Myliłby się ten, kto wierzy iż historia samochodów elektrycznych to pieśń kilku ostatnich dekad. Wprawdzie temat nabiera przyspieszenia jak bolid Formuły 1, ale początki sięgają ponad 180 lat wstecz. Dziś trudno rozstrzygnąć, kto był pionierem tego działu motoryzacji. Przypomnijmy jedynie, że podobne dylematy mieli fizycy, gdy ogłosili Guglielmo Marconiego wynalazcą radia (1894), choć o palmę pierwszeństwa ubiegali się Nikola Tesla i Aleksander Popow.
fot. Krzysztof Golec, autoflesz.com
Temat ten był jednym z pierwszych wykładów podczas konferencji "Elektromobilność - fakty, mity, rzeczywistość", która zakończyła się 25 kwietnia br. w Zespole Szkół Samochodowych w Bydgoszczy. O samej konferencji napiszemy więcej, bo Organizatorom udało się ściągnąć na pokazy i jazdy testowe wiele energetycznych samochodów, skuterów, a nawet rowerów elektrycznych. Był nawet nowy autobus elektryczny Solarisa, zasilający flotę MPK w Inowrocławiu, słynna TESLA, Nissan Leaf, Toyota Prius plug-in, dwie Toyoty C-HR, Fiat Tipo z fabryczną instalacją gazową, dwa modele SsangYong z fabryczną instalacją gazową EuropeGas, Fiat 500 EV, VW Passat GTE plug-in, ładowarki firmy GARO ze Szczecina, a także ikony e-mobilności z logo BMW czyli energetyczne bmw i3 oraz skuter elektryczny C- evolution. Ponadto znakomite grono ekspertów, przedstawicieli firm, a wszystko pod patronatem Prezydenta Miasta.
Kilka przełomowych odkryć dot. silnika elektrycznego
Niewątpliwie przyczyniło się do tego wielkiego wynalazku odkrycie w 1800 roku ogniwa galwanicznego przez Alessandro Voltę (srebrne i cynkowe elektrody oraz elektrolit- zwykła woda morska). Mocne podwaliny pod rozwój pierwszych silników elektrycznych dał Michael Faraday, który odkrył w 1831 r. zjawisko indukcji elektromagnetycznej.
fot. Krzysztof Golec, autoflesz.com / Dyrektor Zespoły Szkół Samochodowych mgr inż. Janusz Tomas rozpoczyna konferencję...
Ciekawostką z pewnością jest informacja dot. Ernsta Siemensa, który zastosował dość duży silnik (1879, napięcie pracy 150 V) do zasilania elektrowozu. Z kolei Nikola Tesla, który już pojawił się w tej części, opracował dwufazowy silnik indukcyjny (1887 ). Wśród wielkich nazwisk i wynalazców znalazł się Michał Doliwo-Dobrowolski, Polak z rosyjskim paszportem, który opracował silnik trójfazowy z wirnikiem klatkowym. Prawdziwym przełomem był natomiast silnik synchroniczny zbudowany przez inż. Ernsta Danielsona (1889). To on wyznaczył kierunek rozwoju silników elektrycznych.
Pierwsze konstrukcje praktyce
Przyjmijmy, że jednym z takich zwariowanych wynalazców elektrycznego wehikułu opartego na baterii Volty był Thomas Devenport. Już w 1834 roku (inne źródlona podają 1837 , opatentował swój wynalazek). Była to jednak zabawka do napędzania modelu kolejki. Później był silnik do łodzi motorowej, wiertarki i tokarki, a także prasy rotacyjnej, która wielokrotnie była modyfikowana. Już w 1882 roku profesorowie Percy i Ayton zbudowali pierwszy seryjny wehikuł z bateriami Volty (masa samych baterii wynosiła ok. 50 kg). Źródła nie podają zasięgu takiego trójkołowca, ale nieoficjalnie to kilka-kilkanaście km.
Pod koniec XIX wieku większe zainteresowanie takimi pojazdami nastąpiło w Londynie, Nowym Jorku, a nawet Petersburgu, bowiem zasilane prądem elektrycznym karety rozwijały prędkość do 14 km/h, a ich właściciele chwali się zasięgiem do 48 km. Powiedzmy sobie szczerze, wehikuły takie nie mogły konkurować z szybkim parowozem na dalekich trasach, czy nawet zaprzęgiem konnym, ale zwrócono na nie uwagę w dziale „miejskich taksówek”.
