- Elektryczne auta mają korzenie w XIX wieku, konkurując z benzyną i parą.
- Pierwszy samochód na parę, Dampfwagen Cugnota, miał ograniczony zasięg i nagrzewanie.
- Współczesne EV napędzane są silnikiem elektrycznym, dużą baterią trakcyjną, portem ładowania, bez spalin.
- Główne komponenty EV: bateria pomocnicza, port ładowania i przetwornik DC-DC.
Samochody elektryczne mają historię sięgającą XIX wieku. Aby zrozumieć, jak doszliśmy do takich pojazdów jak Tesla Model S i hybrydy Toyoty, warto spojrzeć wstecz na czas, kiedy benzyna, parowy i energia elektryczna rywalizowały o dominację na rodzącym się rynku motoryzacyjnym.
Na początku XX wieku głównym środkiem transportu był koń, jednak wraz ze wzrostem dochodów i postępem technologicznym ludzie eksperymentowali z nowymi środkami transportu. Wówczas benzyna, parowy i energia elektryczna były dostępne, każdy napędzał rynek tamtej epoki.
Pierwsze eksperymenty z pojazdami samobieżnymi
Technologia na parę była wówczas dobrze rozwinięta i powszechnie zauważana jako wiarygodna – parowa potwierdzała swoją przydatność w fabrykach, kopalniach, pociągach i na morzu. Zdawało się naturalne, że można budować mniejsze formy transportu wykorzystujące silniki parowe.
Niektóre pojazdy napędzane samobieżnie istniały już pod koniec XVIII wieku (parowa trójkołowa Nikolausa Ottona Cugnota), lecz ta technologia nie została naprawdę rozwinięta aż do końca XIX wieku. Dampfwagen Cugnota uznaje się za pierwszy na świecie samochód.
Jednak istniał poważny problem: silniki parowe wymagały długiego nagrzewania (około godziny) i miały ograniczony zasięg, a ponadto trzeba było je stale zaopatrywać w wodę. Te techniczne ograniczenia otworzyły drogę dla innych źródeł napędu.
Jak działa nowoczesny samochód elektryczny
Samochody elektryczne działają dzięki silnikowi elektrycznemu zamiast silnika spalinowego, jak w samochodach zasilanych benzyną. W większości pojazdów elektrycznych używany jest duży akumulator trakcyjny do zasilania silnika.
Ten akumulator ładowany jest poprzez podłączenie do stacji ładowania lub specjalnego gniazda domowego.
Ponieważ pojazdy elektryczne pracują na energii elektrycznej, nie mają spalin ani elementów takich jak pompa paliwa, przewód paliwowy, gaźnik, zbiornik paliwa czy inne części niezbędne w pojazdach zasilanych paliwem.
Główne komponenty pojazdu elektrycznego
Ogólnie rzecz biorąc, samochody elektryczne składają się z szeregu podstawowych elementów, z których każdy pełni określoną funkcję:
1. Bateria pomocnicza
W większości samochodów elektrycznych bateria pomocnicza dostarcza energię elektryczną do uruchomienia silnika i zasilania elektroniki pojazdu, np. zegarów. Ta bateria nie powinna być mylona z baterią główną – ma znacznie niższe napięcie (12V lub 24V) i zasila standardowe systemy pokładowe.
2. Port ładowania
Energia zgromadzona w baterii nie utrzymuje się wiecznie i musi być czasem doładowana. Tu właśnie pojawia się port ładowania, umożliwiający podłączenie pojazdu elektrycznego do zewnętrznego źródła zasilania. Istnieje wiele typów portów – od ładowania wolnego w domu po szybkie ładowanie DC.
3. Przetwornik DC-DC
Zwykle bateria główna ma wyższe napięcie niż inne komponenty pojazdu. Ten urządzenie przetwarza prąd stały o wyższym napięciu na niższe, bezpieczne dla systemów pokładowych – na przykład z 400V na 12V dla systemów pomocniczych.
4. Silnik trakcyjny elektryczny
Ponieważ pojazd musi się poruszać, potrzebny jest element konwertujący energię elektryczną na siłę obrotową, by napędzać koła. Tu pojawia się silnik trakcyjny – zwykle synchroniczny z magnesami trwałymi lub asynchroniczny.
Niektóre pojazdy mają także funkcję regeneracji energii podczas hamowania, dzięki czemu część energii traconej podczas hamowania wraca do akumulatora.
