ElectricDrive

Струјата секогаш е погонска сила

За разлика од хибридните, електричните возила немаат мотор со внатрешно согорување, со исклучок на возилата со таканаречен range extender, или во превод продолжувач на автономијата, кој работи само како генератор на струја кога батериите ќе се испразнат и не ги задвижува тркалата. Затоа и за електричните возила често се користи изразот „возила со нулти емисии“. Поевтините варијанти имаат само еден електромотор, поставен на предната или пак на задната оска. Желбата за погон на сите тркала се исполнува со по еден електромотор на секоја оска, додека некои суперспортски автомобили имаат и четири електромотори, по еден на секое тркало. Капацитетот на батериите варира од околу 30 до преку 100 kWh кои овозможуваат автономија од 300 па до 600-700 километри. Со употреба на брзи полначи, за полнење на батериите до 80% од капацитетот обично им треба време кое не е подолго од половина час.

Пошироката примена на електричните возила е лимитирана со цената на литиум-јонските батерии, но со омасовување на производството се очекува таа да опаѓа. Отсуството на механичките компоненти - моторот со внатрешно согорување, менувачот и друго, од техничка страна ги прави електричните возила поедноставни, што овозможува влез во бизнисот со возила и на нови производители.

Поедноставна конструкција, поголема ефикасност

Главна разлика помеѓу класичните возила какви што ги знаеме безмалку еден ипол век и возилата на електричен погон е поедноставната механика. Електричните возила немаат сложени мотори, а не им е потребен ни менувач. Електромоторот може да биде поставен на предната или задната оска, а за погонот на сите тркала се користат два електромотора. Некои решенија ги имаат исфрлено и диференцијалите и полуоските со вградување електромотори директно поврзани со тркалата. Ваквата конструктивна поставеност на механиката овозможува користење на универзални платформи, што е огромна предност во однос на класичните возила во поглед на физичката големина и им овозможува на конструкторите и дизајнерите поголема слобода при осмислување на надворешниот облик и внатрешната архитектура на возилата.

Заради поедноставната конструкција, одржувањето на електричните возила е далеку поевтино. Редовните сервиси се сведени на минимум - нема промена на масла, филтри, ремени, механички компоненти и други потрошни материјали - единствено треба да се внимава на системите за сопирање и ослонување, а за останатото возачот ќе биде благовремено известен преку контролните уреди. За перформансите воопшто не треба да се зборува - целокупниот вртежен момент расположив уште од првите вртежи овозможува забрзувања на ниво на спортските автомобили.

Општ заклучок е дека електричните погонските системи предизвикуваат одредени разлики во однос на возилата со класични мотори, на кои ќе треба што побргу да се навикнеме.

Едноставното решение секогаш е најдобро

Иако не е некој проблем стандарден автомобил да се конвертира во електричен, за целосно искористување на предностите на електричниот погон потребен е развој на целосно нови платформи на кои потоа се надоградуваат каросерии чиј облик зависи само од инвентивноста на дизајнерите. Од друга страна, дел од производителите за своите електрични возила ги користат постоечките платформи од автомобилите со класични мотори на фосилни горива, адаптирани за електричниот погон. Но иако ова делува сосема логично со цел намалување на времето и трошоците за развој, сепак не е оптимално решение. Затоа и оние кои сериозно загазија со струјата како погонска сила стартуваа со развој на платформи исклучиво наменети за електричен погон - во возилата што ги користат не може да бидат вградени мотори со внатрешно согорување.

Тие вообичаено конструктивно се решени налик на скејтборд, со сместување на сетот батерии во подницата и електромотор вграден на средина на оската меѓу тркалата - напред, назад или и на двете места. Ова прилично едноставно и ефикасно решение е и доволно флексибилно за да може да послужи како основа за секаков тип автомобили, чии пропорции со кратки превиси и големо меѓуоскино растојание овозможуваат подобра искористливост на просторот, а заради пониското тежиште подобри се и возните својства. Во овој правец одат повеќето светски производители кои со вложување на големи средства развиваат посебни шасии само за новите електрични модели.

Во периодот на транзиција дел од нив сепак размислуваат попрагматично и развиваат платформи за кои истовремено можат да се користат бензински, дизел или електрични мотори. Автомобилите поставени на нив ги имаат задржано класичните пропорции, но имаат и однапред предвиден простор во подницата за поставување на батериите, така што настапуваат со универзална понуда која во моментов е економски поисплатлива опција.

„Прва помош“ за електричните автомобили

Малата автономија и слабо развиената инфраструктура за полнење а батериите се сериозна пречка за помасовно прифаќање на електричните автомобили - никој не би сакал да остане среде пат без струја оти неа не може, како бензинот, да ја донесе во канистер. Решение за овој проблем има рускиот старт-ап L-Charge кој разви подвижен полнач за електрични возила, всушност генератор на тркала сместен во товарниот простор на комби кое на повик ќе дојде каде треба и ќе ги дополни испразнетите батерии. Од компанијата велат дека има капацитет за генерирање на 1.440 kWh струја секој ден и својства на брз полнач кој просечно електрично возило за 5 минути ќе му обезбеди поминување на околу 100 километри, а истовремено може да полни четири возила. За сé да биде еколошки генераторот работи на природен гас или водород.