Ciekawostką tamtych lat z przełomu XIX i XX w. był rekord prędkości ustanowiony przez pojazd „La Jamais Contente” (ang. wiecznie niezadowolony) o kształcie pocisku artyleryjskiego. Zbudowany przez Belga Camille’a Jenatzy’ego pojazd rozwinął wtedy 105,9 km/h (kwiecień 1899 r.).
fot. Chevrolet / Volt
To już było coś. Jednak historia znów potoczyła się kołem i zakręciła tory szerokim łukiem wokół wielokrotnie wymienianego Ferdinanda Porsche (wtedy miał 25 lat). Jego pojazd dysponował zasięgiem 50 km, przy prędkości 50 km/h.
Szybki rozwój samochodów elektrycznych blokowały akumulatory (wtedy oparte na wynalazku Volty) i podobnie jak dziś brak sieci – nawet prymitywnych ładowarek.
Coraz ciekawsze pomysły, prototypy, seryjne konstrukcje
Po zakończeniu II wojny światowej, wynalezienie przez dra Bardeena (1947) tranzystora germanowego znów dało impuls w kierunku poważniejszych prac nad samochodami elektrycznymi. Pojawiły się też słynne ogniwa Leclanchego.
I tak dochodzimy do BMW (Bayerische Motoren Werke). Bawarski koncern swój pierwszy samochód elektryczny „1602 Electric” pokazał w 1972 roku . Niestety, bardzo słabe osiągi (zasięg 30 km, przyspieszenie ok. 8 s) nie pozwoliły na wielkoseryjną produkcję. Powstało jedynie kilka sztuk.
Amerykańskie biura konstrukcyjne wielkich koncernów nie zaniechały jednak prac nad tym nowatorskim napędem, choć trzeba przyznać, iż deski kreślarskie (wtedy) nie wyciskały siódmych potów na projektantach. Odnotujmy jednak koniec lat 90. ubiegłego stulecia jako debiut rynkowy pojazdu General Motors EV w ramach programu badawczo-rozwojowego. Już wtedy EV1 dysponował zasięgiem do 260 km.
Kolejna niespodzianka pochodzi od FIATA, który na Salonie w Genewie (1993) pokazał koncepcyjny model Downtown, nomen omen, zaprojektowany przez Chrisa Bangle. To on powiedział, że wspaniałe samochody są sztuką.
Chevrolet Volt – jedna z pierwszych hybryd typu plug-in (z wtyczką) zbudowana przez koncern GM. Jego pierwszą wersję zaprezentowano już w 2007 roku, w 2012 roku zdobył tytuł „Car of the Year”.
Podstawowym źródłem napędu jest silnik elektryczny, który produkuje 111 kW. Energię czerpie z akumulatorów litowo-jonowych 16 kWh (masa 190 kg). W środku jest ciasno, względnie wygodnie jadą cztery osoby, pojemność bagażnika 310/1005 l.
Oprócz silnika elektrycznego, pod maską Volta inżynierowie upakowali prądnicę o mocy 54 kW, która w razie potrzeby działa jak drugi silnik elektryczny i wspomaga podstawowe źródło napędu. W komorze silnikowej elektrycznego Chevroleta znajdziemy jeszcze jednostkę iskrową 1,4- litra o mocy 86 KM - tzw. range extender - zwiększającą zasięg. Wszystkie źródła napędu spina przekładnia planetarna, falownik i ECU, a napęd przekazywany jest na koła przednie. Zasięg w trybie eklektycznym 60 km, czas ładowania z gniazdka 230 V - 5,5 godz. Całkowity zasięg z 35-litrowym zbiornikiem paliwa wynosi 427 km.
fot. Opel
Opel Ampera/ Chevrolet Bolt – niemal klon Bolta, zasilany jest tylko energią elektryczną. Źródłem napędu są akumulatory litowo-jonowe o pojemności 60 kWh (opracowane z koncernem LG Chem). Moc silnika elektrycznego 150 kW (360 Nm), Opel chwalił się zasięgiem 500 km (w rzeczywistości 380 km). Aby pokonać kolejne 150 km wystarczy podładować baterie w ciągu 30 min. Pojemność bagażnika 310 l
Samochody elektryczne PSA – Peugeot 208 EV
Do 2021 roku Peugeot planuje aż 12 nowych aut typu plug-in. W portfolio producenta znajdziemy kilka modeli czysto elektrycznych EV (Peugeot i-On, klon Mitsubishi i-MiEV, Peugeot Partner, Opel Ampera, Citroen C-zero, Citroen Berlingo). Peugeot 208 EV zadebiutuje w 2019 roku, zasięg 300 km.