5. Ładowarka pokładowa
Ponieważ energia z zewnętrznych źródeł najczęściej pochodzi z prądu przemiennego, to urządzenie zamienia go na prąd stały do ładowania baterii. Służy także do monitorowania parametrów baterii, takich jak napięcie, prąd, temperatura i stan naładowania podczas ładowania.
6. Elektroniczny układ sterowania mocą
Urządzenie to zarządza przepływem energii elektrycznej dostarczanej do baterii i steruje prędkością silnika trakcyjnego. To elektroniczny odpowiednik ECU (Electronic Control Unit) stosowanego w autach spalinowych.
7. System chłodzenia
System ten utrzymuje odpowiednią temperaturę pracy silnika oraz innych komponentów. W przeciwieństwie do silników spalinowych silniki elektryczne generują znacznie mniej ciepła, lecz bateria wymaga aktywnego chłodzenia dla optymalnej wydajności.
8. Zestaw baterii trakcyjnych
To „zbiornik paliwa” pojazdu elektrycznego i źródło energii używanej do zasilania większości innych komponentów. Współczesne technologie najczęściej wykorzystują baterie litowo-jonowe o wysokiej gęstości energii.
9. Napęd elektryczny
To urządzenie przenosi moc mechaniczną z silnika trakcyjnego na koła pojazdu elektrycznego. W przeciwieństwie do tradycyjnych skrzyń biegów, napędy elektryczne zwykle mają tylko jedną redukcję bądź bardzo prosty układ przekładni.
Rozwój silników spalinowych: Otto, Diesel, Benz i Ford
Silnik czterosuwowy, powszechny także dziś, został zaprojektowany w 1862 roku przez Nikolausa Ottona, podczas gdy silnik diesla powstał w 1893 roku. Trochę później Karl Benz zaprojektował swój pierwszy pojazd w 1886 roku, a Ford Model T stał się pierwszym masowo produkowanym samochodem na początku XX wieku.
Mimo mocy i użyteczności silników spalinowych – zwłaszcza w porównaniu z parowymi – napotykały pewne problemy. Nie były łatwe w prowadzeniu, wymagając dużego wysiłku przy zmianie biegów i uruchamianiu. Były bardzo mocne, a emisje spalin budziły kontrowersje.
Zawsze istniała jedna alternatywa: samochód elektryczny. Był cichy, łatwy w obsłudze i nie emitował szkodliwych zanieczyszczeń. Dlatego samochody elektryczne były i pozostają nowoczesną alternatywą dla spalinowych i parowych.
Pierwsze praktyczne samochody elektryczne
Jednym z pierwszych praktycznych samochodów była konstrukcja brytyjskiego wynalazcy Thomasa Parkera z około 1884 roku, a w 1888 roku powstał w Niemczech Flocken Elektrowagen.
Niestety, drogi poza miastem były wówczas bardzo złe, co utrudniało jazdę poza terenem miejskim.
Wtedy producenci widzieli potencjał w autach elektrycznych i zaczęli je testować. Znanym przykładem był Ferdinand Porsche, założyciel Porsche, który rozwinął słynny P1 w 1898 roku.
Thomas Edison odcisnął swoje piętno na konstrukcji samochodów elektrycznych, wierząc w ich wyższość nad innymi pojazdami i pracując nad udoskonaleniem baterii. Henry Ford, będąc przyjacielem Edisona, współpracował z nim w około 1914 roku, aby znaleźć opcje dla samochodów elektrycznych i obniżyć ich cenę.
Upadek samochodów elektrycznych
Wydaje się, że model T Forda był produkowany masowo i był prawie trzy razy tańszy od innych samochodów elektrycznych dostępnych na rynku. W 1912 roku Model T kosztował około 650 dolarów, podczas gdy inne pojazdy osiągały cenę około 1750 dolarów.
Samochody elektryczne otrzymały silny cios, gdy systemy drogowe zostały udoskonalone, a naftowe złoża zostały szeroko odkryte.
Te czynniki, i nie tylko, doprowadziły do spadku udziału samochodów elektrycznych na rynku i praktycznie ich zniknięcia w okolicach 1935 roku. Walka zdawała się być wygrana przez pojazdy z paliwami na kolejnych 30 lat, aż do kryzysu naftowego w latach 70.
Kto wyprodukował pierwszy samochód elektryczny w historii
Podobnie jak w przypadku pojazdów spalinowych, nie było jednego wynalazcy pierwszych aut elektrycznych. Początki i rozwój trzeba traktować jako serię odkryć i wynalazków, które ostatecznie połączyły się w dzisiejszy samochód elektryczny.
