Technický koutek

Vyznáte se v jednotlivých pojmech souvisejících s hybridními a elektrifikovanými vozidly? Víte, v jakých jednotkách se udává velikost baterie či nabíjecí výkon? Umíte stručně popsat, jak funguje elektromotor a jaké jsou rozdíly mezi ním a spalovacím motorem? Pokud nikoliv, je tu právě sekce „Technický koutek“.

POJMY A DEFINICE

HYBRIDNÍ VOZIDLA

• micro-hybrid (MHD) – pokročilejší systém start-stop, který má pouze 12V oběh a umí i za jízdy vypnout motor a plachtit, k pohonu kol je využíván výhradně spalovací motor, nikoliv elektřina; příkladem vozy se systémem e-HDI koncernu PSA
• mild-hybrid (MHEV) – 48V elektromotor pomáhá při rozjezdech a v případech vyšší potřeby energie spalovacímu motoru, využívá energii vzniklou při brzdění, též umí za jízdy vypnout motor a plachtit, výsledkem je snížení spotřeby paliva a tím i emisí o cca 10%, v budoucnosti budou pravděpodobně nově vyráběné vozy technicky vždy minimálně mild-hybridy; příkladem Škoda Octavia TSI e-TEC či Volkswagen Golf eTSI mHEV
• full-hybrid (HEV) – nejstarší a nejrozšířenější typ hybridu vyvinutý značkou Toyota před více než 20 lety, spalovací motor spolupracuje s elektromotorem a navzájem si pomáhají, několik km zvládne jízdu čistě na elektřinu, tedy lokálně bezemisně, díky rekuperaci energie při brzdění sníží zejména ve městech znatelně spotřebu paliva, příkladem vozy Toyota s motorem Hybrid Synergy Drive (HSD)
• plug-in hybrid (PHEV) – kombinace spalovacího motoru a elektromotoru disponujícího výrazně větší baterií, kterou je možno kromě rekuperace při brzdění dobíjet též z elektrické zásuvky či wallboxu, umí ujet až cca 60 km výhradně na elektřinu, tedy lokálně bezemisně, pokud se pravidelně dobíjí, může velmi výrazně snížit spotřebu paliva; příkladem Škoda Octavia či Superb 1,4 TSI PHEV iV

BATERIOVÝ ELEKTROMOBIL (BEV)

• vozidlo poháněné výlučně elektrickým pohonem, které má za zdroj energie akumulátor (výrazně větší než u plug-in hybridu), ten je dobíjen z elektrické zásuvky, wallboxu či veřejné dobíjecí stanice, na jeho velikosti závisí dojezdová vzdálenost vozu; příkladem Škoda Enyaq iV, Volkswagen ID.3 či Tesla model 3

VOZIDLO S VODÍKOVÝM PALIVOVÝM ČLÁNKEM

• vůz s vodíkovým palivovým článkem je též elektromobil, kde je elektromotor a akumulátor (o menší kapacitě než u bateriových elektrovozidel), jen je elektřina pro pohon auta získávána chemickou reakcí vodíku a kyslíku v palivovém článku, odpadním produktem této reakce je čistá voda; příkladem Hyundai Nexo či Toyota Mirai

WATTHODINA (Wh), resp. častěji udávaná Kilowatthodina (kWh)

• jednotka energie užívaná pro měření spotřeby elektřiny a pro vyjádření kapacity akumulátoru, jedna kilowatthodina odpovídá 1.000 watthodinám

Watt (W), resp. častěji užívaný Kilowatt (kW)

• jednotka výkonu, výkon o velikosti jednoho kilowattu odpovídá 1.000 wattům, v oblasti elektromobility udává výkon elektromotoru vozu a výkon nabíjecí stanice či palubní nabíječky vozu

JAK FUNGUJE ELEKTROMOTOR

Elektromotor je elektrický stroj, který mění mechanickou energii na elektrickou (elektrický generátor - např. větrná elektrárna) nebo elektrickou energii na mechanickou (např. elektromobil).
Dnešní elektromotor tvoří dvě části – stator a rotor. Stator je nepohyblivá vnější část, na které jsou upevněny cívky (vinutí) s magnetickým obvodem, magnety nebo elektromagnety. Pohyblivá část - rotor se otáčí uvnitř dutiny statoru. Rotor tvoří magnetický obvod, vinutí a hřídel. Elektrický motor je sestrojen tak, aby na sebe působila magnetická pole statoru a rotoru, což způsobí otáčení rotoru, který vytváří mechanickou energii na hřídeli.
U elektromobilu je jednotka elektrického pohonu umístěna přímo na nápravě a obsahuje elektromotor, který pracuje ve dvou režimech: jako motor spotřebovávající elektřinu z akumulátoru a jako generátor využívající principu rekuperace. Elektromotor pohání vozidlo, funguje jako motor a jako generátor pomáhá převádět mechanickou energii vznikající při brzdění na elektrickou energii. Mezi akumulátorem a elektromotorem je invertor, který převádí napětí akumulátoru na napětí potřebné k napájení elektromotoru, řídí rychlost a výkon elektromotoru za jízdy a ve fázi rekuperace energie a též obrací chod elektromotoru při jízdě vzad.

