1
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
Samochody elektryczne
1
Nap
ę
dy alternatywne
Samochód elektryczny Jenatzy’ego
pierwszy przekroczył pr
ę
dko
ść
100 km/godz
(28.04.1899r, 105,4 km/godz)
Karetka elektryczna
(1902r)
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
Zalety silnika elektrycznego:
2
Nap
ę
dy alternatywne
1. nie pobiera energii gdy nie musi oddawa
ć
momentu nap
ę
dowego
(nie jest konieczny bieg jałowy)
2. maksymalny moment nap
ę
dowy wyst
ę
puje od zerowych obrotów
wału (nie ma potrzeby stosowania skrzy
ń
przekładniowych i
sprz
ę
gieł)
3. sterowanie na drodze elektrycznej (nie ma strat takich jak w silniku
spalinowym przy dławieniu zasilania)
4. wysoka sprawno
ść
silnika (bliska 1)
5. cicha praca, stosunkowo prosta konstrukcja, nie generuj
ą
drga
ń
,
proste chłodzenie
6. niektóre odmiany mog
ą
pracowa
ć
jako pr
ą
dnice (mo
Ŝ
liwo
ść
odzyskiwania energii podczas hamowania)
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
3
Nap
ę
dy alternatywne
bieguny wirnika
(magnesy stałe)
stojan
Trójfazowy asynchroniczny silnik trakcyjny
Nap
ę
d elektryczny akumulatorowy
Nap
ę
d elektryczny ogniwowy
Nap
ę
d hybrydowy
spalinowo - elektryczny
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
4
Nap
ę
dy alternatywne
Elektryczne układy nap
ę
dowe z zasilaniem
akumulatorowym
a)
silnik pojedy
ń
czy, umieszczony wzdłu
Ŝ
nie,
nap
ę
d tylnego mostu
b)
silnik pojedy
ń
czy, umieszczony poprzecznie,
nap
ę
d tylnego mostu
c)
silniki umieszczone bezpo
ś
rednio w kołach,
mo
Ŝ
liwy nap
ę
d wszystkich kół lub kół jednej
osi
2
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
Podstawowy problem nap
ę
du elektrycznego:
gromadzenie energii na pokładzie samochodu
5
Nap
ę
dy alternatywne
Sposoby zasilania silników elektrycznych:
1. energi
ą
zgromadzon
ą
na pokładzie samochodu w aku-
mulatorach
(w wi
ę
kszo
ś
ci akumulatorów sprawno
ść
jest rz
ę
du 60%).
2. energi
ą
wytwarzan
ą
na pokładzie samochodu:
– z ogniw paliwowych
– z pr
ą
dnic nap
ę
dzanych silnikami spalinowymi
(nap
ę
dy hybrydowe)
– z ogniw słonecznych
3. energi
ą
dostarczan
ą
z zewn
ą
trz (zasilanie przewodowe)
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
Nap
ę
d akumulatorowy - rodzaje akumulatorów
6
Nap
ę
dy alternatywne
●
Akumulator kwasowo-ołowiowy:
elektrolitem jest roztwór kwasu siarkowego,
katoda z ołowiu, anoda z tlenku ołowiu PbO
2
. Masowo wykorzystywane w
samochodach jako akumulatory rozruchowe.
Zalety: zdolno
ść
rozładowania du
Ŝ
ym pr
ą
dem przez krótki czas, prostota układu
ładowania, niska cena.
Wady: znaczna masa przypadaj
ą
ca na jednostk
ę
pojemno
ś
ci, niska trwało
ść
,
niska wytrzymało
ść
mechaniczna ołowiu
.
Akumulator kwasowo-ołowiowy
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
Rodzaje akumulatorów
7
Nap
ę
dy alternatywne
●
Akumulator NiCd:
elektrody s
ą
wykonane z wodorotlenku niklu i wodorotlenku
kadmu, elektrolitem s
ą
półpłynne lub stałe substancje o ró
Ŝ
nych składzie
chemicznym posiadaj
ą
cym silnie zasadowy (inaczej alkaliczny) odczyn.