Odkrycie energii elektrycznej i akumulatora wielokrotnego ładowania stało się fundamentem budowy samochodu elektrycznego.
Anyos Jedlik, węgierski wynalazca, opracował silnik elektryczny w 1828 roku. Korzystając z tej nowej wynalazku, opracował także demonstracyjny pojazd wykorzystujący energię elektryczną jako środek transportu.
Niespełna później, w 1834 roku Vermont czteryli, kowal z Vermont, Thomas Davenport, zbudował kolejny model pojazdu elektrycznego, który mógł poruszać się po elektrycznej ścieżce.
Ilekroć były to imponujące postępy, brakowało im źródeł energii do ponownego ładowania i miały ograniczoną użyteczność transportową. Świat musiał poczekać do 1859 roku, gdy francuski fizyk Gaston Planté wynalazł baterię ołowianą.
Technologia była dalej ulepszana przez kolejnego Francuza, Camille Alphonse Faure, który w 1881 roku znacznie zwiększył pojemność baterii, co doprowadziło do masowej produkcji baterii.
Kronologia wynalezienia samochodów elektrycznych
Jak widzimy, tworzenie samochodu elektrycznego było bardziej serią wydarzeń niż jednym konkretnym momentem. Istnieje kilka pretendentów do miana pierwszych samochodów elektrycznych, w zależności od definicji pojazdu elektrycznego.
Pierwsze prototypy (1834-1867)
Interesujące postępy w elektrycznych pojazdach miały miejsce w 1834 roku, gdy profesor Sibrandus Stratingh z Groningen w Holandii wspólnie z asystentem stworzył mały pojazd elektryczny zasilany suchymi ogniwami. Niestety Stratingh nie mógł rozwinąć maszyny dalej, ponieważ zmarł niedługo po wynalazku, w 1841 roku.
Później, w 1867 roku, austriacki wynalazca Franz Kravogl zaprezentował swój prototyp dwukołowego pojazdu z silnikiem elektrycznym na Wystawie Światowej w Paryżu. Nie był on jednak wystarczająco wiarygodny do prowadzenia.
Pierwszy praktyczny samochód elektryczny (1881-1884)
W 1881 roku Gustave Trouvé przetestował trójkołowy pojazd ulicami Paryża. Był to pierwszy zewnętrzny silnik elektryczny jako mechanizm poruszający dwukołowy rower Coventry-Rotary. Nie była to jednak kluczowa innowacja prowadząca do pełnego auta elektrycznego.
Dopiero w 1884 roku brytyjski wynalazca Thomas Parker (który stworzył także londyńską sieć energetyczną) zbudował pierwszy produkcyjny samochód elektryczny. Parker zasilał swój pojazd własnymi bateriami o dużej pojemności, specjalnie zaprojektowanymi.
Sukces handlowy (1894-1895)
Pierwszy elektryczny pojazd odnoszący komercyjny sukces to The Electrobat, opracowany przez mechanika Henry’ego G. Morrisa i chemika Pedra G. Saloma w 1894 roku w Pensylwanii. Był to mało mobilny i ciężki pojazd, z kołami ze stali dla utrzymania masy i dużej baterii ołowianej.
Również w USA William Morrison z Des Moines w stanie Iowa opracował elektryczny samochód, który mógł pomieścić 6 pasażerów i osiągnąć prędkość 23 km/h.
W 1895 roku konsumenci zaczęli zauważać tę nową technologię po wprowadzeniu przez A. L. Rykera elektrycznych trójkołowych w USA.
Złoty wiek samochodów elektrycznych (1895-1910)
Różni inni wynalazcy i inżynierowie rozwijali szereg modeli w tym okresie, zakończony samochodem elektrycznym ustanawiającym światowy rekord prędkości 18 grudnia 1898 roku.
Po tych wydarzeniach technologia samochodów elektrycznych rozkwitła; był to złoty okres technologii. Z tego powodu zainteresowanie samochodami elektrycznymi rosło w latach 90. XIX wieku i na początku XX wieku.
Taksówki elektryczne zaczęły pojawiać się w 1897 roku dzięki Walterowi C. Bersey’emu, który prowadził wtedy firmę taxi w Londynie.
Pomimo licznych zalet w porównaniu z benzynowymi odpowiednikami, brak infrastruktury elektrycznej utrudnił masowe przyjęcie przez konsumentów. W konsekwencji stopniowo zaczęły być wypierane przez samochody z napędem spalinowym, zwłaszcza po odkryciu dużych złóż ropy.
