Zalety i wyzwania związane z pojazdami elektrycznymi

W miarę jak świat stara się ograniczać zanieczyszczenia i przechodzić na bardziej zrównoważone formy transportu, wiele osób pokłada nadzieję w sukcesie pojazdów elektrycznych (EV).

Jeśli chodzi o ekologiczny transport, to z pewnością oferują one wiele korzyści w porównaniu z pojazdami napędzanymi silnikami spalinowymi (ICE). Główną z nich jest unikanie stosowania paliw kopalnych na bazie węglowodorów, które są źródłem znacznej części światowej produkcji gazów cieplarnianych, a także innych poważnych zanieczyszczeń, takich jak tlenek węgla, podtlenek azotu i cząstki stałe w powietrzu.

W rzeczywistości w 2020 roku samochody wyprodukowały około 7,3 miliarda ton CO2, co stanowiło około 41% całkowitej emisji w całym sektorze transportu; dla porównania, lotnictwo, na którym skupia się uwaga wielu ludzi w kwestii redukcji emisji, stanowiło tylko osiem procent całkowitej emisji CO2 w transporcie. [1]

W sytuacji, gdy wiele miast i władz lokalnych stara się zniechęcić do korzystania z pojazdów spalinowych poprzez tworzenie stref niskiej emisji, pojazdy elektryczne mają tę dodatkową zaletę, że ich użytkownicy mogą korzystać z zerowych opłat za wjazd do tych stref. Inne atrakcje dla kierowców samochodów elektrycznych to niższe koszty eksploatacji. Przejechanie 160 kilometrów samochodem elektrycznym kosztuje średnio niespełna siedem złotych w porównaniu z około 60 złotymi w przypadku samochodu benzynowego. [2]

Kolejną zaletą dla kierowców dbających o środowisko naturalne są taryfy energii odnawialnej dostępne u niektórych dostawców energii elektrycznej. Samochody elektryczne mogą też zapewnić lepsze wrażenia z jazdy, dzięki szybszemu przyspieszaniu i silnikom, które mogą korzystać z hamowania regeneracyjnego, aby odzyskać energię podczas zwalniania. Pojazdy elektryczne mają także niżej położony środek ciężkości, ponieważ ciężkie pakiety akumulatorów są przechowywane nisko w karoserii, co poprawia prowadzenie, komfort i bezpieczeństwo. Są też cichsze niż pojazdy z silnikami spalinowymi, co zmniejsza obciążenie hałasem w miastach.

Pod względem mechanicznym pojazdy elektryczne są także znacznie prostsze, zwłaszcza pojazdy napędzane wyłącznie akumulatorami i wyposażone w całkowicie elektryczny układ napędowy. Przy znacznie mniejszej liczbie ruchomych części mniej się psuje.

Władze starają się zachęcać do dalszego upowszechniania pojazdów elektrycznych, dlatego często korzystają z dotacji rządowych. W wielu miastach dla pojazdów elektrycznych dostępne są darmowe lub wydzielone parkingi, ponieważ władze starają się zniechęcić kierowców do wjeżdżania samochodami z napędem spalinowym do centrów miast.

Obok marchewki w postaci zachęt finansowych jest też kij w postaci zakazu — sprzedaż nowych pojazdów z silnikami spalinowymi jest coraz bardziej ograniczana lub zakazana. Jednak nawet w tym przypadku użytkownicy, którzy wcześnie dokonają zmiany, odniosą korzyść, gdyż po wprowadzeniu, na przykład, w Wielkiej Brytanii całkowitego zakazu od 2030 roku pojazdy elektryczne zachowają większą wartość przy odsprzedaży, ponieważ coraz więcej kierowców będzie starało się do nich dotrzeć z braku innych opcji.

Wyzwania związane z przyjęciem pojazdów elektrycznych

Oprócz korzyści, które przyczyniają się do przyjęcia pojazdów elektrycznych, istnieją również pewne bariery dla ich szerszego stosowania. Cztery główne z nich to infrastruktura do ładowania, wydajność pojazdów elektrycznych, dostępność i przystępność cenowa.

