Jak działa silnik elektryczny 10 pytań i odpowiedzi

Elektromobilność rozgrzewa rynek. Samochody elektryczne wkrótce staną się częścią naszego codziennego życia. Do 2025 roku ŠKODA będzie miała 10 modeli elektrycznych. Jednak to w jaki sposób działają samochody elektryczne dla wielu kierowców pozostaje tajemnicą. Elektryki wydają się egzotyczne, skomplikowane, kłopotliwe, i technologicznie odległe, podczas gdy w rzeczywistości są pod wieloma względami prostsze niż samochody z silnikiem spalinowym.

Co sprawia, że samochody elektryczne działają? Czym różnią się od samochodów z silnikiem spalinowym? W jakim stopniu można na nich polegać? Eksperci ze ŠKODA udzielili jasnych odpowiedzi na wszystkie nurtujące pytania.

1. Czym różni się silnik elektryczny od silnika spalinowego?

Zasada konwersji energii na ruch mechaniczny jest zupełnie inna. Podczas gdy silnik spalinowy opiera się na termodynamice, aby spalić paliwo, silniki elektryczne dokonują tej konwersji przez wykorzystanie generowanych sił elektromagnetycznych, gdy prąd elektryczny przepływa przez pole magnetyczne. Silnik spalinowy ma mechanizm korbowy (cylindry, tłoki, zawory, wał korbowy, itp.), podczas gdy w sercu silnika elektrycznego nie ma nic więcej niż stojan i wirnik, które wzajemnie współpracują. Co więcej, każdy silnik elektryczny może działać jako generator więc, podczas hamowania lub spowalniania, energia może być poprowadzona wstecznie do akumulatora, ponownie go ładując.

2. Czym różni się działanie silnika elektrycznego od silnika spalinowego?

Przedziały zasilania i momenty obrotowe tych silników są całkowicie różne. Podczas gdy moc i moment obrotowy silnika spalinowego wzrastają wraz z ilością obrotów (aż do osiągnięcia maksymalnego poziomu), w silniku elektrycznym maksymalny moment obrotowy dostępny jest już na starcie. W praktyce oznacza to, że samochód elektryczny osiąga najwyższą trakcję już na początku, co przekłada się na stosunkowo wysoką dynamikę. Ponadto, szeroki zakres obrotów w silniku elektrycznym oznacza, że nie ma potrzeby stosowania wielobiegowej przekładni ze sprzęgłem, więc przeciętny samochód elektryczny radzi sobie za pomocą jednego biegu – lub reduktora mechanicznego – od bezruchu do prędkości maksymalnej.

3. Jak oblicza się moc samochodu elektrycznego?

Obliczanie mocy nie jest tak proste, jak w przypadku konwencjonalnych samochodów. W elektrycznym samochodzie, łączna moc opiera się nie tylko na układzie napędowym, ale ma na nią tez wpływ moc akumulatora. Ponieważ zawsze jest to wartość określona przez cały system napędowy, napęd może nawet być tak zaprojektowany, aby na przykład jego podstawa techniczna była taka sama w różnych wersjach mocy, a ostateczna moc samochodu zależała wyłącznie od tego jak jest połączona z akumulatorami o różnych rozmiarach.

4. A jak mierzy się zużycie?

W samochodach elektrycznych, zużycie wskazuje energię zużywaną w kilowatogodzinach na 100 kilometrów podróży (kWh/100 km). W zestawie wskaźników, jak w konwencjonalnych samochodach można zobaczyć informacje o chwilowym i średnim zużyciu. Oprócz tego również, wyświetlają ilość regenerowanej energii wysyłanej z powrotem do akumulatora.

5. Jak wygląda obsługa i żywotność silników elektrycznych?

Ponieważ główna, a w rzeczywistości jedyna, ruchoma część silnika elektrycznego to wirnik, wymagania w zakresie obsługi są minimalne w porównaniu do silnika spalinowego. Nie ma potrzeby wymieniać oleju lub filtra paliwa i powietrza. Są to wysokoobrotowe maszyny, więc muszą być dobrze zaprojektowane (zwłaszcza łożyska), ale ogólnie rzecz biorąc, napęd elektryczny wymaga mniej konserwacji niż konwencjonalny silnik.

