V tomto článku si povieme niečo o technológiách moderných elektrických vozidiel. A s tým nám pomôže prvý elektromobil od spoločnosti Audi , ktorým koncern VW demonštroval vyspelé technológie budúcich elektromobilov – model Audi E-tron. O technických parametroch tohto e-SUV sa už popísalo tak veľa a kvalitne aj na slovenských stránkach, že ďalší technický popis by bol nosením „vody do mora“. Stačí “ťukúť “do vyhľadávača a nájdete všetko, napr. na oficiálnej stránke Audi !

  Málokto vie, ale autá s elektromotorom sa objavili pred automobilmi so spaľovacím motorom – už v roku 1841. A až do začiatku 20. storočia boli populárnejšie, ale potom podľahli konkurencii benzínu a nafty.

Teraz prebieha opačný proces, technológie batérií a elektromotorov sa vyvinuli do takej miery, že podľa prognóz odborníkov budú benzínové a naftové autá postupne v čoraz väčšej miere nahrádzané elektromobilmi. Určite ani potom z ciest nezmiznú, určite aj potom zostane pre autá s tradičnými spaľovacími motormi dostatok priestoru na ich zmysluplné využitie, ale proces postupného zvyšovania podielu bezemisných áut v doprave je zdá sa nezvratný.

Konštrukcia spaľovacieho motora

Spaľovacie motory prešli dlhou cestou. Konštrukcia spaľovacieho motora bola vylepšovaná počas viac ako sto rokov, takže je možné s istotou povedať, že akýkoľvek moderný spaľovací motor je technicky dokonalým zariadením. Účinnosť naftových motorov kolíše v rozmedzí 30 – 40%, zatiaľ čo benzínové motory majú zvyčajne 20 – 30% účinnosť. Avšak spaľovacie motory majú jednu vážnu nevýhodu. Sú energeticky neefektívne! Aká je  účinnosť elektromotorov? Nad 100%! Na prvý pohľad technický nezmysel, ale…. Ako je to možné a prečo je taký veľký rozdiel? Pozrime sa  na to.

Spaľovací motor má obmedzený rozsah prevádzkových otáčok s maximálnou účinnosťou v rozmedzí 2 – 4 000 ot./min. a pritom nedokáže plynulo akcelerovať, ani spomaliť. Preto, aby sme motoru pomohli, potrebujeme ďalšiu zložitú mechanickú štruktúru, ktorá zvyšuje, alebo znižuje rýchlosť otáčania – prevodovku. Spaľovacie motory skrátka nie sú šampiónmi v účinnosti, pretože je v nich toľko trecích plôch, že veľká časť vyrábanej expanznej energie sa stráca na prekonaní odporu utesnenia piestov, v trení ložísk, spojky atď. Nehovoriac o nutnosti odviesť obrovskú časť tepelnej energie generovanej vznietením benzínu, alebo nafty, mimo bloku motora cez jeho chladenie a výfukové plyny. Okrem toho samotný spaľovací motor nevytvára priamy rotačný pohyb a jeho výstupný výkon neustále kolíše. Preto je k nemu  pridaný komplexný dynamický vyvažovací systém: jedná sa o kľukový mechanizmus, zotrvačník a ďalšie veci.

Na druhej strane je elektromotor dômyselne jednoduchý!

Konštrukcia elektromotora (asynchrónneho)

Akýkoľvek elektrický motor pracuje na princípoch elektromagnetizmu. Skladá sa iba z dvoch častí, ktoré sa navzájom ani nedotýkajú. Existuje statická časť nazývaná stator a rotujúca časť, nazývaná rotor. V skutočnosti napríklad v Audi E-tron vyzerá elektromotor takto:

Musíte len priviesť na motor striedavý prúd a ten sa začne otáčať. To je to, čo v aute potrebujeme!

 Ale krása elektromotora spočíva aj v tom, že rýchlosť otáčania môžete meniť jednoducho zmenou frekvencie striedavého prúdu. Vďaka tomu dostaneme rozsah prevádzkových otáčok od 0 do 18 tisíc ot./min s takmer konštantnou účinnosťou. Vďaka tomu sú EV neuveriteľne dynamické, pretože od začiatku máte plný výkon a fantastický krútiaci moment.  

Elektromotory získavajú energiu z batérií. Ale keďže batérie poskytujú jednosmerný prúd a motor beží na striedavý prúd, existuje mozog elektrického vozidla – invertor. Premieňa jednosmerný prúd na striedavý, pritom súčasne reguluje frekvenciu a výkon, a dokonca mení fázy, aby prinútil motor otáčať sa v opačnom smere. Dostaneme teda spiatočku, ktorá má, mimochodom, rovnakú silu ako predná rýchlosť.

Inými slovami, všetky tieto úlohy, ktoré v tradičných automobiloch rieši zložitý systém  prevodových stupňov, v elektrických vozidlách sú  priamo riadené invertorom.

Za úžasnou dynamikou a dobrým ovládaním moderných elektromobilov v mnohých ohľadoch stojí rýchly mozog, ktorým sa elektromobily na začiatku 20. storočia nemohli pochváliť. Vďaka tomu dosahujeme účinnosť elektromotora 90 – 95% pri kompaktnejších rozmeroch a s vysokou spoľahlivosťou! Jednoducho nie je čo pokaziť, netreba nič mazať ani čistiť.

 Audi E-Tron má dva motory (po jednom na prednej a zadnej náprave) s celkovým výkonom 230kW, alebo 300kW a krútiacim momentom 540, alebo 664 Nm.

