Skoda - elektryki - otwierające

Elektromobilność rozgrzewa świat motoryzacji. Samochody elektryczne wkrótce mają się częścią naszego codziennego życia, a hybrydy już dziś są coraz popularniejsze.

Producenci motoryzacyjni zapowiadają szeroko zakrojoną ofensywę modelową w segmencie aut hybrydowych i elektrycznych. Dla przykładu, Skoda do 2025 roku planuje mieć w ofercie 10 zelektryfikowanych modeli.

Jednak to, w jaki sposób działają samochody elektryczne i czym różnią się od aut hybrydowych, dla wielu kierowców pozostaje tajemnicą. Pojazdy te wydają się egzotyczne, skomplikowane i technologicznie odległe, podczas gdy w rzeczywistości ich konstrukcja… jest pod wieloma względami prostsza niż aut z silnikiem spalinowym.

Prototypowa Skoda Vision E - zapowiedź SUV-a w stylu coupe z napędem elektrycznym o mocy ponad 300 KM i zasięgiem około 500 km.
Prototypowa Skoda Vision E – zapowiedź SUV-a w stylu coupe z napędem elektrycznym o mocy ponad 300 KM i zasięgiem około 500 km.

Co oznaczają tajemnicze skróty mHEV, HEV, PHEV i BEV?

HEV, PHEV, hybrydy „miękkie”, „pełne”, „elektryk” – co to wszystko w zasadzie oznacza? W dziedzinie napędów alternatywnych producenci samochodów stosują odmienne rozwiązania o innych poziomach zaawansowania i skuteczności. Według najprostszej definicji, odnoszącej się zresztą nie tylko do motoryzacji, hybryda to połączenie dwóch różnych elementów. W przypadku samochodów odnosi się to do współpracy silników różnego typu. Już tutaj pojawia się pierwsza nieścisłość: może to być duet jednostki spalinowej z elektryczną, ale teoretycznie i każde inne połączenie, jakie opracują konstruktorzy. Na tę chwilę można wyróżnić trzy podstawowe rodzaje hybryd oraz, osobno, napęd elektryczny – niżej przedstawiamy, czym różnią  się między sobą poszczególne układy napędowe.

  • mHEV: MILD HYBRID ELECTRIC VEHICLE

Tzw. „łagodna” lub „miękka” hybryda. mHEV to prostszy rodzaj napędu hybrydowego, a co za tym idzie – stosunkowo niedrogi. Pozwala uzyskać obniżenie zużycie paliwa i emisji spalin na poziomie 10-15%. Złożony jest z silnika spalinowego oraz połączonej z nim bezpośrednio niewielkiej jednostki elektrycznej, która najczęściej pełni wyłącznie funkcję rozrusznika i alternatora. Generowany w ten sposób prąd może być wykorzystywany przez pokładowe urządzenia lub co najwyżej do częściowego wspierania silnika spalinowego. Sam silnik elektryczny jest zbyt słaby, by samodzielnie napędzać auto.

  • HEV: HYBRID ELECTRIC VEHICLE

Tzw. „pełna” hybryda. Do napędzania auta wykorzystywane są dwa źródła: silnik spalinowy i elektryczny. Do przechowywania energii z silnika spalinowego bądź odzyskanej przy hamowaniu służy osobny akumulator. Jednostka sterująca sama decyduje, jaka konfiguracja napędu jest w danej chwili optymalna, a samochód na ograniczonym odcinku może poruszać się w trybie całkowicie elektrycznym. Aktualnie inżynierowie pracują nad napędem hybrydowym korzystającym z instalacji o napięciu sięgającym nawet kilkuset woltów – co znacząco zwiększy jego wydajność w porównaniu z rozwiązaniami stosowanymi obecnie.

  • PHEV: PLUG-IN HYBRID ELECTRIC VEHICLE

Tzw. hybryda plug-in. Rozwinięcie napędu hybrydowego, upodabniające go do napędu elektrycznego. Hybrydy typu plug-in można podłączyć do zewnętrznych źródeł prądu, na przykład domowego gniazdka bądź stacji szybkiego ładowania. Pojazdy tego typu mają pojemniejsze akumulatory, które pozwalają już na przejechanie 30-50 km bez uruchamiania silnika spalinowego. Wystarczy to do codziennych podróży do pracy. Silnik benzynowy jest w tym założeniu uruchamiany tylko poza miastem, na dłuższych trasach. Może on napędzać auto bezpośrednio lub odgrywać rolę generatora prądu.