Kwestie związane z ładowaniem były główną przeszkodą w zwiększaniu popularności pojazdów elektrycznych, a szczególnymi problemami dla kierowców były: brak infrastruktury, wolne prędkości ładowania, koszt ładowarek i brak standardów ładowania. Kierowcy samochodów elektrycznych nadal odczuwają lęk przed zasięgiem, czyli obawę, że samochód rozładuje się przed dotarciem do innego punktu ładowania.

Ten lęk może być przyczyną znacznie większego zainteresowania technologią hybrydową na większości rynków, znacznie przewyższającego zainteresowanie akumulatorowymi pojazdami elektrycznymi (BEV).

Według badania Global Automotive Consumer Study 2023 przeprowadzonego przez Deloitte [3], większość potencjalnych nabywców pojazdów elektrycznych oczekuje, że będzie mogła ładować swoje pojazdy w domu, a tylko 16% potencjalnych nabywców pojazdów elektrycznych w Stanach Zjednoczonych przewiduje, że będzie regularnie korzystać z publicznych ładowarek. Producenci pojazdów elektrycznych proszą również o kompatybilność ładowania DC/DC, aby umożliwić ładowanie akumulatorów 800 V za pomocą ładowarki 400 VDC, co pozwoli zniwelować luki w dostępności sieci ładowania 800 V. Pomoże to w rozwoju rynku, oferując kierowcom większą różnorodność opcji ładowania.

Czas ładowania pojazdu elektrycznego również był wymieniany jako wada i wiele uwagi poświęcono szybkim ładowarkom, które znacznie skracają czas oczekiwania, stawiając go na równi z tankowaniem pojazdu z silnikiem spalinowym. Jednak wyniki raportu Deloitte wskazują, że czynnik ten jest wyolbrzymiany, a kierowcy są gotowi czekać znacznie dłużej niż 10 minut na naładowanie akumulatora.

Kolejnym wyzwaniem jest wydajność. Prędkość i moment obrotowy silnika są odwrotnie proporcjonalne i ograniczone przez całkowitą moc silnika. Stanowi to wyzwanie, które trudno jest rozwiązać w sposób ekonomiczny.

Zapewnienie wysoce wydajnego zasilania z akumulatora do obciążeń pojazdu staje się coraz ważniejsze, ponieważ obciążenia związane z komfortem jazdy, takie jak aktywne zawieszenie, podgrzewane fotele i tylne koła kierownicy, zwiększają zapotrzebowanie na energię.

Producenci pojazdów zdają sobie sprawę, że architektura 12 V została już maksymalnie rozwinięta. Teraz są bardziej skłonni do stosowania innowacyjnych rozwiązań, aby zapewnić lepsze osiągi. Dzisiejsze pojazdy elektryczne nadal korzystają z akumulatora 12 V, który zasila funkcje niezwiązane z trakcją, takie jak wycieraczki przedniej szyby, elementy sterujące komfortem siedzeń i system informacyjno-rozrywkowy.

Niektórzy producenci zastępują akumulator 12 V jednostką 48 V w swoich najnowszych modelach. Dlaczego —zamiast polegać na oddzielnym akumulatorze 12 V — nie stworzyć wirtualnego akumulatora z głównego zestawu akumulatorów 400 V lub 800 V? Dzięki temu producenci mogą znacznie zmniejszyć masę swoich pojazdów, a także zracjonalizować koszty związane z inżynierią, łańcuchami dostaw i magazynowaniem części zamiennych.

Inne kwestie dotyczące wydajności to pojemność akumulatorów i zasięg, jaki mogą zapewnić. Na przykład pojemność akumulatorów w obecnych pojazdach elektrycznych waha się od zaledwie 17,6 kWh w Smart EQ ForTwo o zasięgu zaledwie około 80 kilometrów, do 100 kWh w Tesla Model S, który oferuje maksymalny zasięg około 500 kilometrów.

Na przykład w konstrukcji akumulatorów wprowadzane są coraz to nowsze rozwiązania w zakresie chemii i metod budowy. Mimo że prace te są jeszcze w powijakach, już teraz widać obiecujące rezultaty.

Zamiana akumulatorów, która jest popularnym pomysłem w Chinach, ma na celu uniknięcie niepokoju związanego z zasięgiem, umożliwiając samochodom elektrycznym zwiększenie zasięgu poprzez wymianę rozładowanego akumulatora na naładowaną w stacji wymiany.