6. Na którą oś silnik elektryczny przenosi napęd?

W zasadzie można zamontować silnik na przedniej lub tylnej osi. Ogólnie rzecz biorąc jednak, lepiej gdy elektryczny samochód ma napęd na tylne koła, dzięki temu silnik elektryczny może przenieść swój potężny moment obrotowy na nawierzchnię drogi lepiej i bardziej efektywnie. Można też łatwo zainstalować w pełni elektryczny napęd po prostu dodając drugi silnik elektryczny do przedniej osi.

7. Czy wszystkie samochody elektryczne mają ten sam rodzaj silnika?

W ten sam sposób, w jaki rozwijały się różne typy silników wewnętrznego spalania, istnieje też wiele opcji i wariantów, jeśli chodzi o silniki elektryczne. Typ ten zawsze zależy od cech wymaganych od samochodu. Bardziej szczegółowo oznacza to, że 3 fazowe silniki synchroniczne, często z magnesami trwałymi, są najbardziej rozpowszechnione, wraz z silnikami asynchronicznymi lub ich odmianami. Integralną częścią tych silników jest zwykle elektryczna jednostka napędowa, która może być albo bezpośrednio zintegrowana w silniku lub zamontowana oddzielnie, a następnie w połączeniu z silnikiem poprzez trzy silne przewody fazowe.

8. Czy istnieje różnica między hybrydami typu plug-in, a ścisłymi samochodami z silnikami elektrycznymi?

Tak. W projektowaniu czysto elektrycznego samochodu, zakłada się, że nie będzie miał on żadnego innego typu napędu, więc to nie musi być brane pod uwagę. W związku z tym silnik można optymalnie przygotować dla wymaganego momentu obrotowego i mocy, obr./min. i opcji pojazdu. Natomiast hybrydowa konstrukcja silnika, musi również uwzględniać charakterystykę silnika spalinowego, który ma współistnieć z silnikiem elektrycznym, koncentrując się na mechanicznym połączeniu ich możliwości, temperatury pracy, momentu obrotowego i rozdziału mocy. System kontroli jazdy również jest bardziej złożony. Samochód musi być w stanie poruszać się wyłącznie z napędem elektrycznym, z silnikiem spalinowym, lub w trybie połączonym i zawsze przy optymalnym zużyciu energii.

9. Czy to prawda, że pojazdy elektryczne istniały ponad sto lat temu?

Pierwsze próby zbudowania samochodu elektrycznego sięgają 1835 r. (48 lat, zanim zbudowano pierwszy silnik benzynowy) i miały one miejsce – niezależnie od siebie – we Włoszech i w Holandii. Postacie takie jak Ferdinand Porsche i czeski wynalazca František Křižík pracowali nad konstrukcją pojazdów elektrycznych na przełomie XX wieku (Křižík nawet odsłonił modle LAURIN & KLEMENT w tym czasie). W 1900 roku, na amerykańskich drogach więcej było obecnych samochodów elektrycznych niż samochodów z silnikiem spalinowym, a pierwszy samochód, który osiągnął ponad 100 km/h był napędzany elektrycznie. Jednak te samochody działały na ciężkich akumulatorach ołowiowych i miały krótki zasięg. Nadejście produkcji seryjnej samochodów i masowe użycie silników spalinowych oferujących bardziej wygodny zakres, zepchnęło pojazdy z napędem elektrycznym na boczny tor na wiele lat.

10. Dlaczego silniki elektryczne znów przeżywają swój rozkwit?

Boom na nowoczesną mobilność elektryczną jest napędzany nie tylko przez potrzebę zmniejszenia lokalnych oparów i emisji CO2, ale także przez szybki rozwój i dostępność nowych technologii. Nowoczesne baterie litowe są dużo lepiej przystosowane do przechowywania i uwalniania niezbędnej ilość energii. Mają własną elektronikę sterującą, komunikują się z całym systemem samochodu, a ich dalszy rozwój przebiega w ogromnym tempie. Podobnie dziś elementy półprzewodnikowe mogą przenosić znacznie większe ilości prądu przy minimalnych stratach i mogą efektywnie służyć kontroli i regulacji potężnych silników. Większa dostępność zielonej energii ze źródeł odnawialnych i plany rozwoju infrastruktury stacji ładujących również odegrały rolę w ostatnich działaniach promocyjnych e-mobilności.