Samochody elektryczne
1800 Włoski fizyk Alessandro Volta konstruuje miedziano-cynkowe ogniwo galwaniczne.
1821 Michael Faraday odkrywa zjawisko indukcji elektromagnetycznej i demonstruje teoretyczne podstawy działania silnika elektrycznego.
1829 Węgier Ányos Jedlik opracowuje wczesną wersję silnika elektrycznego na prąd stały. Buduje też mały model pojazdu napędzanego nowym silnikiem.
1834 Kowal z Vermont w USA, Thomas Davenport, konstruuje model pojazdu napędzanego elektrycznie, poruszającego się po torze. W tym samym roku prof. Sibrandus Stratingh z Groningen w Holandii i jego asystent Christopher Becker tworzą mały pojazd elektryczny na kołach, zasilany za pomocą ogniw galwanicznych Volty (1). Kolejny prototyp tego rodzaju buduje w 1837 r. Szkot Robert Davidson.
1859 Francuski fizyk Gaston Planté (2) umieścił płytki przewodzące w rozcieńczonym kwasie siarkowym, co doprowadziło do powstania pierwszego akumulatora z możliwością ponownego ładowania. Akumulator wtórny działa na bazie ołowiowo-kwasowej i jest stosowany do dzisiaj.
1867 Na wystawie światowej w Paryżu austriacki wynalazca Franz Kravogl prezentuje rodzaj roweru napędzanego elektrycznie - konstrukcję potraktowano jednak tylko jako ciekawostkę.
1873 Powstaje pierwszy nowoczesny silnik elektryczny. Został wynaleziony przez przypadek, gdy Zénobe Gramme połączył uzwojenie dynama z oddzielnym źródłem prądu. Silnik elektryczny Gramme’a był pierwszym modelem używanym w przemyśle.
ok. 1880 Rozpoczyna się przemysłowa produkcja akumulatorów ołowiowych dających się ponownie ładować. Było to możliwe dzięki procedurze, którą stworzył Emile Alphonse Fauré. Pokrył on obie strony blachy ołowiowej pastą z proszku ołowiowego i kwasu siarkowego, uzyskując w ten sposób wysoką pojemność już po pierwszym naładowaniu.
1881 Francuz Gustave Trouvé konstruuje pierwszy pojazd elektryczny zasilany z akumulatora (3). Był trójkołowy, miał dwa silniki Siemensa i mógł rozpędzić się do 12 km/godz. Rok później podobny pojazd zbudowali Anglicy W. Ayrton i J. Perry - osiągał maksymalnie 14 km/godz. i był w stanie przejechać na bateriach aż 40 km. Energia elektryczna dostarczana była z akumulatora kwasowo-ołowiowego Plantégo.
1882 29 kwietnia, w Halensee na przedmieściach Berlina, wynalazca dr Ernst Werner von Siemens publicznie prezentuje pierwszy trolejbus na świecie - Elektromote.
1884 Thomas Parker demonstruje samochód elektryczny, który jako pierwszy trafił potem do masowej produkcji (4). Brytyjski inżynier był na tyle przekonany do swojego wynalazku, że podobno poruszał się nim na co dzień. Parker wykorzystuje do jazdy zaprojektowane przez siebie akumulatory o dużej pojemności.
1894 Inżynier mechanik Henry G. Morris i chemik Pedro G. Salom tworzą samochód elektryczny, konstrukcję występującą później w różnych wariantach jako Electrobat (5). Ma maksymalną prędkość 24 km/godz. i wykorzystuje akumulator kwasowo-ołowiowy. W 1895 r. rozpoczyna się jego produkcja, która osiąga masową, jak na tamte czasy, skalę.
