Budowa samochodu elektrycznego – jak działa auto na prąd?

Budowa samochodu elektrycznego – jak działa auto na prąd?

Chociaż samochody elektryczne powstają od ponad 100 lat, to dopiero od niedawna są stałym elementem motoryzacyjnego krajobrazu. Co ciekawe, podstawowa zasada ich działania jest taka sama jak aut benzynowych czy z diesli. Samochody na prąd nie mają jednak skomplikowanego silnika, tradycyjnej skrzyni biegów czy układu wydechowego. Mają za to akumulator, specjalny silnik elektryczny czy falownik. Zastanawiasz się, jak dokładnie działa pojazd na prąd i czym się różni od modeli spalinowych? Poznaj budowę samochodu elektrycznego.

Budowa samochodu elektrycznego – podzespoły auta na prąd

Podstawowa zasada działania samochodu elektrycznego jest taka sama jak auta spalinowego. Potrzebne są bowiem źródło energii, silnik i układ przeniesienia napędu. Budowa auta elektrycznego daje jednak konstruktorom większe pole do popisu.

Budowa samochodu elektrycznego – podzespoły auta na prąd

Akumulator


Akumulator, zwany potocznie baterią, to jeden z najważniejszych podzespołów. Jest odpowiednikiem zbiornika paliwa w samochodzie spalinowym. Magazynuje energię elektryczną. Generalna zasada brzmi: im jego pojemność (mierzona w kWh – kilowatogodzinach) jest większa, tym auto na prąd ma większy zasięg. Oczywiście, nie jest to jedyny czynnik wpływający na możliwy do pokonania dystans. Samochód z mniejszym akumulatorem może mieć większy zasięg od tego z większą baterią, co może wynikać z ogólnej masy, aerodynamiki, osiągów, a także stylu jazdy czy wpływu warunków atmosferycznych.

Dla przykładu – litowo-jonowy akumulator Jaguara I-PACE ma pojemność 90 kWh, co pozwala przejechać bez ładowania do 470 km w cyklu WLTP. Warto jednak pamiętać, że zasięg to nie wszystko. Akumulator wpływa na całą konstrukcję pojazdu.

Część aut hybrydowych i elektrycznych bazuje na modelach spalinowych. W związku z tym akumulator i pozostałe podzespoły muszą zostać dopasowane do już istniejącej struktury, zainstalowane pod kanapą czy w bagażniku. Ogranicza to przestrzeń i podnosi masę pojazdu.

Inaczej jest, gdy auto od początku projektuje się jako elektryczne. W takim przypadku akumulator może zostać wkomponowany w konstrukcję w sposób najbardziej efektywny. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie niskiej masy jak na pojazd na prąd. W związku z tym, że bateria znajduje się w podłodze, w kabinie i bagażniku jest dużo przestrzeni. Efektem może być też nisko położony środek ciężkości i sztywne nadwozie, co przekłada się na bardzo dobre prowadzenie.

Silniki elektryczne


Średnia sprawność cieplna silników spalinowych to 30-40%. Oznacza to, że pozostałe 60-70% energii z paliwa po prostu się marnuje.

Silniki elektryczne, które pobierają energię z akumulatora, pracują ze znacznie większą sprawnością. We wspomnianym Jaguarze I-PACE – na poziomie 97%. Maksymalny moment obrotowy jest dostępny praktycznie od razu po wciśnięciu pedału przyspieszenia, a moc jest rozwijana w sposób równomierny.

Jaguar I-PACE wykorzystuje dwa kompaktowe silniki synchroniczne z magnesami stałymi o mocy
200 KM i momencie obrotowym 348 Nm każdy.

Gniazdo ładowania


Gniazdo ładowania w samochodzie elektrycznym to odpowiednik wlewu paliwa. Podłącza się do niego wtyczkę. Przykładem jest gniazdo Combined Charging System (CCS) – złącze, które pozwala korzystać zarówno ze standardowych ładowarek prądu przemiennego AC, jak i szybkich ładowarek DC. Górna część gniazda to złącze typu 2 (standard przyjęty w Unii Europejskiej dla ładowania AC). Na dole znajdują się dwa dodatkowe piny, które w połączeniu z górnym portem umożliwiają podłączenie wtyczki DC.

Ładowarka pokładowa


Samochód elektryczny może być ładowany prądem stałym (DC, ze stacji szybkiego ładowania) lub przemiennym (AC, z domowego gniazdka lub tzw. Wallboksa). Akumulator potrzebuje prądu stałego. Jeśli auto jest ładowane prądem przemiennym, ładowarka pokładowa konwertuje go na stały i przesyła do akumulatora.

Falownik


Silnik elektryczny działa z kolei dzięki prądowi zmiennemu. W związku z tym między motorem a akumulatorem montowany jest falownik, który przekształca prąd stały (DC) z baterii na prąd zmienny (AC).

Jak działa samochód elektryczny?

