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

ż

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

ż

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

ż

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

ż

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

ż

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

ż

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

ż

e by

ć

całkowicie

szczelny i charakteryzowa

ć

si

ę

dług

ą ż

ywotno

ś

ci

ą

, wi

ę

ksza (30%) pojemno

ść

od

NiCd), wy

ż

sza wydajno

ść

pr

ą

dowa (25%).

Wady: dro

ż

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

ż

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

ż

yczono u

ż

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

ż

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

ż

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