1896 W celu przezwyciężenia ograniczeń zasięgu oraz braku infrastruktury służącej do ładowania akumulatorów, powstaje pomysł uruchomienia usługi wymiany baterii. Jako pierwsza wdraża to amerykańska firma Hartford Electric Light Company. Zgodnie z tą koncepcją, klient kupował samochód bez akumulatora - konieczne było natomiast zapłacenie za każdą wymianę na egzemplarz naładowany. Firma chwaliła się, że w tym systemie dostarczyła energii wystarczającej na przejechanie niemal 10 mln km.
1897 Na ulice Nowego Jorku trafiają pierwsze elektryczne taksówki na bazie konstrukcji Electrobat. Na początku XX w. po Nowym Jorku jeździło w sumie ok. 2 tys. elektrycznych taksówek, autobusów i ciężarówek produkowanych przez firmę Electric Vehicle Company. Firma nie przetrwała jednak zbyt długo. Przez złe zarządzanie i zbyt optymistyczne podejście do biznesu kilka lat później konieczne było zamknięcie interesu. A wraz z jego zamknięciem w słynnym mieście nastąpił powrót do… konnych zaprzęgów.
1899 Belg Camille Jenatzy przekracza samochodem elektrycznym barierę prędkości 100 km/godz. Jego pojazd, La Jamais Contente (6), miał aerodynamiczny kształt i przypominał bardziej rakietę niż auto.
1900-1912 Złota era pojazdów elektrycznych. Rekordowym rokiem dla elektromobili był 1912, w którym po drogach USA jeździło już aż 34 tys. tego typu aut. Od tego momentu liczba ta zaczęła jednak systematycznie maleć. Jeszcze w latach 20. samochody elektryczne stanowiły w Stanach Zjednoczonych 5% ogółu aut, ale potem pojazdy na benzynę całkowicie wyparły modele elektryczne.
1901 Pojawia się hybrydowy Lohner-Porsche Mixte. Nie okazał się jednak hitem. W pierwszym roku udało się sprzedać tylko pięć egzemplarzy, był to bowiem pojazd drogi, z bardzo skomplikowanym układem napędowym. Ostatecznie, pomimo licznych poprawek w toku produkcji, znaleziono nabywców tylko na jedenaście samochodów.
1913 Cadillac wprowadził rozruszniki elektryczne, skonstruowane dwa lata wcześniej przez amerykańskiego wynalazcę Charlesa Ketteringa. Uprościło to proces zapłonu silników… spalinowych. Ta innowacja oraz zastosowanie do silników spalinowych chłodnicy przyczyniły się do spadku popularności pojazdów elektrycznych. Następnie wynaleziono tłumik, dzięki czemu hałas wywoływany przez silniki spalinowe stał się bardziej znośny, powstało również wiele udoskonaleń technologii spalania benzyny.
1947 Przełomowym wydarzeniem w historii niemal zapomnianych już aut elektrycznych okazał się pierwszy tranzystor. Skonstruowano go w zakładach firmy telefonicznej Bell. Wykorzystując technologię tranzystora, powołano projekt budowy uniwersalnego samochodu elektrycznego Henney Kilowatt.
Współtwórcami tego modelu były firmy Henney Motor Company oraz producent baterii Exide. Henney Kilowatt (7) produkowano w dwóch wersjach - z obwodem 36-i 72-woltowym. Model "mocniejszy" osiągał prędkość 96 km/godz. i mógł być używany na jednym ładowaniu prawie przez godzinę. Produkcja tego samochodu trwała jednak tylko trzy lata (1958-1961) i wyniosła mniej niż sto egzemplarzy.
Główną przyczyną niskiej popularności Kilowatta była cena, ale niewątpliwie model ten przyczynił się, patrząc w dalszej perspektywie, do rozwoju współczesnych samochodów elektrycznych.
Lata 60. i 70. Pomimo dominacji benzyniaków co jakiś czas podejmowano w tych dekadach wysiłki badawcze i produkcyjne nakierowane na reanimację motoryzacji elektrycznej. Znanymi konstrukcjami z tego okresu są wozy firmy Battronic.
