčajne konštruované z hromady článkov usporiadaných do jednotiek a rozmiestnených vo veľkej skupine pozdĺž spodnej časti vozidla, ktorá sa nazýva trakčná batéria. Akumulátorová zostava sa nabíja elektrinou zo siete prostredníctvom nabíjacej stanice alebo zapojením vozidla do domácej elektrickej zásuvky. Väčšie vozidlá, ako sú nákladné autá a SUV poháňané batériou, budú mať väčšie batérie.
Po úplnom nabití má vozidlo pred opätovným nabitím nastavený dojazd. Elektrické autá sú vyrobené s ďalšími funkciami na predĺženie životnosti batérie, ako je vypnutie motora, keď sa auto nepohybuje, a využitie kinetickej energie z brzdenia na nabitie batérie.
Vozidlá s palivovými článkami fungujú trochu inak. Namiesto batérie používajú nádrž so skladovaným plynným vodíkom, pričom tento vodík miešajú s kyslíkom vo vzduchu a vytvárajú chemickú reakciu, pri ktorej vzniká elektrina. Po vyčerpaní plynu je potrebné nádrž doplniť, čo môže trvať kratšie ako dobíjanie batérie EV.
Pokroky v technológii batérií EV sa neustále dosahujú, čo znamená, že rozsah elektrických vozidiel sa bude pravdepodobne naďalej zvyšovať, pretože vidíme nové iterácie ich dizajnu. GM na veľtrhu CES 2021 oznámilo partnerstvo so spoločnosťou LG, ktoré bude vyrábať menšie batérie pre elektromobily, ktoré sú energeticky hustejšie.
Elektromotor vs. plynový motor: Aký je rozdiel?
Spaľovacie motory poháňané plynom používajú stlačené, zapálené palivo na pohyb piestov pripojených ku kľukovému hriadeľu, ktorý otáča kolesá vozidla. Plne elektrické vozidlo využíva rovnaký princíp otáčania na posúvanie vozidla vpred, len s iným pohonom.
Namiesto piestov používa EV elektromagnety na pohyb kľukového hriadeľa. Elektromotor v EV má systém magnetov, z ktorých niektoré sú stacionárne a niektoré sa otáčajú. Magnety sa otáčajú nepretržitým prepínaním polarity magnetov, ktoré sa musia otáčať.
Pamätáte si na tie vedecké experimenty, ktoré ste robili ako dieťa, kde ste dostali dva magnety, usporiadali ste ich od pólu k pólu a snažili ste sa ich pritlačiť k sebe? Na úplne základnej úrovni je odpor, ktorý získate, keď sa pokúsite zatlačiť dva magnety smerujúce zo severu na sever alebo z juhu na juh k sebe, tým, čo otáča motorom EV a otáča kolesá vozidla.
Na vytvorenie tohto odporu musia mať rotujúce magnety vždy opačný náboj ako stacionárne. To sa dosiahne zariadením nazývaným invertor. Invertor čerpá energiu z batérie EV, aby prepínal polaritu rotujúcich magnetov niekde okolo 60-krát za sekundu. Neustále spínanie vytvára trvalý magnetický odpor a napája motor. Skvelý vizuálny rozpis tohto konceptu môžete vidieť v tomto videu z kanála YouTube TechVision.
Táto konštrukcia je efektívnejšia ako spaľovací motor, pretože motor je skonštruovaný tak, aby sa točil od začiatku, zatiaľ čo plynový motor musí používať kľukový hriadeľ na premenu pohybu piestu nahor a nadol na rotačný pohyb na otáčanie kolies. . Úprava frekvencie prepínania polarity meniča tiež poskytuje vodičovi jemnejšiu kontrolu nad rýchlosťou a krútiacim momentom EV, než akú môžete získať z benzínového motora.
Sú elektrické vozidlá skutočne udržateľnejšie ako vozidlá na plyn?
Plne elektrické vozidlá nespaľujú fosílne palivá, takže z ich výfukov nevychádzajú žiadne škodlivé výfukové plyny. Vo vozidlách s vodíkovými palivovými článkami je jediným vedľajším produktom ich prevádzky voda, ktorú získate zmiešaním vodíka a kyslíka. Týmto spôsobom sú EV udržateľnejšie a ekologickejšie ako vozidlá na plyn. Batérie, ktoré potrebujú na prevádzku, však musia byť vyrobené a vyberané opatrne, aby boli dlhodobo udržateľné.
Minerály potrebné na výrobu batérií pre elektromobily sa budú musieť ťažiť vo väčšom meradle, ak majú elektrické vozidlá konkurovať vozidlám na plyn. Je tu tiež otázka, čo robiť s týmito batériami, keď dosiahnu koniec svojej životnosti. Únia zainteresovaných vedcov vydala vo februári 2021 správu o batériách EV, v ktorej uvádza, čo by bolo potrebné urobiť, aby sa tak stalo. Medzi kľúčové opatrenia patria programy recyklácie batérií, prísne zdravotné a pracovné normy na pracovisku a využívanie obnoviteľnej energie vo výrobe.
Výrobcovia batérií sa pri konštrukcii batérií obracajú aj na ľahšie dostupné materiály. Napríklad batérie GM, ktoré boli spomenuté vyššie, obsahujú hliník do svojho dizajnu, aby sa znížilo množstvo kobaltu použitého na batériu.
Ďalším bodom, ktorý sa často hovorí o udržateľnosti elektrických vozidiel, je to, že elektrárne, ktoré vyrábajú elektrickú energiu na poháňanie týchto vozidiel, tiež produkujú emisie skleníkových plynov. Vozidlá s plynovými aj vodíkovými palivovými článkami môžu využívať elektrinu vyrobenú napríklad prostredníctvom zemného plynu. Zatiaľ čo emisie sú stále nižšie ako emisie produkované plynovými vozidlami, väčšie investície do obnoviteľných zdrojov energie, ako je veterná a solárna energia, by mohli ešte viac obmedziť vplyv výroby elektriny na poháňanie väčšieho počtu elektrických vozidiel v budúcnosti.