Silnik, akumulator, falownik, ładowarka pokładowa, gniazdo – jak poszczególne elementy pojazdu na prąd ze sobą współpracują? Oto zasada działania samochodu elektrycznego krok po kroku:


  1. Podpięcie do źródła prądu – podłącz samochód do ładowarki AC (ładowarka domowa, stacja prądu przemiennego) lub DC (szybka ładowarka) dołączonym przewodem (drugi koniec umieść w gnieździe ładowania samochodu). Możesz także skorzystać z opcjonalnego przewodu umożliwiającego ładowanie z domowego gniazdka 230 V.

  2. Ładowanie akumulatora – w trakcie ładowania energia trafia do akumulatora po przetworzeniu jej na prąd stały przez ładowarkę pokładową (w przypadku podłączenia do źródła prądu przemiennego AC) lub bezpośrednio (przy ładowaniu DC). W Jaguarze I-PACE w pełni naładowany akumulator o pojemności 90 kWh pozwoli przejechać do 470 km.

  3. Jazda samochodem elektrycznym – akumulator naładowany? Świetnie, możesz ruszać w drogę. Co się dzieje w trakcie jazdy? Energia z akumulatora trafia do falownika, gdzie jest przekształcana na prąd przemienny. Następnie wędruje do silników elektrycznych, które wprawiają auto w ruch. W przypadku Jaguara I-PACE za napęd odpowiadają dwa motory o łącznej mocy 400 KM (każdy z nich ma po 200 KM) i bardzo wysokim momencie obrotowym 696 Nm (dwa razy po 348 Nm). Efektem jest przyspieszenie od 0 do 100 km/h w 4,8 s i doskonała elastyczność w całym zakresie prędkości.

  4. Odzyskiwanie energii w trakcie jazdy – akumulator może być doładowywany w trakcie podróży. Energia jest odzyskiwania dzięki hamowaniu rekuperacyjnemu (regeneracyjnemu). Wystarczy, że zmniejszysz nacisk na pedał przyspieszenia lub zaczniesz hamować, a energia kinetyczna zacznie być przetwarzana w elektryczną. W Jaguarze I-PACE w trybie wysokiego odzyskiwania energii możemy przez większość podróży korzystać tylko z pedału przyspieszenia. Po jego puszczeniu auto zacznie zwalniać z siłą do 0,4 G.

Jak działa samochód elektryczny?

Co najbardziej wpływa na cenę samochodu elektrycznego?

Samochody elektryczne mają znacznie prostszą konstrukcję w porównaniu z autami spalinowymi. Dlaczego więc nie są od nich tańsze? Jedną z przyczyn jest koszt akumulatorów, a raczej materiałów wykorzystywanych do produkcji ogniw. Potrzebne są do tego metale ziem rzadkich, których ceny są wysokie. Mowa tutaj chociażby o licie.

Koszt wytwarzania baterii (wyrażany na światowych rynkach jako cena za 1 kWh) ciągle spada. Jeszcze w 2013 r. wynosił 684 dol./kWh. W 2021 r. już tylko 132 dol./kWh*. Na cenę akumulatorów wpływają czynniki takie jak standaryzacja i efekt skali. Wraz ze wzrostem popularności aut na prąd będą spadać koszty ich produkcji.

Już obecnie stosowane rozwiązania sprawiają, że samochód elektryczny może być świetną inwestycją. Doskonałym przykładem jest Jaguar I-PACE, w którym zastosowano najnowocześniejsze technologie, dzięki czemu auto będzie konkurencyjne przez wiele lat. System chłodzenia cieczą, wymiennik ciepła, żel termiczny czy płyta izolacyjna gwarantują, że potencjał napędu i akumulatora będzie wykorzystywany w każdych warunkach. Warto jednocześnie pamiętać, że eksploatacja samochodu elektrycznego jest tańsza w porównaniu z autami spalinowymi, a nabywcy mogą liczyć na programy ulg i dopłat do zakupu aut BEV.

Budowa samochodu elektrycznego a bezpieczeństwo

Liczne badania, w tym te przeprowadzone przez najważniejsze organizacje na rynku motoryzacyjnym, takie jak Insurance Institute for Highway Safety i Euro CNAP, potwierdzają, że elektryki są bezpieczniejsze niż pojazdy spalinowe. Wysokie oceny w testach bezpieczeństwa to zasługa nie tylko nowoczesnych technologii, które ma do dyspozycji kierowca, ale też samej budowy samochodu elektrycznego. Istotną rolę w tym przypadku odgrywa chociażby akumulator umieszczony w podłodze, który wpływa na większą stabilność i odporność na uderzenia boczne, czy większa waga, która sprawia, że pasażerowie podczas ewentualne zderzenia są narażeni na działanie mniejszych sił.

Najczęściej zadawane pytania

OTWÓRZ

Czy samochodem elektrycznym jeździ się inaczej niż autem spalinowym?

Czym różni się serwis samochodu elektrycznego w porównaniu ze spalinowym?