Pierwsza elektryczna półciężarówka Battronic pojawiła się w 1964 r. Osiągała prędkość 40 km/godz., miała zasięg 100 km i ładowność ponad tonę.
W latach 1973-1983 Battronic współpracował z General Electric przy produkcji 175 furgonetek przeznaczonych dla przemysłu usługowego oraz służących demonstrowaniu możliwości pojazdów zasilanych akumulatorami. W połowie lat 70. Battronic opracował i wyprodukował również ok. 20 autobusów pasażerskich.
1974 CitiCar firmy Sebring-Vanguard (8) zadebiutował na Sympozjum Pojazdów Elektrycznych w Waszyngtonie. Osiągał maksymalną prędkość ponad 50 km/godz., a zasięg wynosił powyżej 60 km. Do klientów w ciągu trzech lat trafiło ok. 2 tys. egzemplarzy tego auta. W 1975 r. firma stała się nawet szóstym co do wielkości producentem samochodów w Stanach Zjednoczonych, ale kilka lat później już nie istniała.
1979-1991 W 1979 r. John Goodenough demonstruje prototypowy akumulator Li-Ion, używający ogniwa z elektrodą litowo-tlenowo-kobaltową, a francuski badacz Rachid Yazami odkrywa grafitową anodę. Ok. 1985 r. Akira Yoshino opracowuje w Japonii litową baterię wtórną, którą SONY wprowadza na rynek w roku 1991. Materiałem katody był w niej LiCoO₂.
Lata 80. W USA, czyli na rynku, który nadaje ton całemu światu, odradzają się pojazdy elektryczne. Staje się to dzięki preferencyjnej polityce podatkowej w tej dziedzinie, a do tego pojazdy z tego typu napędem zostały uznane przez California Air Resources Board (CARB) za nieemitujące zanieczyszczeń (ZEV - zero emission vehicle).
CARB ustanowił nawet początkowo minimalną liczbę aut z napędem elektrycznym, jakie mają być produkowane rocznie, jednak rozporządzenie to zostało zawieszone z powodu skarg producentów aut, którzy uważali, iż ograniczenia tego typu są nieuzasadnione ekonomicznie, ze względu na nieduże zapotrzebowanie konsumentów. Producenci zdążyli jednak wyprodukować w następnej dekadzie kilka samochodów dostosowanych do nowych przepisów, takich jak GM EV1, Honda EV Plus czy Toyota RAV4 EV.
Lata 90. Inżynierowie General Motors - jedni z pierwszych, którzy na poważnie zaczęli myśleć o samochodach elektrycznych - prezentują koncepcyjny model GM Impact. Nieco później do produkcji trafia ostateczny owoc ich pracy, czyli General Motors EV1 (9). Samochód wykazywał się dobrymi osiągami. Był w stanie rozwinąć prędkość 129 km/godz. i pokonać na jednym ładowaniu ok. 257 km, co pozwalało już na dość komfortowe podróżowanie poza miastem.
GM, podobnie jak niektórzy inni producenci, nie pozwalał jednak swoim klientom kupować modelu EV1 na własność. Samochód - obecny na rynku w liczbie nieco ponad tysiąca sztuk i sprzedawany od roku 1996 do 1999 - był dostępny jedynie w leasingu i tylko w wybranych stanach USA.
Historia EV1 zakończyła się w atmosferze skandalu. GM nie tylko nie pozwolił klientom wykupić swoich samochodów, ale w 2003 r. usunął z rynku wszystkie istniejące sztuki, z czego większość zezłomowano, a część przekazano do muzeów, z unieruchomionym układem napędowym. Wyjaśnieniem tej dziwnej polityki producenta okazało się to, że model EV1 był jednym z pojazdów wprowadzonych w tym okresie na rynek ze względu na kalifornijskie regulacje związane z ochroną jakości powietrza oraz konieczność posiadania w firmowej ofercie elektryka. Swoje elektryczne samochody na podobnych zasadach oferowały m.in. Honda, Nissan czy Toyota.