Peugeot i-On – klon Citroena C-Zero i Mitsubishi i-MiEV. Moc silnika 64 kW (180 Nm), przyspieszenie 15,9 s, prędkość max 130 km/h, zasięg do 150 km, czas ładowania baterii litowo-jonowych z gniazdka 230 V - 8 godz.
fot. Peugeot
Renault Zoe – czysty „elektryk” z mocniejszymi bateriami litowo-jonowymi 41 kWh od LG Chem. Obecnie zasięg zwiększono do 400 km dla modeli R90 i Q90. Problemem w popularności tego modelu są akumulatory, które producent zdecydował się wydzierżawić za odpowiednią opłatą.
Hyundai IONIQ electric - Ioniq jest oferowany zarówno w wersji hybrydowej jak i elektrycznej, teraz dołącza do rodziny odmiana z napędem elektrycznym. Jak twierdzą niektórzy dziennikarze to mocna alternatywa dla Priusa. Do napędu użyto baterii litowo-jonowych 28 kWh zasilających silnik elektryczny 90 kW (250 Nm). Maksymalny zasięg do 250 km (test wykazał 200,3 km), przyspieszenie ok. 9,9 s, czas ładowania z gniazdka 230 V (prąd o mocy 2,8 kW) do 12 godz.
Hyundai Kona Electric – nowa generacja w portfolio koreańskiego producenta pokazana w marcu na Salonie w Genewie i Poznań Motor Show 2018. Kona to siostra Kia Stonic.
fot. Krzysztof Golec, autoflesz.com / Renault ZOE premiera na IAA we Frankfurcie
Hyundai Kona Electric będzie oferowany w dwóch konfiguracjach. Podstawowa wersja z silnikiem o mocy 99,9 kW i akumulatorem o pojemności 39,2 kWh oferuje zasięg 300 km, mierzony zgodnie z cyklem WLTP. Mocniejsza odmiana dysponuje mocą 150 kW i akumulatorem o pojemności 64 kWh - ma dysponować zasięgiem nawet 470 km na jednym ładowaniu.
Producent informuje, że obydwie wersje modelu Kona Electric potrzebują 54 minut na doładowanie akumulatora do 80 procent pojemności, przy wykorzystaniu szybkiej ładowarki DC (ang. direct current, prąd stały) o mocy 100 kW. Sprint do pierwszej setki trwa tylko 9,3 s, a z mocniejszym silnikiem to zaledwie 7,6 sekundy. Producent ograniczył prędkość maksymalną do 167 km/h.
fot. Krzysztof Golec, autoflesz.com
Porsche Panamera Turbo S e-Hybrid Sport Turismo – również Porsche podjęło wyzwanie i ma w swoim portfolio pojazdy hybrydowe i elektryczne. Podczas Poznań Motor Show 2018 i na salonie w Genewie model ten, jak również inne hot-hatche były oblegane. Do jego napędu przewidziano układ hybrydowy o łącznej mocy 680 KM. Jej uzyskanie było możliwe dzięki wykorzystaniu benzynowego, podwójnie doładowanego silnika 4.0V8 o mocy 550 KM (770 Nm) oraz elektrycznego motoru produkującego 100 kW. Dzięki temu bolid katapultuje do pierwszej setki już po 3,4 s (Panamera Turbo S po 3,6 s). Przyspieszenie rzuca na kolana konkurencję - od 100 do 200 km/h Sport Turismo potrzebuje 8,5 s (Turbo S potrzebuje 9,4 s), prędkość max 310 km/h.
Jaguar I-Pace – pierwszy całkowicie elektryczny SUV elitarnej brytyjskiej marki. Założenie konstruktorów było proste, dać odpowiedź TESLI X. Czy się udało, warto porównać.
Model ten widzieliśmy już podczas Międzynarodowych Targów Flotowych i Biznesowych w EXPO XXI, pod koniec 2017 roku, jeszcze w wersji koncepcyjnej. Za napęd SUV-a odpowiadają dwa silniki elektryczne. Ich połączone siły dostarczą kierowcy 295 kW i 696 Nm maksymalnego momentu obrotowego. I-Pace otrzymał napęd na cztery koła.