  • BEV: BATTERY ELECTRIC VEHICLE

Pojazd w pełni elektryczny, „elektryk”. Nie ma w nim już silnika spalinowego, a za napęd i zasilanie pokładowych urządzeń odpowiedzialna jest jednostka elektryczna. Wzorem układów hybrydowych, napęd tego typu wykorzystuje system odzyskiwania energii z hamowania dla wydłużenia zasięgu. Akumulator uzyskuje energię elektryczną z zewnętrznego źródła, tak jak hybryda typu plug-in. Równoległą grupę tworzą pojazdy FCV, czyli z napędem całkowicie elektrycznym, ale zasilane energią z ogniw paliwowych. Nie ładuje się ich z gniazdka, tylko tankuje paliwem – np. wodorowym.

Zarówno pojazd stricte elektryczny, jak i hybryda plug-in wyposażone są w gniazdo, przez które ładuje się obecne w nim akumulatory, ale na tym podobieństwa się kończą. Hybrydy typu plug-in (PHEV) łączą klasyczny silnik spalinowy z elektrycznym, który może być ładowany w czasie jazdy lub po podłączeniu do zewnętrznego źródła energii. Dziś najbardziej zaawansowane z hybryd typu plug-in potrafią bardzo efektywnie zarządzać energią, maksymalizując wykorzystanie silnika elektrycznego. Do tego celu angażują na przykład analizę topografii trasy przejazdu i planują z wyprzedzeniem, w których miejscach wydajniejsze będzie wykorzystanie silnika spalinowego, w których elektrycznego, a w których połączona siła obydwóch. Strategia ta pozwala maksymalnie ograniczyć zużycie paliwa i możliwie najdłużej korzystać z cichego napędu elektrycznego na przykład w większym ruchu miejskim.

Samochody elektryczne z kolei napędzane są wyłącznie energią elektryczną. Ich akumulatory mają znacznie większą pojemność, dzięki czemu korzystając tylko z tego alternatywnego źródła energii mogą dojechać na jednym ładowaniu nawet dziesięć razy dalej niż hybrydy typu plug-in.

Czas ładowania auta elektrycznego zdolnego pokonać dystans ok. 400-500 km zależy od źródła prądu - w przypadku domowej szybkiej ładowarki ściennej (tzw. wallbox) wynosi ok. 12 godzin.
Czas ładowania auta elektrycznego zdolnego pokonać dystans ok. 400-500 km zależy od źródła prądu – w przypadku domowej szybkiej ładowarki ściennej (tzw. wallbox) wynosi ok. 12 godzin.

Gdzie można ładować akumulatory samochodów elektrycznych i jak długo to trwa?

Samochód tego typu można ładować kablem z ładowarką jak każde inne urządzenie elektryczne. Jednak ładowanie ładowaniu nierówne – można to robić na wiele sposobów. Różne samochody wyposażone są w różne rozwiązania i nie wszystkie z nich współpracują z każdym typem ładowarki lub stacji ładującej. Poziom energii w samochodzie elektrycznym można uzupełnić poprzez podłączenie go do typowego gniazdka z prądem, ale to stosunkowo mało wydajne rozwiązanie – każda godzina ładowania przekłada się na przejechanie 10-15 km. Wystarczy to do naładowania przez noc mniejszego samochodu z akumulatorami gwarantującymi zasięg w granicach 100-200 km.

W wielu domach i garażach można znaleźć gniazdo 16A (standardowo w kolorze czerwonym), które pozwala na uzupełnienie w ciągu godziny energii wystarczającej do przejechania około 50 km. Jeszcze silniejsze i trochę większe gniazda 32A (obecne między innymi w hotelach i stacjach ładowania) zwiększają tę skuteczność dwukrotnie. Najsilniejsze stacje szybkiego ładowania, o mocy od 40 do 135 kW, pozwalają w ciągu godziny uzupełnić energię wystarczającą na przejechanie setek kilometrów.

Czy mogę ładować samochód elektryczny podczas opadów deszczu czy śniegu?