2008 Premiera sportowego auta elektrycznego Tesla Roadster (10). Był to pierwszy seryjnie produkowany samochód, który używał ogniw litowo-jonowych. Jego przyspieszenie do "setki" wynosiło poniżej 4 sekund, prędkość maksymalna 210 km/godz., a - co najważniejsze - na jednym ładowaniu dawało się przejechać 354 km. Konstrukcja, stworzona przy współpracy z Lotusem, okazała się prawdziwą rewolucją na rynku i rozpoczęła wielką karierę amerykańskiej firmy Tesla Motors. Sprawiła również, że motoryzacja elektryczna zaczęła się na dobre rozwijać.
2009 Premiera samochodu, który jest obecnie najpopularniejszym autem elektrycznym na świecie - Nissana Leaf (11). Auto nie grzeszyło ani pięknym wyglądem, ani zbyt wielkim zasięgiem, ale było sprzedawane po rozsądnej cenie. Gdy w 2010 r. zaprezentowano Nissana Leaf z zasięgiem 200 km w cenie ok. 30 tys. euro za egzemplarz, to - w połączeniu z wprowadzonymi przez wiele krajów ekologicznymi dopłatami i ulgami dla posiadaczy - elektrycznymi Nissanami zainteresowało się wielu kierowców.
2012 Tesla Motors prezentuje swój drugi samochód, który sprawia, że auta elektryczne przestają być dziwnym wynalazkiem i zaczynają być pełnoprawnymi konkurentami dla spalinowych rywali. Model S znalazł się w segmencie E, klasie wyższej średniej, i trochę w tym segmencie namieszał. Wszystko dzięki temu, że prezentuje naprawdę imponujące osiągi.
Najmocniejsza wersja przyspiesza do 100 km/godz. w 3 sekundy, rozpędza się do 249 km/godz. i jest w stanie przejechać na jednym ładowaniu 509 km. Model S może zabrać w podróż aż siedem osób i to w wygodnych warunkach, mówimy bowiem o przestronnej limuzynie, której szerokość bardziej pasowałaby do segmentu F, czyli aut luksusowych, takich jak Audi A8, Mercedes Klasy S czy BMW serii 7. Wszystkie te zalety sprawiły, że auto od chwili premiery znalazło już naprawdę rzesze zadowolonych klientów - mimo ceny 70 tys. dolarów (ok. 276 tys. zł) za najsłabszą wersję.
2017 Toyota ogłasza, że pracuje nad samochodem elektrycznym zasilanym nowym rodzajem baterii, który znacząco zwiększy zasięg pojazdu i ograniczy czas ładowania do kilku minut. Zastąpić ma stosowane obecnie najczęściej baterie litowo-jonowe; wersje z elektrolitami stałymi będą bowiem bezpieczniejsze i wydajniejsze. Toyota zamierza wprowadzić nowy typ samochodu najpierw w Japonii. Wejście na rynek jest jednak zaplanowane dopiero na 2022 r. Nad podobnymi rozwiązaniami pracują także inni producenci - np. BMW przewiduje, że na komercjalizację własnych baterii nowego typu będzie potrzebował dziesięć lat.
Klasyfikacja samochodów elektrycznych
Typy aut elektrycznych
BEV - Battery Electric Vehicle. Pojazdy typu BEV są zasilane wyłącznie akumulatorem, nie powodując emisji szkodliwych substancji. Ich zasięg wynosi od 120 do 200 km, świetnie sprawdzają się więc w miastach, na krótkich i średniej długości trasach, gdy użytkownik ma możliwość regularnego parkowania i ładowania.
REEV - Range Extended Electric Vehicle. Dodatkowym wyposażeniem pojazdów typu REEV jest drugi silnik – spalinowy. W razie potrzeby może on wytworzyć energię konieczną do naładowania akumulatora zapewniającego napęd elektryczny. Dzięki temu zasięg może zostać wydłużony do 300-500 km. To rozwiązanie dla użytkowników pokonujących krótkie odcinki, a okresowo wyruszających w dłuższe trasy.
PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicle. W przypadku pojazdów typu PHEV Plug-in Hybrid silniki elektryczny i spalinowy pracują równolegle. Zasięg samochodów hybrydowych sięga 500-1000 km, czyniąc z nich idealny środek transportu dla użytkowników regularnie pokonujących długie trasy. Ponieważ na odcinkach do 80 km hybrydy mogą poruszać się wyłącznie przy pomocy napędu elektrycznego, umożliwia to znaczne ograniczenie łącznego zużycia paliwa.
Metody ładowania samochodów elektrycznych
Każdy pojazd elektryczny oraz wiele hybryd ma wbudowaną pokładową ładowarkę. To od jej parametrów zależy, jak szybko dostarczymy do auta niezbędnej energii. Ładowarka pokładowa konwertuje standardowe jednofazowe napięcie zmienne 230 V (lub trójfazowe 400 V) do takiego, które zaakceptuje bateria samochodu. Ze względów bezpieczeństwa ładowarka ogranicza maksymalną moc ładowania i dopasowuje ją do poziomu akceptowalnego przez pojazd. Przyjrzyjmy się dwóm stosowanym metodom ładowania.
Ładowanie prądem zmiennym AC. W pojazdach najczęściej montowane są ładowarki o mocy 3,6 kW - np. Nissan Leaf do modelu 2015, Mitsubishi iMiev, Peugeot iOn, Citroën C-Zero, Saxo i Berlingo czy Smart Electric. Nowsze konstrukcje aut elektrycznych - np. Nissan Leaf 2016, Ford Focus czy też BMW i3 - mają już ładowarki o mocach sięgających 6 kW. W Tesli czy w Renault Zoe z sieci trójfazowej AC możemy pobrać nawet do 44 kW/3×63 A. Patrząc od strony pojazdu, w gniazdach ładowania prądem zmiennym spotykamy trzy standardy wbudowanych wtyków:
- Type 1, system Yazaki;
- Type 2, system Mennekes;
- Type 3.
Niestety, nie wprowadzono jednego obowiązującego standardu, co powoduje, że każdy użytkownik samochodu elektrycznego musi być wyposażony w odpowiednie kable połączeniowe.
Od strony instalacji elektrycznej ładowanie prądem zmiennym AC umożliwia:
- instalacja jednofazowa, maksymalnie do 3,6 kW;
- instalacja dwufazowa, maksymalnie do 6,6 kW;
- instalacja trójfazowa, maksymalnie do 44 kW.
Ładowanie poprzez stację/terminal szybkiego ładowania prądem stałym DC. Jest to obecnie najszybszy sposób ładowania pojazdu elektrycznego - moce dochodzą tu do 150 kW. Właściciel pojazdu elektrycznego nie musi mieć dodatkowych kabli, gdyż znajdzie je w każdej stacji.
Wybierając jednak konkretną lokalizację, należy sprawdzić, czy stację wyposażono we wtyczkę pasującą do naszego samochodu. Auto ładuje się przy pomocy wbudowanego w pojazd gniazda jednego z typów: CHAdeMO lub CCS/Combo. Czas ładowania spada w takim miejscu do kilkunastu minut i nie jest ściśle zależny od ładowarki wbudowanej w dany model samochodu.
Przewód ładowania służy do dostarczania energii do baterii samochodu. Są dwa rodzaje przewodów - te będące na wyposażeniu auta (np. do ładowania z ładowarek ściennych, tzw. wallboxów) oraz te, w które wyposażone są stacje szybkiego ładowania prądem stałym (np. stacje combo 50 kW DC).
Mirosław Usidus
Zobacz także:
Najsłynniejsze samochody koncepcyjne
Autonomiczne samochody - między bezpieczeństwem a wolnością
Samochody na baterie