Zalety: wysoka trwało
ść
i wytrzymało
ść
, niska masa na jednostk
ę
pojemno
ś
ci
Wady: wysoka cena, ni
Ŝ
sza wydajno
ść
pr
ą
dowa, skomplikowane układy
ładowania
●
Akumulator NiMH
– ulepszona odmiana akumulatorów NiCd, w których jedna
z elektrod jest wykonana z niklu, za
ś
druga elektroda ze spieku metali ziem
rzadkich w atmosferze wodoru. Elektrolitem jest g
ą
bczasta struktura nas
ą
czona
substancjami alkalicznymi i katalizatorem.
Zalety: jak akumulatorów NiCd, ponadto zdolno
ść
do absorpcji wydzielaj
ą
cego
si
ę
podczas ładowania wodoru, dzi
ę
ki czemu akumulator mo
Ŝ
e by
ć
całkowicie
szczelny i charakteryzowa
ć
si
ę
dług
ą Ŝ
ywotno
ś
ci
ą
, wi
ę
ksza (30%) pojemno
ść
od
NiCd), wy
Ŝ
sza wydajno
ść
pr
ą
dowa (25%).
Wady: dro
Ŝ
sze, mniej trwałe od NiCd, samorozładowywanie
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
Rodzaje akumulatorów
8
Nap
ę
dy alternatywne
●
Akumulator Li-jon
– jedna z elektrod jest wykonana z porowatego w
ę
gla,
druga z tlenków metali, elektrolitem s
ą
sole litowe rozpuszczone w mieszani-
nie organicznych rozpuszczalników.
●
Akumulator litowo-polimerowy
– odmiana akumulatorów Li-ion, w których
ciekły elektrolit jest zast
ą
piony stałym elektrolitem polimerowym wykonanym
z np. g
ą
bek na bazie poliakrylonitrylu.
Zalety: korzystny stosunek masy do
pojemno
ś
ci, dobra trwało
ść
Wady: stosunkowo wysoka cena,
niska wydajno
ść
pr
ą
dowa
●
Akumulator sodowo-siarkowy
–
bardzo korzystny stosunek masy do
pojemno
ś
ci, ale wymaga wysokiej
temperatury pracy (do 240
0
C) i
obudowy izolowanej (ceramika)
3
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
9
Nap
ę
dy alternatywne
Przykładowe parametry samochodów elektrycznych z nap
ę
dem akumulatorowym
260
433
max. masa baterii
[kg]
8
NiCd
12,6
9
90
90÷160
Peugeot 106
Electrique
6
NaS
18,5
12
105
120
VW Jetta
Citystromer
3000
0,25
b.d.
b.d.
13
97
322
Zało
Ŝ
enia USA
1000
trwało
ść
baterii
[cykli ładowania]
czas ładowania
[godz]
Pb
bateria
40
moc silnika
[kW]
b.d.
Przyspieszenie
0 ÷ 50 km/h
[s]
80
V
max
[km/h]
95
zasi
ę
g
[km]
Bedford CF
(furgon 1T)
Parametr
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
10
Nap
ę
dy alternatywne
Przykładowe samochody elektryczne z nap
ę
dem akumulatorowym
GM EV1
1986-90
Dwumiejscowy, nap
ę
d przedni
zasilanie z akumulatorów
Pb lub NiMH
Pr
ę
dko
ść
maksymalna 160km/h
0 do 100 km/h – 8s
zasi
ę
g 150 km
czas ładowania baterii 6-8 godz
Wyprodukowano i wypo
Ŝ
yczono u
Ŝ
ytkownikom 1100 sztuk, a nast
ę
pnie prawie
wszystkie zniszczono.
