Elektrické motory, ich potenciál a problémy s nabíjaním

Elektromotory nie sú vhodné iba do hračiek a električiek, ale ich uplatnenie v osobnej doprave naráža na niekoľko významných problémov. Automobilky majú pred sebou ešte stále úlohy týkajúce sa znižovania hmotnosti a zvyšovania efektivity.   “Vedeli ste, že prvý elektromobil bol verejnosti predstavený v roku 1881? A to, že prvopočiatky elektrických vozidiel nachádzame ešte skôr, […]

Erik Stríž
17. februára 2016
ecoMOTO, Elektrické motory, Odporúčané, Technológie

Elektromotory nie sú vhodné iba do hračiek a električiek, ale ich uplatnenie v osobnej doprave naráža na niekoľko významných problémov. Automobilky majú pred sebou ešte stále úlohy týkajúce sa znižovania hmotnosti a zvyšovania efektivity.

 
“Vedeli ste, že prvý elektromobil bol verejnosti predstavený v roku 1881? A to, že prvopočiatky elektrických vozidiel nachádzame ešte skôr, už v roku 1828? Odvtedy prešlo veľa desaťročí a zdá sa, že až dnes stojíme na prahu doby, kedy sa začíname dozvedať viac o ambíciách automobiliek o uplatňovanie elektrického pohonu.” takto som začal editoriál k prvému vydaniu magazínu Ecomoto a na tejto strane sa budem venovať pokračovaniu témy, ktorú som na tretej strane načrtol iba jedným odstavcom.
 
Elektrické motory skutočne nie sú žiadnou novinkou a ich využitie je oveľa širšie, ako by ste si mohli myslieť. Nachádzajú uplatnenie prakticky všade – sú v bytovom dome, kde poháňajú výťah, v hračkách, v automatických invalidných vozíkoch, v električkách, v kuchynských i medicínskych prístrojoch a prakticky v každej priemyselnej výrobe. Pri malých výkonoch a pre pohon malých zariadení (alebo naopak veľmi veľkých vozidiel) nie je s elektrickými motormi spojených veľa problémov, tie prichádzajú až pri ich použití v osobnej doprave.
Osobné automobily sú v porovnaní s trolejbusmi, vlakmi a električkami nepomerne menšie a ľahšie a navyše si musia so sebou niesť vlastný zdroj energie. Tieto dva faktory mali snáď najvýznamnejší vplyv na to, že sa elektromobilita začína prudšie rozvíjať až v týchto rokoch. Výkonnejšie elektrické motory sú totiž ťažké a potrebujú na svoj chod veľa energie. Automobilky preto stáli pred neľahkými úlohami, ako skĺbiť nízku hmotnosť, vyšší výkon a rozumnejší dojazd do jedného celku, ktorý by navyše vyzeral dobre, bol by bezpečný a trvácny.
Za vyššou hmotnosťou stojí predovšetkým samotná konštrukcia elektrického motora – v základnej podobe využíva cievku namotanú v rotujúcej časti (rotor) a permanentné magnety v púzdre (stator). Tieto magnety majú veľmi vysokú hmotnosť, preto sa v záujme jej znižovania permanentný magnet nahradil tým elektrickým. Je to v podstate kus kovu obmotaný cievkou, ktorý keď sa pripojí k napätiu a prúdu, tvorí vo svojom okolí magnetické pole. To je možné regulovaním napätia a prúdu ovládať a následne tak ovplyvňovať aj účinnosť celého motora.
 
Zaujímavou vlastnosťou elektrických motorov je spôsob, akým distribuujú krútiaci moment. Ak je elektromotor napojený na nominálne napätie a prúd, prakticky už od prvej otáčky poskytujú maximálny krútiaci moment. Tento detail, avšak veľmi zásadný, je významnou výhodou elektrických motorov v porovnaní s tými spaľovacími. Všetci dobre poznáme benzínové motory, ktoré je potrebné poriadne vytočiť, aby sme cítili ich účinok. Ani naftové motory nie sú odlišné, hoci dokážu maximálny krútiaci moment poskytnúť už pri nižších otáčkach.
 

Nabíjanie elektrických motorov a s tým spojené problémy

Nabíjanie elektromobilov je hotová veda. Dnes aj na Slovensku nájdete dva druhy nabíjacích staníc do 22kW/32A na striedavý prúd (AC) a nad 22kW/32A na jednosmerný prúd (DC).
 
Rozdiel medzi nimi je veľmi veľký, pretože stanice na striedavý prúd sú v skutočnosti iba prípojky a nie pravé nabíjacie stanice. Tých je na Slovensku najviac. Aby ich bolo možné použiť, je nevyhnutné, aby ste mali vo svojom elektromobile vstavanú nabíjačku – je to však štandardná výbava a tieto vnútorné nabíjačky sú označované napríklad 11kW/16A. To napovedá o technických parametroch vstavanej nabíjačky a o tom, ako rýchlo budete môcť dobiť batérie. Platí, že čím vyššie sú hodnoty kW a A, tým rýchlejšie je nabíjanie, zjednodušene napísané, prepustí sa tak viac prúdu. Napríklad taká Tesla Model S má štandardnú nabíjačku 11kW/16A, za príplatok ju môžete doplniť ešte o jednu rovnakú. Tak môže využívať plný potenciál aj domácej elektrickej zásuvky 32A. Naopak, taký ľudový elektromobil Volskwagen e-Up! má vstavanú nabíjačku iba 3,6 kW, takže aj keď vozidlo pripojíte k 20 kW nabíjacej stanici, nebudete môcť využiť jej potenciál.
 
Dôvod, prečo automobilky dávajú do svojich elektromobilov slabé vstavané nabíjačky, by sme mali hľadať v peniazoch. Silnejšie nabíjačky sú skrátka drahšie. Len pre porovnanie uvádzame vybrané elektromobily, ich najlepšie dostupné vstavané nabíjačky a dobu nabíjania na domácej elektrickej zásuvke typu 13A (tá bežná bytová na striedavý prúd):
 
VW e-Up! 18,7 kWh: 3,6 kW, 1-fázová, 8 hodín
Nissan Leaf 24kWh: 6,6 kW/32A, 1-fázová, 10 hodín
BMW i3 24 kWh:  7,4 kW/32A, 1-fázová, 8 hodín
Tesla Model S 85 kWh: 22 kW/32A, 3-fázová, 7,25 hodiny
Zdroj: teslaclub.sk, marec 2014
 
Oveľa výhodnejšie sú nabíjacie stanice na jednosmerný prúd, teda nad 22 kW. Tie s označením “rýchlonabíjačky” sú zvyčajne CHAdeMO (na Slovensku 15), Combo – CCS (Combined Charging System) a Tesla Supercharger. S nimi sa dá aj lacnejší elektromobil nabiť rýchlejšie, pretože sa obchádza jeho vstavaná nabíjačka a energia sa posiela rovno do batérie. Podobných rýchlonabíjacích staníc na jednosmerný prúd je v porovnaní s tými na striedavý nápadne menej.
 

Je to ako budovanie nového sveta

Ako môžete vidieť, elektromobilita je oveľa komplexnejšia téma, než iba výmena spaľovacieho motora za ten elektrický. Automobilky sa pri vývoji elektromobilov stretávajú s radom celkom nových problémov, veľkou výzvou je tiež súbežné budovanie infraštruktúry pre nový pohon. Preto by sa nemala verejná mienka uberať tým smerom, že automobilky zámerne brzdia vývoj; skôr by mala aj laická verejnosť pochopiť, že budovať nový svet jednoducho zaberie ešte nejaký čas.