Pierwsza setka pojawi się po 4,5 s, akumulatory mają 90 kWh pojemności, co zapewnia zasięg na jednym ładowaniu 475 km. Baterie litowo-jonowe do 80 proc. naładujemy w 85 minut przy użyciu ładowarki 50 kW lub w 40 minut, jeżeli wykorzystamy mocniejszą ładowarkę 100 kW. Ze zwykłego gniazdka 230V naładowanie baterii ma zająć ponad 10 godzin.
TESLA X – przedstawiciel amerykańskiego koncernu, którego właścicielem jest wizjoner i milioner Elon Musk. Aktualnie prezes koncernu ma wiele pomysłów na przyszłość, ale otwarcie mówi, że kolonizacja Marsa to pieśń kilku najbliższych lat. Można wierzyć albo nie, ale produkcja najmniejszej (budżetowej) Tesli3 kuleje, co otwarcie potwierdził Musk. Przyznał się też do błędu tj. robotyzacji taśmy produkcyjnej do niebotycznych rozmiarów.
Tesla Model X jest oferowana w dwóch wersjach: 90D oraz P90D. Pierwsza z nich, ma osiągać 100 km/h w 4,8 s. Zasięg w tej odmianie ma wynosić 413 km. Druga, mocniejsza odmiana wyposażona w Ludicrous Speed Package jest w stanie osiągnąć 100 km/h w 3,8 s, zasięg 402 km.
Doskonałe osiągi Modelu X to zasługa dwóch bardzo mocnych silników elektrycznych. Na przednią oś trafia 194 kW, a na tylną 375 kW.
TESLA P100D – topowa odmiana amerykańskiej firmy, przyspiesza do setki prawie tak szybko jak Ferrari LaFerrari - w 2,5 s, co czyni ją najszybszym produkcyjnym, ale nielimitowanym samochodem na świecie. Ferrari LaFerrari i Porsche 918 przyspieszają niemal identycznie, ale zostały wyprzedane na pniu. Z kolei Bugatti Chiron, jeden z najszybszych bolidów dopuszczonych do ruchu drogowego nie podaje takich danych – tu producent chełpi się osiągnięciem 400 km/h w czasie 32,6 s. To wystarczy aby limitowana produkcja została wyprzedana zaledwie 500 egzemplarzach.
W przypadku Tesli Liczba 100 oznacza pojemność baterii. 100 kWh pozwoli przejechać na jednym ładowaniu 315 mil (ok. 500 km w teście EPA). Najmocniejsza Tesla w trybie Ludiccrous (pol. śmeszny, niedorzeczny) katapultuje do pierwszej setki w 2,5 s!
Nowy Nissan Leaf – ang. Leading Environmentally Friendly Affordable Family Vehicle; całkowicie elektryczny kompakt, który zrewolucjonizował Europę. Do tej pory zrealizowano już 19 tys. zamówień na nowy model. Zasięg nowego modelu, z bateriami litowo-jonowymi 40 kWh (LiMn2O4 firmy Automotive Energy Supply Corp.) wynosi obecnie 378 km, a wg standardów amerykańskich 240 km. Do 80 proc. pojemności naładujemy ten kompakt w ciągu 40 min, zaś z gniazdka 230 V (moc do 8 kW) 8 godz. Moc silnika elektrycznego 110,3 kW (silnik elektryczny synchroniczny z magnesami stałymi EM57), moment obrotowy 320 Nm, prędkość max 144 km/h, poj. bagażnika 377 l, przyspieszenie od 0-100 km/h 11,0 s.
Volkswagen Passat GTE - hybrydowa wersja Volkswagena "z wtyczką". Napędzany dwoma silnikami Passat GTE osiąga moc systemową 218 KM, dzięki współpracy motoru benzynowego 1.4 TSI 156 KM oraz elektrycznego 85 kW. Całkowita moc systemu napędowego odpowiada wersji 2.0 TSI 220 KM.
W trybie wyłącznie elektrycznym Passat GTE jest w stanie pokonać dystans do 50 km. Czas ładowania z sieci 230 woltów wynosi 4 godziny i 15 minut, a z sieci o napięciu 360 V (za pomocą tzw. Wallboxa) tylko 2 godziny i 30 minut. Hybryda plug-in ma bardzo dobre osiągi, przyspieszenie 7,4 s, prędkość maksymalna 224 km/h, skrzynia automatyczna DSG. Producent podaje zasięg w pełni zatankowanego i naładowanego samochodu na poziomie ponad 1100 km. Średnie zużycie paliwa ma wynosić ok. 4,5 l/100 km.
