Trendy technologiczne w elektromobilności: Oto, co zmieni się w pojazdach elektrycznych w 2023 roku

Na pierwszy rzut oka napęd elektryczny wydaje się mniej skomplikowany niż silnik spalinowy. W pierwszej chwili wydaje się to słuszne, ponieważ nie jest potrzebna skomplikowana technologia silnika i skrzyni biegów. Oczywiście można również zrezygnować z oczyszczania spalin. Z drugiej strony, elektryczny układ napędowy zawiera skomplikowaną elektronikę mocy oraz równie skomplikowane zarządzanie ładowaniem i nagrzewaniem.

Istnieją różne sposoby realizacji silnika elektrycznego i elektroniki mocy: oddzielnie lub w zespole. W celu obniżenia kosztów wielu producentów samochodów stawia na kompletne jednostki napędowe. Oprócz silnika elektrycznego (400-800 V) i elektroniki mocy zawierają również jedno- lub dwubiegową przekładnię. W sektorze pojazdów użytkowych nawet układy hamulcowe wraz z funkcją rekuperacji są niekiedy częścią jednostki napędowej, czyli kompletnej osi elektrycznej. Zwłaszcza w samochodach sportowych stosuje się jeden silnik elektryczny na oś, tworząc pojazd z napędem na wszystkie koła. Zaleta: Elektronika może sterować niezależnie silnikami w zależności od obciążenia, warunków jazdy i otoczenia, a tym samym precyzyjnie rozdzielać momenty obrotowe (na poszczególne koła > torque vectoring). Zwykle w osi napędowej stosowane są wzbudzone trwale silniki synchroniczne. W wersjach z napędem na wszystkie koła wspomaga je silnik asynchroniczny. Nowe technologie, takie jak półprzewodniki z węglika krzemu czy specjalne uzwojenie typu hairpin na stojanie, poprawiają osiągi silnika.

Obok redukcji masy i kosztów, decydującym czynnikiem w akumulatorach jest gęstość energii. W tej chwili najczęściej stosowane są akumulatory litowo-jonowe. Technologia ta jest dojrzała, żywotność jest dobra, a akumulatory działają bezpiecznie i niezawodnie. Ale są też minusy: Akumulatory litowo-jonowe są dosyć ciężkie, a czas ładowania stosunkowo długi. Technologie szybkiego ładowania muszą się jeszcze rozpowszechnić, co zależy również od wydajności infrastruktury sieciowej. Koszty są również stosunkowo wysokie. Będą się one jednak zmniejszać poprzez zwiększanie produkcji. Ponadto baterie litowo-jonowe zawierają materiały, które mogą być szkodliwe dla środowiska, jeśli zostaną poddane niewłaściwemu recyklingowi. Ale również metody recyklingu są cały czas udoskonalane.

Obiecującą alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych są akumulatory półprzewodnikowe. Nie stosuje się w nich płynnych elektrolitów. Zaletą jest większa gęstość energii i większe bezpieczeństwo. Trwają również prace nad bateriami sodowo-jonowymi, cynkowo-powietrznymi. Ciekawa jest tzw. bateria SALD (Spatial Atom Layer Deposition). Na bazie technologii litowo-jonowej stosowane są nanotechnologie. W przyszłości samochody elektryczne będą miały zasięg znacznie większy niż 1000 km. Czas ładowania będzie pięciokrotnie krótszy. W dziedzinie technologii akumulatorów dzieje się zatem bardzo dużo!

W połączeniu z systemem klimatyzacji pojazdu, samochody elektryczne posiadają zatem bardzo złożony i skomplikowany system zarządzania termicznego z kilkoma obwodami chłodzącymi i różnymi środkami chłodzącymi. Dlatego HELLA łączy obwody chłodzenia akumulatora, silnika elektrycznego i wnętrza pojazdu w jedną całość za pomocą tak zwanego Coolant Control Hub (CCH). Dzięki takiej centralizacji CCH zapewnia wyższą wydajność, krótsze czasy ładowania, a także większe zasięgi. Pozwala to na lepsze rozłożenie energii termicznej.

W nowoczesnych samochodach elektrycznych do ogrzewania wnętrza i kondycjonowania akumulatorów wysokonapięciowych stosuje się elektryczne nagrzewnice niskiego lub wysokiego napięcia, powietrza lub wody. W przypadku nagrzewnicy powietrznej, której działanie jest podobne do suszarki do włosów, powietrze przepływa przez spirale grzewcze, które je ogrzewają. Stosowane są elementy grzejne PTC (Positive Temperature Coefficient). W przypadku nagrzewnicy wodnej, woda jest podgrzewana w obiegu – również elektrycznym – i w ten sposób ciepło oddawane jest do wnętrza pojazdu.

