ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ - ELECTRIC VEHICLE (EV)...

Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα χρησιμοποιούν την ηλεκτρική ενέργεια με σκοπό την κίνηση τους, αντί την ενέργεια που παράγεται με τη καύση των καυσίμων. Οι μπαταρίες είναι η κύρια πηγή ενέργειας, και χρησιμοποιούνται για να τροφοδοτήσουν τις ηλεκτρικές μηχανές προκειμένου να παραχθεί η κίνηση των τροχών  ή των αξόνων.

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ EV

Στα μέσα του 19ου αιώνα, ο Robert Anderson, ένας σκωτσέζος επιχειρηματίας, βρήκε την πρόωρη έκδοση ενός ηλεκτρικού οχήματος που λίγο πολύ μοιάζει με τα μεταφορικά μέσα που ήταν δημοφιλή στη εποχή του. Αυτό το αυτοκίνητο ήρθε πριν από την εφεύρεση και την τελειοποίηση των αυτοκινήτων που καίνε βενζίνη και diesel. Η εφεύρεση του Robert Anderson θεωρείται μια από τις πιο πρόωρες μορφές αυτοκινήτων.
Στα μέσα του 20ου αιώνα, η τεχνολογία τω μπαταριών αποθήκευσης βελτιώθηκε πολύ λόγω των ανεξάρτητων προσπαθειών των Gaston Plante και Camille Faure. Αυτό έκανε τα αυτοκίνητα με μπαταρίες ή ηλεκτρικά οχήματα μια καλή επιλογή και αύξησε το ενδιαφέρον της βιομηχανίας για τέτοια τεχνολογία ειδικά στην Ευρώπη.
Το παγκόσμιο ενδιαφέρον για τα ηλεκτρικά οχήματα άρχισε να μειώνεται με την εμφάνιση των μηχανών εσωτερικής καύσεως και στράφηκε στην εξαγωγή πετρελαίου και άλλων απολιθωμένων καυσίμων. Τα απολιθωμένα καύσιμα όπως το diesel και η βενζίνη ήταν πολύ φτηνότερες εναλλακτικές λύσεις όταν σε σύγκριση με τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Η δαπανηρή παραγωγή των μπαταριών αποθήκευσης που έχουν περιορίσει ανάλογα τις ικανότητες, ήταν ένας μεγάλος παράγοντας στην πτώση της δημοτικότητας του ηλεκτρικού αυτοκινήτου.

ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ EV

Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα εξαρτώνται απλώς από τις μπαταρίες. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα μπαταριών έχουν συνήθως τρία μέρη.  

Αυτά είναι: Ο ελεγκτής, η μπαταρία & η ηλεκτρική μηχανή.
Σε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο μπαταριών, το πεντάλ επιτάχυνσης(γκάζι) συνδέεται με ένα ποτενσιόμετρο που μετρά τη δύναμη που έχει εφαρμόσει ο οδηγός στο πετάλι. Το ποτενσιόμετρο στέλνει έπειτα ένα σήμα σε έναν ελεγκτή που του λέει πόση ενέργεια πρέπει η μπαταρία να δώσει στην ηλεκτρική μηχανή.
Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι επαναφορτιζόμενες και έρχονται συνήθως σε αυτές τις μορφές ή παραλλαγές:

·         Νικελίου-καδμίου (NiCd)

·         Lead-acid (και ρυθμισμένο βαλβίδα οξύ μολύβδου ή ειδάλλως)

·         Υδρίδιο μετάλλων νικελίου (NiMH)

·         Ιόν λιθίου (LiON)

·         Λιθίου-ιόντων πολυμερών

Η παραγωγή ενέργειας της μπαταρίας μετριέται με κιλοβατώρες (KWh) που δείχνουν πόση ενέργεια είναι σε θέση μια μπαταρία να αποθηκεύσει ή να παράγει.

Σε σύγκριση με τα αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν τις μηχανές εσωτερικής καύσεως, το ηλεκτρικό αυτοκίνητο μπαταριών είναι πολύ καθαρότερο ως προς τα καυσαέρια. Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο δεν απαιτεί οποιαδήποτε καύση για να είναι σε θέση να παραγάγει την ενέργεια και έτσι δεν παράγεται κανένα καυσαέριο.          

ΟΧΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ

Σύμφωνα με το παρακάτω διάγραμμα.1, τα επόμενα 50 χρόνια (2000 – 2050), ο παγκόσμιος πληθυσμός θα αυξηθεί από  6 σε10 δισεκατομμύρια και ο αριθμός των οχημάτων   από 700 εκατομμύρια σε 2,5 δισεκατομμύρια. Εάν όλα αυτά τα οχήματα λειτουργούν με Μ.Ε.Κ είναι βέβαιο ότι θα προκύψει το πρόβλημα τόσο της εξεύρεσης του αναγκαίου καυσίμου όσο και της διασποράς των εκπεμπόμενων ρύπων. Υπό αυτές τις συνθήκες ο ουρανός θα ήταν μονίμως γκρι!!! 

 

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΜΕΤΑΞΥ EV ΚΑΙ ΜΕΚ 

Παρόλο που οι κινητήρες εσωτερικής καύσης συνεχώς βελτιώνονται για να μειωθούν οι εκπεμπόμενοι ρύποι, η αύξηση του αριθμού τους είναι πολύ μεγαλύτερη από τη μείωση που προκύπτει από τους μειωμένους ρύπους. Στο παρακάτω διάγραμμα.2 η διαφορά είναι ορατή. Επίσης οι εκπομπές που οφείλονται στα διυλιστήρια για την παραγωγή βενζίνης και πετρελαίου (Μ.Ε.Κ) σε σύγκριση με αυτές που οφείλονται στα εργοστάσια που παράγουν τον απαραίτητο ηλεκτρισμό για την κίνηση των EVs, είναι πολύ μεγαλύτερες.  

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ

1.       Δεν παράγουν κανένα είδος ρύπου από την εξάτμιση τους. 

2.       Προκαλούν την ελάχιστη δυνατή ρύπανση σε μακροχρόνια βάση, υπό τον όρο ότι χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. 

3.       Μειώνουν την εξάρτηση από το πετρέλαιο. 

4.       Μπορούν να μετριάσουν την παγκόσμια θέρμανση που προκαλείται από το φαινόμενο του θερμοκηπίου. 

5.       Είναι πιο αθόρυβα από τα οχήματα εσωτερικής καύσης.

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ

1.       Υψηλές δαπάνες κατασκευής από τις αυτοκινητοβιομηχανίες. 

2.       Περιορισμένη απόσταση ταξιδιού(μικρή ακτίνα δράσης, μετά από κάθε επαναφόρτιση της μπαταρίας. 

3.       Μεγάλος χρόνος επαναφόρτισης ( 6 – 7 ώρες για μια πλήρη επαναφόρτιση). 

4.       Περιορισμένη διάρκεια ζωής μπαταριών.

 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

1.   Υψηλή ισχύς.
2. Υψηλή ροπή στις χαμηλές στροφές (εκκίνηση, ανηφόρα κτλ) και υψηλές στροφές στις χαμηλές ροπές για το ταξίδι
3. Ευρύ φάσμα στροφών.
4. Υψηλή απόδοση αναγεννητικής πέδης. 
5. Υψηλή αξιοπιστία και σταθερότητα για ποικίλες συνθήκες λειτουργίας.
6. Λογικό κόστος. 

ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Τα βασικά εμπόδια στην εξάπλωση των ηλεκτρικών οχημάτων είναι το υψηλό κόστος και η μικρή ακτίνα δράσης. Οι πηγές ενέργειας έχουν αναγνωριστεί σαν η κύρια αιτία του προβλήματος. Η εξέλιξη των πηγών ενέργειας μπορεί να συνοψιστεί στα παρακάτω σημεία:

1. Ικανότητα γρήγορης φόρτισης και εκφόρτισης.
2. Μεγάλη διάρκεια ζωής και μεγάλοι κύκλοι συντήρησης.
3. Υψηλή απόδοση φόρτισης.
4. Απεξάρτηση από την συχνή συντήρηση.
5. Οικολογικός σχεδιασμός με δυνατότητες ανακύκλωσης.