Samochody elektryczne zużywają ponad 50 kW energii elektrycznej, w porównaniu z mniej niż 3 kW w samochodach z silnikiem spalinowym. Prawie 20-krotny wzrost mocy wymaga zastosowania kompaktowych rozwiązań, aby zaoszczędzić miejsce i wagę. Zmniejszenie rozmiaru i wagi sieci zasilającej to kluczowe czynniki. Na przykład Vicor BCM6135 dostarcza 2,5 kW mocy z urządzenia, które waży tylko 65 gramów i które można trzymać w dłoni.

Ograniczona dostępność pojazdów elektrycznych jest również jedną z głównych przeszkód w przejściu na korzystanie z pojazdów elektrycznych. Obecnie w Ameryce Północnej dostępnych jest tylko 29 w pełni elektrycznych modeli pojazdów użytkowych. Dla porównania, w przypadku pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi dostępnych jest ponad 400 różnych modeli.

O przystępności cenowej decyduje w dużej mierze koszt układu napędowego, czyli średnio 51% całkowitego kosztu w porównaniu z 18% całkowitego kosztu w przypadku układów napędowych z silnikami spalinowymi. Wysiłki zmierzające do zmniejszenia rozmiarów i wagi układu napędowego będą miały zasadniczy wpływ na ostateczny sukces pojazdów elektrycznych.

Sprawdzanie działania

Zaufanie użytkowników pojazdów elektrycznych jest głównym czynnikiem decydującym o ich dalszym rozpowszechnianiu — muszą oni wiedzieć, że pojazdy elektryczne mają wymagany przez nich zasięg, osiągi, niezawodność i właściwości jezdne.

Wymaga to rygorystycznego reżimu testowego, a inżynierowie odpowiedzialni za rozwój potrzebują specjalistycznego sprzętu dla każdego przypadku testowego.

Cztery główne podsystemy, które producenci muszą przetestować to:

  • Układ ładowania — akumulatora, systemów monitorowania ładowania i hamowania odzyskowego.
  • Układ przeniesienia napędu — podsystem inwertera mocy do dostarczania energii i związane z nim sygnały sterujące
  • Silniki — trójfazowe bezszczotkowe silniki prądu stałego używane w różnych zastosowaniach, takich jak szyby i klimatyzacja
  • Układy kierownicze — charakterystyka układu kierowniczego i elektroniczne wspomaganie kierownicy

Oprócz badań i rozwoju istnieje potrzeba testowania pojazdów elektrycznych podczas ich produkcji. Wymaga to nowej generacji bardziej przenośnych urządzeń testowych, które umożliwiają testowanie różnych parametrów w samochodzie i które mogą pracować w różnych warunkach klimatycznych i drogowych.

Pojazdy autonomiczne w coraz większym stopniu korzystają z czujników, które również będą wymagały konserwacji, a specjalistyczne czujniki, takie jak LiDAR, będą wymagały urządzeń takich jak analizatory widma optycznego do oceny ich działania i dokładności.

Podsumowanie

Pomimo znacznych zalet, jakie oferują pojazdy elektryczne, nadal istnieją wyzwania w takich krytycznych obszarach, jak czas ładowania pojazdów, zasięg jazdy i dostęp do wydajnych stacji ładowania pojazdów elektrycznych. Masowa elektryfikacja transportu jest jednak w toku. Inżynierowie mogą sprostać wyzwaniom przy użyciu dostępnych technologii, ale ostatecznie masowe przyjęcie i wdrożenie będzie skuteczne i opłacalne tylko wtedy, gdy rządy i przepisy będą je wspierać, a dostawcy pojazdów elektrycznych zapewnią użytkownikom zaufanie do tych pojazdów, którego potrzebują.

Wykorzystane materiały

  1. https://www.statista.com/statistics/1185535/transport-carbon-dioxide-emissions-breakdown/
  2. https://www.edfenergy.com/electric-cars/benefits#footnote-cost-of-100-miles-in-petrol-car
  3. https://www.deloitte.com/global/en/Industries/automotive/perspectives/global-automotive-consumer-study.html
UdostępnijPostOpublikuj

Stay informed


Keep up to date on the latest information and exclusive offers!

Subscribe now

Data Protection & Privacy Policy

Thanks for subscribing

Well done! You are now part of an elite group who receive the latest info on products, technologies and applications straight to your inbox.