ELEKTROMOTOR VERSUS SPALOVACÍ MOTOR

Elektromotor a spalovací motor se liší v principu, v jakém přeměňují energii na mechanický pohyb. Zatímco benzinový nebo naftový motor využívá termodynamických jevů při spalování paliva, elektromotor funguje na základě elektromagnetických jevů. Ve spalovacím motoru pracuje mnoho komponentů, jako jsou válce, ventily a písty, srdcem elektromotoru je pouze rotor a stator. Díky tomu, že elektromotor zároveň funguje jako generátor, vzniká při brzdění elektromobilu energie, kterou se baterie dobíjí – toto nazýváme rekuperací.
Rozdíl je také v průběhu výkonu a točivého momentu. U spalovacího motoru roste výkon a točivý moment s otáčkami. U elektromotoru vzniká maximální točivý moment téměř okamžitě a postupem času klesá. Díky tomu má elektromobil skvělou dynamiku při rozjezdu. Toho je docíleno též tím, že elektromotor nepotřebuje převodovku se spojkou a u naprosté většiny elektrických aut stačí pro jakoukoliv rychlost pouze jeden převodový stupeň.
Velký rozdíl je v náročnosti na servis a náchylnosti k poruchám. Jedinou pohyblivou součástkou elektromotoru je rotor, kdežto ve spalovacím motoru jsou vysoké tlaky, tření a výrazněji je tedy opotřebováván. Výhodou elektromobilu je absence nutnosti výměny olejů či palivového filtru.

Z HISTORIE ELEKTROMOBILISMU

Vůz poháněný elektromotorem vznikl v roce 1835, tedy o cca 50 let dříve než vůz se spalovacím motorem. V počátcích soupeřily elektromobily spíše s vozidly poháněnými párou, až později s auty se spalovacím motorem. Automobily poháněné párou byly levné a relativně rychlé, ale potřebovaly delší dobu k ohřevu vody a během jízdy se musela voda doplňovat. Automobily se spalovacím motorem byly z počátku špinavější, měly problémy s řazením, hlukem i vibracemi a byly dražší než vozidla na páru. Startovaly se pomocí kliky, což bylo nepohodlné a náročné. Mohlo se s nimi ale cestovat přijatelnou rychlostí na delší vzdálenosti. Celá automobilová doprava stála na počátku svého vývoje v pozici, kdy nebylo zřejmé, který typ vozidla postupem času převládne.

Díky levné sériové výrobě Henryho Forda začaly spalovací automobily konkurovat elektromobilům. Tyto vozy stály jen asi polovinu ceny elektromobilu, navíc díky rozšíření těžby ropy na americkém kontinentu došlo ke snížení ceny benzínu. Klasický automobil se stal dostupným prakticky pro většinu obyvatel a elektromobily s těžkou olověnou baterií a malým dojezdem přestaly být konkurenceschopné. V průběhu 20. století došlo k nespočtu pokusů o znovuobnovení sériové výroby elektromobilů, avšak ve všech případech byly tyto snahy kvůli nízké ceně paliva a absenci řešení ekologického aspektu provozu auta se spalovacím motorem odsouzeny k neúspěchu.

Až na začátku 21. století došlo díky většímu akcentování dopadu provozu auta na životní prostředí k dalšímu rozvoji elektromobility. Od prvních modelů s velmi malým dojezdem a krátkou životností baterie jsme se díky technologickému pokroku a značným investicím dostali k dnešním modelům s již dostatečným dojezdem a pokročilým systémem řízení dobíjení baterie. Díky tomu dnes mohou výrobci poskytovat na akumulátory záruku 8 let či 160.000 km. Překotný vývoj technologií nás čeká i v budoucnosti. Je veden zejména snahou o nalezení levnější, lehčí a stabilnější baterie s rychlým dobíjením a dlouhou životností.

Text v této sekci připraven za přispění webů fdrive.cz a elektrina.cz.