Tak, samochód elektryczny można ładować w deszczu lub śniegu bez obaw o porażenie prądem czy uszkodzenie instalacji. Niebezpiecznym sytuacjom zapobiega kilka poziomów zabezpieczeń obecnych zarówno po stronie samochodu, jak i ładowarki. Prąd nie przepłynie przez kable, póki wtyczka nie zostanie poprawnie zainstalowana i połączona z gniazdem i póki systemy w samochodzie i ładowarce nie będą miały całkowitej pewności, że wszystko jest gotowe.

Gdy ładowanie zostanie zakończone, przepływ prądu zostanie zatrzymany zanim kierowca zacznie wyjmować wtyczkę z gniazda. Szczelne zamknięcie gniazda pozwala także myć samochód tego typu na wszelkiego rodzaju myjniach bez żadnych ograniczeń. Uprzedzając kolejne pytania – nie, gdyby samochód elektryczny wpadł do stawu lub basenu, nie stanie się nic przebywającym w nim rybom lub ludziom.

Ile kilometrów przejadę samochodem elektrycznym podczas mroźnej zimy?

Z każdą nową generacją samochodów elektrycznych ich zasięg się powiększa. Najbardziej zaawansowane rozwiązania zapewniają zasięg na poziomie 500 km, co wystarcza już na zupełnie nieskrępowane podróżowanie. Tak jak przy pojazdach z silnikami spalinowymi, których zużycie paliwa rośnie w czasie zimy, zapotrzebowanie na energię w samochodach elektrycznych także może przy niskich temperaturach wzrosnąć.

Efektywniejsza praca silnika elektrycznego oznacza, że nie wytwarza on przy pracy tyle ciepła co jego spalinowy odpowiednik, co z kolei zwiększa zużycie energii potrzebne do ogrzania kabiny. Dodatkowego ogrzewania wymagają zimą także akumulatory, które dla zachowania swoich właściwości muszą być utrzymywane w określonym przedziale temperatury. To wszystko da się jednak zrekompensować przez mądre wykorzystanie technologii. Kabinę można na przykład ogrzać w czasie ładowania, ograniczając potrzebne do tego zużycie energii w czasie jazdy. Zaawansowane systemy ogrzewania w nowoczesnych samochodach elektrycznych są niezwykle wydajne, dzięki czemu ich pobór energii nie jest aż tak odczuwalny. Na czele krajów z największą liczbą samochodów elektrycznych na drogach są obecnie Norwegia i Kanada.

Ile kilometrów jazdy lub cyklów ładowań wytrzyma jeden akumulator?

Żywotność akumulatorów w samochodach elektrycznych utrzymuje się na wysokim poziomie. Doświadczenie z krajów szerzej korzystających z tego typu napędu – także w taksówkach – wykazuje, że akumulatory zachowują od 75% do 90% swojej pojemności nawet po 200-300 tysiącach kilometrów przebiegu (zależnie od typu akumulatora). Co więcej, wraz z rozwojem elektro mobilności, koszt wymiany akumulatorów w samochodzie elektrycznym drastycznie spada. Akumulatory mogą być wymieniane modułami, a gwarancje i umowy serwisowe coraz bardziej obniżają koszty w tym obrębie.

Akumulatory, które nie nadają się już do użytku w samochodzie, cały czas są bardzo przydatne w lokalnych społecznościach i w przemyśle. Z uzdatnianiem akumulatorów coraz skuteczniej radzi sobie rozwijany w tym zakresie recykling. Tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe w samochodach z silnikami spalinowymi mogą być już uzdatnione w blisko 100%. W samochodach elektrycznych proces recyklingu akumulatorów jest dużo bardziej wymagający, jednak pozwala na odzyskanie bardziej wartościowych surowców.

Czy samochody elektryczne nie stwarzają dodatkowego zagrożenia w czasie wypadku?

Tak jak konwencjonalne samochody z silnikami spalinowymi, tak i ich elektryczne odpowiedniki muszą przejść z dobrymi wynikami wszelkie testy zderzeniowe i homologacyjne. Akumulatory samochodów elektrycznych nie stwarzają ryzyka wybuchu przy uderzeniu. Co ważne, nie ma tutaj sprzęgła, skrzyni biegów czy też paliwa, którego wyciek jest najczęstszym powodem pożarów w wypadkach samochodowych. Samochody elektryczne mają po prostu mniej podzespołów, co ogranicza ryzyko pogorszenia skutków zderzenia.