Компанијата која се надева дека покрај во Москва ќе ги лансира своите подвижни полначи и во Лондон, Дубаи, Минхен, Барселона и Амстердам има обезбедено 1,5 милион долари инвестиции за својот проект во потрага по партнер кој би можел да произведе околу две илјади вакви подвижни полначи годишно. Цената им изнесува околу 200.000 долари, а за полнење во Москва се наплатуваат околу 0,20 центи за киловат-час.

Екстендер на водород за електричните возила

Кај електричните возила ахилова пета секако дека се батериите. Стравот тие да се испразнат среде возење и нивното релативно бавно полнење сé уште се главна причина за воздржување од инвестирањето во електрични возила. За овој проблем од Израел доаѓа интересно решение - компанијата Aquarius Engines разви линеарен мотор на водород кој работи како генератор за производство на електрична енергија со кој се продолжува автономијата на движење на електричните возила.

Извонредно едноставната конструкција која се состои од само дваесетина делови и која тежи безначајни 10,5 kg оди во прилог на продуктот на Aquarius. Компактните димензии се уште еден адут за лесно интегрирање по постоечките платформи. Згора на тоа е и едноставното одржување со сервис предвиден после 1.000 работни часови, што би било еквивалентно на поминати 80 илјади километри. За сето тоа време линеарниот мотор може да произведува електрична енергија со максимална моќност од 16 kW, која може веднаш да се употребува или пак да се складира во сетот батерии. Треба да се напомене и дека при согорувањето водородот воопшто не емитува штетни гасови, но понеповолен е фактот што инфраструктурата за полнење водород сé уште е многу скромна, заради што овој мотор може да користи и LPG или CNG, па дури и бензин, но во тој случај од еколошки аспект целиот проект малку губи смисла.

Принципот на работа е едноставен. На подвижната оска е фиксиран работен клип кој се движи во двотактен ритам. Горивото се вбризгува од двете негови страни посебно, а издувот е заеднички. Линеарното движење кое се случува со согорувањето на гориво се претвора во електрична енергија.

Интересна идеја на Ford

Малата автономија и долгото време на полнење се болна точка на електричните возила. Колку и да се трудат инженерите на ова поле, напредокот сепак сé уште не е доволен за возачите на електричните возила да не си го поставуваат прашањето „што ако снемам струја“. Идеи како да се надмине овој проблем има повеќе, ама ниту една во пракса не е блиску до реализирање.

Можеби оваа на Ford која веќе е патентирана ќе има поинаква судбина и навистина ќе смени нешто во позитивна насока за секојдневно користење на електричните возила. Таа изгледа малку откачено, но во суштина во себе обединува повеќе предности, навидум без ниту еден недостаток. Се работи за можноста електричните возила да се полнат во возење, закачени на камион кој ќе ги влече додека вози. Полнењето може да се врши преку камионот, но и со самото вртење на тркалата на влеченото возило. Добивка од оваа можност ќе имаат и возачот на камионот кој ќе заработи некое евро плус, и возачот на електричниот автомобил кој ќе се растовари од една голема мака. Плус, времето кое треба да се потроши за полнење сега ќе биде искористено за патување - малку побавно, но сепак во движење.

Ова решение посебно е интересно за ретко населени региони каде мрежата за полнење електрични возила е непостоечка, а инвестирањето во неа неисплатливо.

Пат што ќе ги полни електричните автомобили во возење

Американската сојузна држава Индијана во соработка со универзитетот Пердју и германската компанија Magment гради пат што ќе ги полни електричните автомобили во возење. Проектот ќе се реализира во три фази - првите две вклучуваат различни испитувања на коловозот со магнетизиран бетон и негова оптимизација, а полнењето ќе се реализира во третата, на почеток само на делница од барем половина километар, а потоа и на дел од автопатската мрежа на Индијана.

Panasonic 1865 и 2170, а наскоро и 4680

За Model S и Model X, Tesla користи батериски ќелии од типот 1865 (18 милиметри пречник и 65 милиметри височина), а за Model 3 и Model Y од типот 2170. Во гигафабриката во Тексас пак ќе се користат батериски ќелии од новиот тип 4680, со хемиски процес кој ќе испорачува пет пати повеќе енергија, 16 отсто подолга автономија и шест пати поголема моќност во споредба со 2170. Предност на оваа батериска ќелија е и цената која заради хемискиот процес и поедноставеното производство се очекува да биде за 14 проценти пониска цена за kWh капацитет. Во моментов производствената цена на батериите за електричните возила изнесува околу 130 долари за киловат-час.

General Motors воведува безжична контрола на батериите

General Motors во соработка со компанијата Analog Devices развива систем за безжична контрола и управување со батериите кој ќе се применува во нивните идни електрични возила. Оваа технологија ќе овозможи напојување на различни модели од еден ист стандарден сет батерии, со што ќе се забрза нивното излегување на пазарот и ќе се намалат трошоците за развој, а со тоа и цената.

