Przyszłość motoryzacji

 

Obecnie obserwujemy wiele różnych pomysłów na tzw. „pojazdy elektryczne (EV)”. Jedne projekty są mniej, a inne bardziej udane. Wydaje się, że najdziwaczniejsze bywają rozwiązania stosowane w tzw. „pojazdach hybrydowych”. Celem tego artykułu nie jest omawianie zalet i wad współczesnych pojazdów hybrydowych i współczesnych, często nieporadnych realizacji EV, ale raczej nakreślenie docelowej wizji dla projektów eleganckich EV (w tym ekskluzywnych EV hybrydowych). Wydaje się; że kierunkiem rozwoju EV, będzie ich potanienie, a więc maksymalne ograniczenie szczególnie skomplikowanych, ruchomych mechanizmów, wymagających smarowania, konserwacji itp., a przy okazji odchudzenie pojazdu. Wszystko to na rzecz bardziej rozbudowanej elektroniki, która z powodzeniem zastąpi rozwiązania mechaniczne, dając dodatkowo, nieznane dziś funkcjonalności EV.

Nowocześnie zaprojektowany EV, to nie jest pojazd podobny do spalinowego, w którym silnik spalinowy wraz ze skrzynią biegów, zastąpiono odpowiednio mocnym silnikiem elektrycznym, w którym pozostawiono jako mechaniczne, całe przeniesienie napędu wraz z dyferencjałami i inne funkcjonalności, dotychczas stosowane w pojazdach spalinowych.

Prawdziwy EV jest zaprojektowany specjalnie, od podstaw, jako pojazd elektryczny, nieobciążony „mechanicznym” myśleniem projektantów. Wyposażony jest w akumulator, lub superkondensator, które są ładowane z zewnątrz poprzez gniazdo ładowania . Taki pojazd zawiera tyle silników elektrycznych, ile kół napędowych. Każde koło napędowe w cywilizowanym EV ma własny silnik, a właściwie każde koło ma własny silnik, gdyż każde jest kołem napędowym.

Dobrze pomyślany hybrydowy EV, oprócz elektrycznego gniazda ładowania (standard PLUG-IN winien być niezbywalny), może, choć nie musi (jeśli nie ma ambicji być hybrydą), posiadać moduł wytwarzający energię elektryczną z lokalnego źródła, umieszczonego na pokładzie EV, dla ciągłego (nieprzerwanego) doładowywania akumulatora. Nie żaden inny, ale właśnie EV posiadający moduł wytwarzający energię elektryczną, powinien mieć prawo zwać się „hybrydowym”.

Modułem doładowującym akumulator (generatorem energii elektrycznej), może być ogniwo wodorowe, a nawet (w okresie przejściowym) spalinowy agregat prądotwórczy. Tu bardzo ważna uwaga: Od pokłdowego generatora wytwarzającego energię elektryczną, nie wymaga się mocy maksymalnej (potrzebnej np. podczas wyprzedzania pod górę, pod wiatr i przy znacznej prędkości), ale mocy niewiele większej od mocy średniej, a nawet mocy mniejszej od średniej zużywanej przez EV, pod warunkiem, że jednak ładowanie z zewnątrznego gniazda, traktujemy jako podstawowe źródło energii. Akumulator lub superkondensator stanowi bufor energii, dzięki któremu jest możliwa nawet niewielka moc generatora, albo oczywiście całkowity jego brak. Dzięki buforowi energii, możliwe jest także odzyskiwanie energii hamowania. Generator spalinowy może być podobny do typowego agregatu prądotwórczego, który na wspólnej osi zawiera silnik spalinowy i dynamostarter, a więc maszyną elektryczną spełniającą funkcję zarówno rozrusznika, jak i generatora energii elektrycznej. Taki agregat prądotwórczy, byłby napędzany silnikiem spalinowym, pracującym przy optymalnych dla niego, ustawionych na stałe parametrach.