Do 1910 roku większość producentów samochodów elektrycznych wycofała się z rynku lub zaprzestała produkcji. Technologia przetrwała w zastosowaniach specjalistycznych, takich jak wózki widłowe czy golfowe, ale pojazdy elektryczne utrzymywały się w cieniu aż do ponownego odrodzenia pod koniec XX wieku.
General Motors i pierwszy nowoczesny samochód elektryczny
Chociaż General Motors eksperymentował z pojazdami elektrycznymi już w połowie lat 60. XX wieku, koncepcja Electrovair nie została seryjnie wyprodukowana. Electrovair opierał się na modelu Corvair z 1966 roku i był zasilany pakietem baterii srebrno-zincowych, które mogły dostarczać 532 voltów.
Po kilku dekadach GM postanowiło spróbować ponownie. Ich pierwszy nowoczesny samochód elektryczny, GM EV1, został opracowany w połowie lat 90. EV1 był pierwszym seryjnie produkowanym elektrycznym pojazdem w ofercie dużego producenta samochodów.
Ta maszyna zdobyła kilka ważnych nagród:
- Był to pierwszy pojazd General Motors zaprojektowany od zera jako EV
- EV1 był pierwszym i jedynym samochodem sprzedawanym pod marką General Motors, a nie jedną z jego dywizji
Decyzja GM o zaprojektowaniu i wyprodukowaniu EV1 była w dużej mierze inspirowana przez California Air Resources Board (CARB), która przyjęła mandat nakazujący amerykańskim producentom rozwijanie pojazdów zeroemisyjnych, jeśli chcą kontynuować sprzedaż swoich dóbr w tym stanie.
Tesla i rewolucja nowoczesnych samochodów elektrycznych
Tesla Motors wyprodukowała pierwszy samochód elektryczny Roadster w 2008 roku. Ten pojazd zapoczątkował rewolucję w nowoczesnej epoce samochodów elektrycznych, oferując najnowocześną technologię baterii i wysokowydajny napęd elektryczny.
Roadster był pojazdem elektrycznym zasilanym baterią (BEV) i był pierwszym legalnym seryjnie produkowanym całkowicie elektrycznym samochodem, który kiedykolwiek używał baterii litowo-jonowej jako źródła energii. Był także pierwszym samochodem produkcyjnym, który zdołał przejechać ponad 320 km na jednym ładowaniu i osiągnąć imponującą prędkość maksymalną 200 km/h.
Roadster był także pierwszym samochodem produkcyjnym wysłanym w kosmos. W lutym 2018 posłużył jako ładunek testowy dla lotu Falcon Heavy. Manekin w skafandrze kosmicznym, zwany Starman, zajął miejsce kierowcy.
W latach 2008-2012 sprzedano ponad 2450 Roadsterów w ponad 30 krajach na całym świecie.
Pierwsze samochody hybrydowe w historii
Jednym z pytań, które często pada, jest Toyota Prius. Jednak nie to było pierwszym hybrydowym pojazdem. Według źródeł, pierwszy pojazd hybrydowy powstał znacznie wcześniej. W 1889 roku zaprojektowano ciężarówkę hybrydową benzynowo-elektryczną przez Williama H. Pattona.
Chociaż nie jest to pojazd zgodny z naszą definicją, stanowi on interesujący koncept.
Później, w 1901 roku, podczas pracy w fabryce autobusów Lohner, Ferdinand Porsche opracował Mixte – hybrydową wersję z napędem na całą oś zaprezentowaną na Światowej Wystawie w Paryżu.
Mixte jest powszechnie uznawany za pierwszy na świecie samochód hybrydowy. Wstępne prototypy tego modelu miały napęd na dwóch kołach, były zasilane bateriami i miały dwa silniki zamontowane przy piastach przednich koł.
Niektórzy twierdzą, że honor pierwszego hybrydu przypisywany jest samochodowi opracowanemu w 1905 roku przez Henriego Pipera, niemiecko-belgijskiego wynalazcę. Ten wynalazca stworzył własny pojazd hybrydowy składający się z silnika elektrycznego, generatora, baterii i małego silnika benzynowego.
Źródło zdjęć: wikipedia.org, knowledge.wharton.upenn.edu, en.wikipedia.org, commons.wikimedia.org, upstation.asia, adictamente.blogspot.com, mycarquest.com, sportscarmarket.com, researchgate.net