Безжичниот систем за електричен менаџмент воопшто не е за потценување како технолошко достигнување, бидејќи целосното електрично поврзување на сите системи на возилото, како погонски така и помошни, е доста комплицирано. Како придобивка се очекува и порамномерно трошење на поединечните батериски ќелии, што позитивно ќе влијае на нивниот животен век и перформансите на возилото, посебно на автономијата и брзината на полнење. Тоа пак индиректно ќе придонесе за можност во возилата да се вградуваат пакети батерии со помал капацитет, што ќе ги намали тежината и цената, а зголеми багажниот простор.

Развиени батерии кои се полнат за пет минути

Батериите се болна точка на електричните автомобили од повеќе аспекти, но она што покрај цената најмногу ги боли нивните сопственици е долгото време за полнење. Сепак се чини дека интензивните истражувања во оваа област ќе вродат со плод - израелските експерти развија батерии за електричните автомобили кои се полнат за пет минути.

Обединети во новата старт-ап компанијата StoreDot, тие тврдат дека нивниот изум од корен ќе ги промени литиум-јонските батерии за електричните автомобили. Но, освен дека графитот во анодата е заменет со силикон, деталите не ги објаснија на јавноста, иако очигледно тоа го имаат сторено на нивните клучни инвеститори - Daimler, British Petroleum, Samsung и TDK. На другите им преостанува да веруваат во нивните тврдења поткрепени со 9-годишниот период на развивање на оваа технологија.

Револуција на батериите

После повеќе од деценија развој, Toshiba е на чекор од комерцијалното лансирање за електричните возила на новиот тип батерии со криптично име SCiB. Со технички речник кажано, зад него се крие технологија базирана на литиум-титаниум-оксид место графит за анодата, што овозможува побрзо полнење (за 6 минути до 80% од капацитетот) и, што е поважно, подолг век на траење - Јапонците велат дека и после 20.000 полнења батеријата ќе има 80 отсто од капацитетот. Според Toshiba, но и Toyota која има намера да ги користи овие батерии, новата технологија ќе направи револуција во индустријата.

Комбинација на батерии со цврст електролит и ултракондензатори

Италијанската компанија Automobili Estrema од Модена, основана 2020-тата, интензивно работи на развој на хиперавтомобил кој ќе поседува хибридно складирање на електричната енергија. Автомобилот наречен Fulminea има четири електромотори со вкупна моќност од 2.040 KS, со кои до максималните 320 km/h стигнува за екстремно кратки 10 секунди.

Револуционерна новост кај него е хибридното складирање на струјата - со solid state батерии кај кои течниот електролит е заменет со цврста материја и ултракондензатори кои се задолжени за регенерираната енергија. Овој систем се одликува со голема густина на енергијата - до 500 Wh/kg, заради што батериите со капацитет од 100 kWh тежат само 300 kg. За споредба, батериите на Tesla со ист капацитет тежат 625 kg. Одлична вест е и тоа што за полнење на овој тип батерии е потребно многу пократко време, а очекуваната автономија изнесува 520 километри.

Продажбата на Fulminea треба да започне во 2023 година, по цена од околу два милиони евра. Во плановите на Automobili Estrema се споменува и изградба на сопствена фабрика за производство на новиот тип батерии.

Двостепена трансмисија за електрични возила

Ефикасноста на електричните возила е жешка тема во автомобилската индустрија, најмногу за инженерите кои работат на батериите. Но, доволно простор за развој има и кај останатите компоненти, посебно кај системот за менаџмент на расположливата енергија и оптимизацијата на самиот пренос. Токму затоа, иако електромоторите испорачуваат максимален вртежен момент уште од нула вртежи заради што на електричните возила не им треба менувач, сепак за поефикасно искористување на електричниот погон при забрзување, а посебно при забавување кога електричниот склоп функционира како генератор на струја, пожелно е да се има е некаква трансмисија.

Со овој проблем се зафати канадската компанија Inmotive, која разви менувач со два степена на пренос наменет за електрични возила. Ваква трансмисија сега се среќава многу ретко, и тоа само кај поскапите модели - на пример Porsche Taycan и Audi e-Tron GT кои се поставени на истата платформа ја имаат за задниот електромотор. Техничкото решение на Канаѓаните е далеку поевтино од менувачот на ZF кои тие го користат. Менувачот е изведен со два различни по големина запчаници кои со погонската оска се поврзани преку ланец. Релативно едноставниот систем функционира така што поголемиот запчаник (побавниот степен на пренос) е поделен на пет сегменти кои можат сукцесивно да се поместуваат пренесувајќи го ланецот, преку затегнувачот, од едниот на другиот запчаник.

Резултатите се повеќе од одлични - при забрзување возилото постигнува за 15% подобро време, а ефикасноста, односно автономијата, се зголемува за 7 до 15%. Уште една добра вест е дека овој менувач може дополнително да се вгради во сите автомобили на електричен погон.