Na rysunku poniżej, przedstawiono schemat obwodów mocy EV zawierający podstawowe okablowanie „siłowe”. a w tym falowniki generujące przebieg trójpasmowy dla silników BLDC (BrushLess DC Motors) z uzwojeniami skojarzonymi w gwiazdę. Nie ujęto tu sterowania. Między innymi nie pokazano czujników, jak np. hallotronów, termistorów i innych. Nie pokazano też sterowników realizujących chłodzenie, elektroniczny dyferencjał, odzyskiwanie energii hamowania, wektorowanie momentu obrotowego i inne formy kontroli trakcji, ładowanie akumulatora (PLUG-IN), zapewnienie separacji galwanicznej pomiędzy obwodami związanymi ze złączem ładowania EV, a pozostałymi obwodami, w tym sterującymi.

 

Rys.1. Podstawowe obwody mocy pojazdu elektrycznego.

 

Wydaje się, że jednym z lepszych rozwiązań, jest zastosowanie wewnątrz piasty każdego niezależnie koła, elektrycznego silnika, a nawet, jak się okazuje podwójnego silnika . Jedynie w pojazdach o dużych mocach, gdzie silniki przy kołach są z konieczności dość masywne, umieszczanie ich w piaście koła, na razie mogłoby być nieodpowiednie, ze względu na dużą tzw. „masę nieresorowaną”. Jednak wraz z postępem w miniaturyzacji silników elektrycznych, staje się to coraz mniej istotne.

Jak podaje Wikipedia, Ferdinand Porsche, znany konstruktor samochodów, jeszcze w 19. wieku, a dokładnie w 1897 roku, opatentował silnik elektryczny zespolony z piastą koła pojazdu. Trudno zrozumieć dlaczego dopiero w 21. wieku pomysł ten znalazł praktyczne zastosowanie.

Jest to wszakże pomysł wręcz genialny. Ma istotne zalety, szczególnie gdy w jednym zespole wewnątrz piasty występuje silnik elektryczny, aktywne zawieszenie i elektrodynamiczno-mechaniczny system hamulcowy i gdy wszystkie, tak wyposażone koła pojazdu sterowane są zaawansowanym systemem komputerowym. Niewątpliwie przyszłością motoryzacji jest tego typu napęd elektryczny, korzystający ze źródła energii w postaci ładowanych z zewnątrz wysokosprawnych superkondensatorów, lub akumulatorów energii elektrycznej, ewentualnie podładowywanych pokładowym ogniwem paliwowym. Nawet gdyby w okresie przejściowym źródłem energii miał być pokładowy, spalinowy generator prądotwórczy, uzasadnione wydaje się stosowanie tej technologii w pojazdach hybrydowych, mimo być może mniejszej ogólnej sprawności (większe straty energii na podwójną przemianę energii mechanicznej w elektryczną i elektrycznej w mechaniczną). EV to przede wszystkim, nieosiągalny w inny sposób, duży moment obrotowy, już od startu silnika. Ogromne korzyści wynikają jednak z dodatkowych zalet, bardzo zaawansowanego elektronicznego systemu sterowania napędem, zawieszeniem i hamowaniem, który to system jest możliwy jedynie przy napędzie elektrycznym i to niezależnym w każdym kole. Elektroniczne sterowanie elektrycznymi funkcjami osobno wszystkich kół pojazdu: napędu, hamowania (z odzyskiem energii) i zawieszenia, dają nieznane dotąd możliwości w zakresie inteligentnej pracy elektronicznego dyferencjału, kontroli trakcji, skuteczności manewrowania podczas hamowania, aktywnego zawieszenia włącznie z pochylaniem na zakrętach do wnętrza łuku (jak w jednośladach) i także w zakresie innych nieodkrytych jeszcze możliwości, nieznanych, gdyż niemożliwych do zastosowania w napędach czysto mechanicznych. Ten nowy elektryczny niezależny w każdym kole napęd, zapewne stanie się inspiracją do nowatorskich pomysłów w zakresie szeroko rozumianej automatyzacji funkcji jezdnych pojazdu.

Coraz więcej firm ma pomysły związane z napędem elektrycznym każdego koła pojazdu osobnym silnikiem. Oto jeden z przykładów z polskiego rynku motoryzacyjnego. Pojazd wyposażony jest w 4 silniki BLDC po około 50kW mocy każdy.

 

Ostatnia aktualizacja strony: 2018-05-13
strona główna