I.D. R Pikes Peak – totalna nowość przygotowana przez Volkswagena na „Wyścig w chmurach”. Volkswagen I.D. R Pikes Peak rozpoczyna walkę o prymat w dziale samochodów elektrycznych, rzuca wyzwanie TESLI.
Łączna moc jego dwóch silników elektrycznych wynosi 500 kW, moment obrotowy 650 Nm, a bolid z kierowcą waży mniej niż 1100 kg. Ekstremalny wyścig w Colorado Springs odbędzie się 24 czerwca br. Volkswagen chce pobić rekord dla aut elektrycznych, który wynosi 8 minut i 57,118 s. Dodajmy tylko, że katapultowanie do pierwszej setki trwa jedynie 2,25 s, to wartość lepsza niż w wypadku bolidów Formuły 1 i Formuły E. I.D., jak również zwycięzcy Le Mans Audi R18 e-tron.
BMW-i8 - superauto, usportowione BMW i8 jest hybrydą typu plug-in, której baterię można doładować korzystając ze standardowego gniazdka elektrycznego 230 woltów. Napęd to motor elektryczny (napędza koła przednie) oraz benzynowy (napędza koła tylne). Jednostka iskrowa, to trzycylindrowy motor z turbodoładowaniem o pojemności 1,5- litra. Moc systemowa wynosi 326 KM (najnowsza wersja dysponuje już mocą 374 KM), a maksymalny moment obrotowy 320 Nm. Superauto katapultuje do pierwszej setki poniżej 4,4 sekundy. Producent podaje, że zasięg tego coupe to 600 km, a średnie zużycie paliwa wynosi tylko 2,1 litra na 100 km; dodajmy jeszcze zużycie energii 11,9 kWh/100 km.
To oczywiście dane papierowe, ale średnie zużycie paliwa w mieście nie przekracza 5,2 l/100 km (trasa 7,0-7,5 l/100 km). W trybie elektrycznym, z prędkością do 120 km/h superauto przejedzie ok. 37 km (po modyfikacjach 55 km). Aktualnie BMW i8, po modyfikacjach, dysponuje jeszcze lepszymi parametrami dynamicznymi, o czym z pewnością poinformują przedstawiciele giganta.
Silniki inne niż wszystkie - Mazda Skyactiv X – o tym silniku mówiło się od dawna, prace badawcze prowadziło kilka koncernów motoryzacyjnych, ale do tej pory tylko Mazda doprowadziła tę technologię do seryjnej produkcji. Chodzi o silnik spalający benzynę, ale pracujący jak wysokoprężny. Choć debiut rynkowy zaplanowano w roku przyszłym Pan Paweł Bednarski, Mazda Łysomice, już odbył testy w Portugalii.
Nowatorska jednostka posiada pojemność skokową 2,0- litra, moc 190 KM, bezpośredni wtrysk paliwa pod ciśnieniem 1000 barów, kompresor. Jednostka zasilana jest benzyną, choć pracuje według zasady diesla. Komorę spalania z charakterystycznym denkiem tłoka wypełnia bardzo uboga mieszanka paliwowo-powietrzna. Co ciekawe, jest ona niepalna do momentu wytworzenia w komorze spalania podciśnienia. To podciśnienie powstaje na skutek zapłonu świecą zapłonową zgromadzonej wokół niej małej ilości – tym razem - bogatszej mieszanki. Efekt ten nazwano procesem Fireball (ang. ognista kula).
Kolejna ciekawostka to b. wysoki stopień sprężania silnika Skyactiv-X 16:1, pomaga w tym wymieniony wcześniej kompresora. Inżynierowie Mazdy przekonują, że spalanie w takim silniku ma być o 30 proc. mniejsze w stosunku do porównywalnych silników spalinowych, a moment obrotowy także dostaje dodatkowe 30 proc. Nm. Dzięki tej konstrukcji znacząco maleje emisja NOx, która niemal zawsze stawiała problemy ekologom w tradycyjnych turbodieslach.
Mazda od dawna kroczy własną drogą, nie rozwija jednostek elektrycznych, ale ciągle modernizuje technologię Skyactiv. Pracujący już model silnika w technologii Skyactiv-X dowodzi, że klasyczne silniki poddane modernizacji nadal opierają się silnikom elektrycznym.
redakcja autoflesz.com