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
11
Nap
ę
dy alternatywne
Przykładowe samochody elektryczne z nap
ę
dem akumulatorowym
SEICENTO ELETTRA
1996
4-miejscowy, nap
ę
d tylny
zasilanie z 18 akumulatorów Pb
U = 216V, masa 400 kg
Moc max 30 kW
Moc stała 15 kW
Moment obrotowy 130 Nm
Pr
ę
dko
ść
maksymalna 100km/h
0 do 50 km/h – 8s
zasi
ę
g 90 km
czas ładowania baterii 8 godz
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
12
Nap
ę
dy alternatywne
Przykładowe samochody elektryczne z nap
ę
dem akumulatorowym
HORLACHER
NaS - SPORT
1998
nadwozie z włókna w
ę
glowego,
Vmax = 120 km/godz.
Zu
Ŝ
ycie enrgii: 3÷5 kW/100km (odpowiednik 0,5 l benzyny)
Zasilanie – baterie NaS
Rekord długo
ś
ci jazdy bez ładowania: 547 km z V
ś
r = 55,4 km/godz
4
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
Nap
ę
d elektryczny ogniwowy
13
Nap
ę
dy alternatywne
Atomy wodoru oddaj
ą
elektrony na anodzie i jako jony wodoru (protony) przenikaj
ą
przez membran
ę
(np. polimerow
ą
, “prze
ź
roczyst
ą
” dla protonów – tzw. ogniwa PEM). Uwolnione na anodzie elektrony
przepływaj
ą
przez obwód zewn
ę
trzny do katody tworz
ą
pr
ą
d, zasilaj
ą
cy po drodze odbiorniki pr
ą
du. Na
katodzie elektrony i jony wodoru ł
ą
cz
ą
si
ę
, tworz
ą
c wod
ę
(w postaci pary wodnej). Anoda i katoda –
porowate arkusze, pełni
ą
ce równie
Ŝ
funkcj
ę
katalizatora. Napi
ę
cie pojedy
ń
czego ogniwa – 0,6V.
wodór
wodór
chłodzenie
chłodzenie
powietrze
powietrze
i para wodna
MEMBRANA (elektrolit)
ANODA
KATODA
+
_
(H + H + 2e)
2
2
(1/2 0 + H + 2e H 0)
2
2
+
+
H
+
H
+
H
2
H
2
H
2
H
2
H
2
H
2
O
2
O
2
O
2
O
2
O
2
H 0
2
H 0
2
Zasada działania
ogniwa
paliwowego
(wynalazek z 1936 r.)
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
14
Nap
ę
dy alternatywne
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
15
Nap
ę
dy alternatywne
Zalety ogniw paliwowych:
+ praktycznie zerowa emisja składników toksycznych
+ bezpo
ś
rednie wytwarzanie energii elektrycznej
+ cicha praca
+ brak konieczno
ś
ci doładowywania
- bardzo wysoka cena (stosowana platyna)
- stosowanie wodoru stwarza kłopoty z jego wytwarzaniem
przechowywaniem i tankowaniem
- niska sprawno
ść
ogniw
Wady ogniw paliwowych:
Zastosowanie w motoryzacji: autobusy miejskie,
samochody osobowe
Ś
RODKI TRANSPORTU DALEKIEGO
Pojazdy drogowe
16
Nap
ę
dy alternatywne
Samochod osobowy Peugeot 207
z ogniwem paliwowym Genepac
zbiorniki z
wodorem
Ogniwo paliwowe
moc ogniwa – 20 kW
moc silnika elektrycznego:
stała 40 kW, max 70 kW
moment obrotowy – 180 Nm
bateria Li-jon 50 kW
przyspieszenie 0 ÷ 100 km/h - 15 s
V max – 130 km/h
zasi
ę
g – 350 km
zasilanie: 5 butli zawieraj
ą
cych 3 kg
(15l) wodoru pod ci
ś
nieniem 70 MPa