Rekuperácia

Ako to, že účinnosť elektromobilov je vyššia ako 100%? Je to možné? Áno! Pretože elektromotor je schopný vrátiť až 70% spotrebovanej energie späť! Môže za to rekuperácia.

Faktom je, že ak mechanicky začnete otáčať rotor, vygeneruje sa tiež prúd, ktorý sa dá odoslať späť do batérie. Ukázalo sa, že ten istý elektromotor môže energiu jednak spotrebovávať, jednak generovať transformáciou kinetickej energie.

Spravidla platí, že v elektromobiloch, keď nestlačíte plyn, auto samo zapne rekuperáciu a spomalí, ale funguje to aj  pri dojazde bez zníženia rýchlosti.

 Audi  aby tento efekt zdokonalilo, urobilo pohodlné prepínače režimu rekuperácie na volante. Je to bežná prax (takmer všetky elektrické vozidlá používajú rekuperáciu), ale Audi zašlo ešte ďalej. V E-trone je regenerácia aktívna aj po stlačení brzdového pedála.

Brzdový pedál E-tron v skutočnosti nie je fyzicky spojený s brzdovými doštičkami. Pri stlačení pedálu stlačíte špeciálnu dosku, ktorá simuluje účinok odporu. V tomto okamihu sa meria úroveň tlaku. Ak je tlak nízky, brzdenie je robené iba rekuperáciou. Ak je tlak silný, riadiaci systém pochopí, že sa musí náhle a rýchlo zastaviť, potom systém pripojí aj mechanické brzdy.

Tento prístup nielenže dobije batériu, ale aj predĺži dojazd. A E-tron dokáže na jedno nabitie prejsť až 436 km, čo je vynikajúci ukazovateľ pre veľké, pohodlné SUV s pohonom 4WD! Taktiež systém  čo najviac šetrí brzdové kotúče, pretože sa takmer vôbec nepodieľajú na väčšine brzdných scenárov.

Príbeh o horách

O tom, ako Audi testovalo ich brzdový systém, existuje zaujímavá informácia. V USA má štát  Colorado známu cestu na Pikes Peak. Je natoľko kľukatá a navyše na veľmi strmom svahu, takže v určitej oblasti postavili drevený „check-point“. Na tomto kontrolnom stanovišti sa všetky autá idúce dolu zastavia a strážcovia merajú teplotu brzdových doštičiek. Pretože ďalej nasleduje strmý úsek a ak sú v tejto chvíli už platničky prehriate, potom brzdy pri ďalšom brzdení jednoducho zlyhajú.  

Ľudia preto iba stoja a čakajú, kým ich brzdové platničky fyzicky vychladnú. A najšetrnejší vodiči, ktorých teplota brzdových platničiek je nižšia ako 38 stupňov Celzia, dostanú ako darček cukrík. Kiež by to tak robili aj naši dopravní policajti: v dopravnej zápche ste netrúbili a ukázali smerovku, keď bolo treba  – daj si čokoládku!

Takže najteplejšie brzdové platničky zo všetkých áut E-Tron, ktoré sa testu zúčastnili, mali iba 11 stupňov Celzia, boli to iba 4 stupne nad teplotu povrchu zeme!

Kvapalinové chladenie

Napriek tomu môže byť prehriatie niektorých komponentov elektrických vozidiel stále problematické. Motor, aj batéria sa pri práci zahrejú. Všetko je ako v počítačoch, auto veľmi potrápite – začne sa prehrievať.

Preto sa v elektromobiloch používajú chladiace systémy. V Audi E-tron je veľmi pokročilý systém chladenia kvapalinou. Tento prístup nielen zvyšuje rozsah prevádzkových teplôt, ale aj urýchľuje nabíjanie. E-Tron má 95 kWh batériu a nabitie tejto batérie na 100% trvá iba 40 minút! Nabíjacia riadiaca jednotka auta totiž podporuje 150kW super rýchle nabíjanie! Už chýba len jedna maličkosť – začať masovo vyrábať takto výkonné DC nabíjacie stanice. U bežných AC nabíjacích staníc s výkonom 22 kW však bude nabíjanie trvať približne 4,5 hodiny.

Na záver

Nezabudnite však na príjemné bonusy z hľadiska úspor, aj keď to nemusí byť také dôležité, ak ste za auto zaplatili 80 000 Eur. No napriek tomu:

1. Elektrina je výrazne lacnejšia ako benzín a keď si zhruba spočítate náklady za nabíjanie z domácej zásuvky, dostanete sa na cenu asi 1,20 – 1,60 EUR za 100km jazdenia. Elektrické auto môžete koniec koncov nabíjať ako smartfón a nechať ho cez noc na domácej zásuvke.
2. Toto je najdôležitejšia položka! Nerád chodím na STK , EK a predtým na povinnú údržbu. Považujem to za nutné zlo, aj keď samozrejme vždy chcem mať auto technicky v poriadku. Ale pri elektromobiloch na to môžete myslieť menej často. Súčiastok a opotrebiteľných dielov je v plne elektrickom aute aspoň dvakrát menej. Žiadne oleje, filtre, tesnenia, žhaviče, EGR, katalizátory, rozvodné remene, výfuky,….V skutočnosti je potrebné meniť iba tlmiče  na podvozku, alebo batériu – ako napríklad v smartfónoch, no iba menej ako raz za 10 rokov. A samozrejme skontrolujte brzdy, ale aj ich životnosť bude dlhšia.

Elektromobil nemusí byť nutne z kategórie prémiových áut, ako tento technický skvost od AUDI. Ale možno práve takéto počiny posúvajú možnosti ľudstva ďalej aj pre tých , ktorým bude stačiť aj trochu menej luxusná značka.

Zdroj:
yandex