Samochody elektryczne znajdują się na marginesie sprzedaży, a do niedawna nie było ich wcale. Natomiast samochody napędzane silnikami spalinowymi sprzedawane są od dekad. Silniki spalinowe swą popularność jednak nie zawdzięczają swoim właściwościom. Ich główną zaletą jest ich paliwo, które cechuje wysoka gęstość magazynowania energii, czyli relatywnie niska masa i objętość, oraz możliwość łatwego i szybkiego tankowania. Poza tym, silniki spalinowe są drogie, skomplikowane oraz emitują szkodliwe spaliny, spalają drogie paliwo, którego ilość jest ograniczona. Odpowiedzią na te wszystkie problemy mogą okazać się samochody elektryczne.
Zasada działania
Zasada działania samochodów elektrycznych, często zwanych EV (z ang. Electric Vehicle) jest bardzo prosta. Energia elektryczna zmagazynowana w akumulatorach jest przekazywana do silnika elektrycznego, który może napędzać koła samochodu bezpośrednio lub przez zespół przekładni mechanicznych. Moment obrotowy silnika elektrycznego dostępny jest od zerowej prędkości obrotowej, w wyniku czego nie ma konieczności stosowania sprzęgła i cały układ napędowy może być bardzo prosty. Akumulatory samochodu ładowane są z zewnętrznego źródła zasilania, nawet domowego gniazdka elektrycznego. Występuje kilka rozwiązań napędu elektrycznego, które różnią się między sobą ilością silników elektrycznych, napędzanych kół oraz rodzajem lub brakiem przekładni mechanicznej.
Rodzaje napędów elektrycznych
Masowa produkcja samochodów elektrycznych jest wciąż przed nami, więc trudno w tej chwili zdecydować, który rodzaj napędu elektrycznego okaże się najlepszy. Rozwiązanie z indywidualnymi silnikami elektrycznymi dla dwóch lub czterech kół ma wiele zalet. Przede wszystkim, nie jest wymagana przekładnia mechaniczna, moc przekazywana jest bezpośrednio do kół z bardzo małymi stratami. Realizacja napędu na 4 koła jest również znacząco uproszczona, w porównaniu z samochodem wyposażonym w jeden silnik. Dodatkowymi korzyściami są lepsza trakcja dzięki wyeliminowaniu mechanizmu różnicowego oraz łatwe sterowanie momentem obrotowym każdego z kół (realizacja tzw. torque vectoring). Koncepcja ta wydaje się bardzo obiecująca, jednak posiada również wady. Główną i najbardziej oczywistą jest konieczność zastosowania dwóch lub czterech silników elektrycznych, choć koszt ten jest w pewnym stopniu zniwelowany brakiem przekładni. Drugą wadą może być wysoka masa nieresorowana, ale tylko w przypadku gdy silniki umieszczone są bezpośrednio w kołach.
W przypadku gdy do napędu samochodu elektrycznego zastosowany zostanie tylko jeden silnik elektryczny, układ napędowy staje się podobny do stosowanych w samochodach spalinowych, ale wciąż znacznie prostszy. Moment obrotowy silnika przekazywany jest do przekładni redukującej, skąd za pośrednictwem mechanizmu różnicowego trafia do dwóch kół.
Zalety i wady napędów elektrycznych
Koncepcja samochodu elektrycznego ma wiele zalet. Jedną i może najbardziej cenioną jest ich niski wpływ na środowisko, głównie dzięki zerowej emisji CO2 oraz gazów trujących jak tlenek węgla, tlenki azotu i węglowodory oraz sadzy. Co prawda, wynik ten nie przedstawia się tak korzystnie, gdy weźmie się pod uwagę zanieczyszczenia powstałe w wyniku wyprodukowania energii elektrycznej, którą samochód jest ładowany. Mimo wszystko, zamiana silnika spalinowego silnikiem elektrycznym niesie za sobą dodatkowe korzyści. Silnik elektryczny dysponuje momentem obrotowym dostępnym od zerowej prędkości obrotowej oraz jest bardzo cichy i generuje małe wibracje. Dodatkowo silnik ten w łatwy sposób może pełnić funkcję generatora energii elektryczne, np. ładując akumulatory w trakcie hamowania. Dzięki temu, samochody elektryczne bardzo dobrze sprawdzają się w zakorkowanych miastach, gdzie zanieczyszczenie wynikające ze spalin oraz hałas są problemami, a częste zatrzymywanie samochodu prowadzi do dużych strat energii.
Samochody elektryczne zazwyczaj są ciężkie ze względu na masę zastosowanych akumulatorów, co z pewnością ogranicza i zasięg i dynamikę. Z drugiej strony rozkład masy w samochodzie elektrycznym jest zupełnie inny niż w samochodzie napędzanym silnikiem spalinowym. Ciężkie akumulatory, zazwyczaj umieszczone są w podłodze samochodu. Osiąga się w ten sposób bardzo nisko umieszczony środek ciężkości i samochody te zazwyczaj bardzo dobrze się prowadzą.
Niestety, użytkowanie samochodu elektrycznego wiąże się z pewnymi niedogodnościami, w śród których największe to: krótki zasięg oraz długi czas ładowania. Obecne technologie akumulatorów nie pozwalają na natychmiastowe ładowanie. W zależności od źródła prądu oraz pojemności akumulatorów, ładowanie rozładowanych akumulatorów może trwać od 5 do 8 godzin i w najlepszych samochodach wystarczy na przejechanie do 350 km. Z tego powodu, samochody elektryczne nie nadają się do dalekich podróży. W przeciwieństwie do samochodów z silnikiem spalinowym, samochody elektryczne muszą zużywać dodatkową energię do ogrzewania kabiny samochodu, zmniejszając przebieg w zimnych warunkach. Również korzystanie z klimatyzacji skraca zasięg.
Finansowy aspekt użytkowania samochodu elektrycznego jest niejednoznaczny. Z jednej strony, samochód taki jest drogi, głównie przez zastosowane w nim akumulatory. Z drugiej strony, ładowanie akumulatorów jest nieporównywalnie tańsze od tankowania paliwa na stacji benzynowej. Dodatkowo koszty utrzymania samochodu elektrycznego są niższe ponieważ nie trzeba przeprowadzać w nim okresowej wymiany oleju, świec czy filtra powietrza. Koszt utrzymania samochodu elektrycznego może jednak ogromnie wzrosnąć gdy konieczna okaże się wymiana akumulatorów, a awaryjność tych elementów nie jest jeszcze powszechnie znana.