Akumulatory są całkowicie odizolowane od pozostałych podzespołów w aucie, a przy naruszeniu konstrukcji cały system jest napędowy jest rozłączany. Dysponują one także swoim własnym układem chłodzenia. Warto też pamiętać, że akumulatory same z siebie dysponują wysokim poziomem oporu cieplnego, więc nawet jeśli doszłoby jakimś sposobem do ich zapłonu, to proces ich spalania ma znacznie spokojniejszy przebieg. Z drugiej strony, trudniej je też ugasić i można robić tylko z użyciem czystej wody, zachowując przy tym większy dystans.

Jak prowadzi się samochód elektryczny i co jest w tym wyjątkowego?

Prowadzenie samochodu elektrycznego nie różni się od kierowania konwencjonalnym samochodem ze skrzynią elektryczną – w jednym i drugim znajduje się jeden pedał służący do przyspieszania i drugi do hamowania oraz dźwignia skrzyni biegów z pozycjami P, N, R i D. Inne jest jednak samo doświadczenie jazdy. Nie zaburza go dźwięk ani wibracje silnika, a wciśnięcie pedału gazu owocuje płynnie rozwijaną mocą, dostarczaną bez żadnego opóźnienia czy przerw, które w samochodach z silnikiem spalinowym powoduje zmiana biegów.

Silniki elektryczne wyróżniają się także zdolnością do odzyskiwania energii z hamowania, co z kolei zmniejsza zużycie zacisków i tarcz. Poziom intensywności spowolniania i przekazywanej tym sposobem do silnika energii może być łatwo regulowany w czasie jazdy. Samochody elektryczne długo kojarzono z dużą wagą, ale wraz z postępującym rozwojem technologii zarzut ten jest coraz mniej aktualny. Nowe, kompaktowe akumulatory są nie tylko coraz lżejsze, ale i umożliwiają lepsze rozłożenie mas przesuwając się możliwie najbliżej w stronę środka ciężkości samochodu co ma pozytywny wpływ na jego właściwości jezdne.

Czym różni się silnik elektryczny od silnika spalinowego?

Zasada zamiany pierwotnej energii na ruch mechaniczny jest zupełnie inna. Podczas gdy silnik spalinowy, spalając paliwo, wykorzystuje przemiany chemiczne i termodynamiczne, silnik elektryczny wskutek przepływu prądu wykorzystuje przemiany elektro- i magnetodynamiczne. W silniku spalinowym znajduje się mechanizm korbowo-tłokowy (cylindry, tłoki, zawory, wał korbowy, itp.), podczas gdy w silniku elektrycznym jest tylko stojan i wirnik. Podczas hamowania lub zwalniania tracona energia kinetyczna w dużej części może zostać odzyskana przez zamianę na prąd i ponownie zgromadzona w akumulatorze.

Czym różni się działanie silnika elektrycznego od silnika spalinowego?

Charakterystyka mocy i momentu obrotowego obu rodzajów silników jest zupełnie różna. Podczas gdy moc i moment obrotowy silnika spalinowego zależy od prędkości obrotowej (aż do osiągnięcia maksymalnej wartości), w silniku elektrycznym maksymalny moment obrotowy jest dostępny już na starcie. W praktyce oznacza to, że samochód z napędem elektrycznym ma wyjątkowo dobrą dynamikę i bardzo dobre przyspieszenie. Ponadto, szeroki zakres prędkości obrotowej silnika 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.

W samochodach spalinowych mówimy o zużyciu paliwa, a w pojazdach elektrycznych?

W samochodach elektrycznych zużycie energii jest pokazywane w kilowatogodzinach na 100 kilometrów jazdy (kWh/100 km). W zestawie wskaźników, tak jak w konwencjonalnych samochodach, można zobaczyć informacje o chwilowym i średnim zużyciu energii. Oprócz tego również wyświetlana jest informacja o ilości energii odzyskiwanej i gromadzonej z powrotem w akumulatorze.

Jak wygląda obsługa i żywotność silników elektrycznych?

Ponieważ główna i jedyna ruchoma część silnika elektrycznego to jego wirnik, nie potrzebuje on regularnej obsługi. Nie trzeba wymieniać oleju, filtra paliwa ani filtra powietrza. Samochód z silnikiem elektrycznym ma bez porównania mniejsze wymogi obsługowe.