Bardziej efektywnym rozwiązaniem jest dodatkowe zastosowanie pompy ciepła. Podgrzewacz PTC jest stosowany tylko w razie konieczności dużego lub szybkiego dogrzania. Pompa ciepła pozyskuje energię cieplną nawet z zimnego powietrza zewnętrznego w zimie. Dzięki temu z jednej kilowatogodziny z ogniw akumulatorowych samochodu elektrycznego można wytworzyć nawet trzy kilowatogodziny energii cieplnej. A można to zrobić jeszcze skuteczniej: Silnik elektryczny i same akumulatory również wytwarzają ciepło, choć w niewielkim stopniu. To ciepło może być dodatkowo wykorzystane do ogrzewania wnętrz.

Specyfiką pojazdów elektrycznych jest oczywiście proces ładowania: Elektroniczny siłownik klapki ładowania (eLA) firmy HELLA ułatwia ładowanie. Za pomocą eLA można zintegrować dodatkowe indywidualne funkcje specjalne dla większego komfortu i bezpieczeństwa. Innowacyjne elementy świetlne wizualizują stan baterii, a także tryb ładowania. Dodatkowo istnieje pozytywny efekt uboczny samochodów elektrycznych: Nie emitują prawie żadnego hałasu. Może to jednak prowadzić do zagrożenia bezpieczeństwa pieszych i rowerzystów, zwłaszcza w środowisku miejskim. Pojazdów po prostu nie słychać. Dlatego AVAS (Acoustic Vehicle Alerting System) firmy HELLA zapewnia lepszą słyszalność na drodze przy niskich prędkościach. System ten symuluje odgłosy pracy silnika spalinowego. W ten sposób system AVAS przyczynia się do bezpieczeństwa na drodze.

Zasadniczo opony samochodów spalinowych i elektrycznych nie różnią się między sobą. Specyfikacje zawierają te same wymagania. Na przykład równie ważne są dobra przyczepność na mokrej nawierzchni i wysoka skuteczność hamowania. Można jednak sformułować cztery właściwości specyficzne dla pojazdów elektrycznych.

- niski poziom hałasu emitowany przez toczącą się oponę, sam pojazd elektryczny nie generuje prawie żadnego hałasu podczas jazdy -wysoka odporność na moment obrotowy i ścieranie. Bardzo wysoki niekiedy moment obrotowy występuje natychmiast i bezpośrednio -opór toczenia, im niższy tym większy zasięg -współczynnik nośności, czyli nośność opony, którą niektórzy producenci opon dostosowują ze względu na większą masę pojazdu

W samochodzie elektrycznym jest mniej elementów napędu, które wymagają regularnej kontroli i konserwacji. Nie ma również oleju silnikowego i przekładniowego, choć w elektrycznych jednostkach napędowych do smarowania i odprowadzania temperatury stosuje się oleje nieprzewodzące. Istotne jest jednak zarządzanie termiczne, które w przyszłości będzie główną kwestią w serwisach samochodowych. W przypadku serwisu samochodów elektrycznych eksperci mówią o nowej „wymianie oleju”, jeśli chodzi o przegląd systemu zarządzania termicznego i wymianę mediów chłodzących. Dodatkowo można przyjąć, że np. elementy podwozia takie jak łożyska czy amortyzatory podlegają większemu zużyciu. Samochody elektryczne są po prostu cięższe i czasem mają większą moc.

Aby opanować „elektryki”, pracownicy warsztatów samochodowych muszą przejść odpowiednie szkolenia. Aby mieć dopuszczenie do pracy przy pojazdach wyposażonych w instalację wysokiego napięcia, konieczne są różne kwalifikacje. HELLA oferuje w tym celu kompleksowe szkolenia. Do tego dochodzi odpowiednie wyposażenie warsztatu. Konieczny jest odpowiedni podnośnik, który musi podnieść większy ciężar. Również stanowisko pracy musi być wyposażone w odpowiednie środki bezpieczeństwa. W efekcie jednak pracy dla warsztatów samochodowych nie zabraknie. Wręcz przeciwnie: Czekają na nie nowe zadania „wysokiego napięcia”!