                                                                         

 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΟΧΗΜΑΤΟΣ

Το σύστημα ηλεκτρικής προώθησης είναι η “καρδιά” του EV.  

Το παρακάτω σχήμα δείχνει το γενικό σχεδιασμό ενός EV, το οποίο αποτελείται από 3 βασικά υποσυστήματα. Αυτά είναι: ηλεκτρική προώθηση, πηγή ενέργειας και αυτό των βοηθητικών συστημάτων. Το υποσύστημα της ηλεκτρικής προώθησης αποτελείται από τον ηλεκτρονικό ελεγκτή, τον μετατροπέα ισχύος, το σύστημα μετάδοσης και τους τροχούς. Το υποσύστημα της πηγής ενέργειας αποτελείται από την πηγή ενέργειας, την μονάδα διαχείρισης ενέργειας και την μονάδα αναπλήρωσης ενέργειας. Το υποσύστημα των βοηθητικών συστημάτων αποτελείται από μονάδα οδήγησης, από την μονάδα ελέγχου θερμοκρασίας και την μονάδα παροχής βοηθητικής ισχύος.  Τα βέλη σε κάθε γραμμή δηλώνουν την κατεύθυνση ροής της ηλεκτρικής ισχύος.

Δεχόμενος τα σήματα ελέγχου από το γκάζι ή το φρένο, ο ηλεκτρονικός ελεγκτής παρέχει τα κατάλληλα σήματα ελέγχου για την ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση των κυκλωμάτων του μετατροπέα ισχύος ο οποίος ρυθμίζει τη ροή ισχύος από την μπαταρία στον κινητήρα και αντιστρόφως. Η μονάδα διαχείρισης ενέργειας συνεργάζεται με τον ηλεκτρονικό ελεγκτή για τον έλεγχο της αναγεννητικής πέδης και της αναπλήρωσης της ενέργειας που αυτή παρέχει. Συνεργάζεται και ελέγχει τη ροή ενέργειας από την μονάδα αναπλήρωσης ενέργειας. Η μονάδα παροχής βοηθητικής ισχύος παρέχει την απαιτούμενη ισχύ σε διαφορετικά ύψη τάσης για όλες τις βοηθητικές συσκευές του EV.

ΔΙΑΤΑΞΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΙΝΗΣΗΣ 

Ο πρώτος σχεδιασμός είναι σαν του επιβατικού αυτοκινήτου με εμπρόσθια κίνηση. Αποτελείται από τον κινητήρα (Μ), τον συμπλέκτη (C), το κιβώτιο ταχυτήτων (GB) και το διαφορικό (D). Αυτή η διάταξη έχει ως μειονέκτημα το βάρος εξαιτίας των πολλών εξαρτημάτων.   Σχήμα 1. 

Αν αντικαταστήσουμε το κιβώτιο ταχυτήτων με σταθερά γρανάζια και αφαιρέσουμε το συμπλέκτη, τότε ελαττώνουμε το βάρος του οχήματος και προκύπτει η παρακάτω διάταξη. Αποτελείται από τον κινητήρα (Μ), το κιβώτιο ταχυτήτων με σταθερά γρανάζια (FG) – αυτόματο κιβώτιο -  και το διαφορικό (D).  Σχήμα 2. 

Η παρακάτω διάταξη υιοθετείται στα περισσότερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Αποτελείται από τον κινητήρα (Μ), το κιβώτιο ταχυτήτων με σταθερά γρανάζια (FG) και το διαφορικό (D). Και τα τρία αυτά εξαρτήματα ενοποιούνται σε μια ενιαία διάταξη.  Σχήμα 3.

 

Μια άλλη εναλλακτική διάταξη είναι η κατάργηση του διαφορικού. Αποτελείται από δύο κινητήρες (Μ) και δύο κιβώτια ταχυτήτων με σταθερά γρανάζια (FG). Οι δύο κινητήρες λειτουργούν σε διαφορετικές στροφές και ελέγχονται ηλεκτρονικά. Σχήμα 4.  

Η απόσταση της μηχανικής μετάδοσης από τον ηλεκτροκινητήρα στον τροχό μπορεί να μειωθεί ακόμη περισσότερο εάν τοποθετήσουμε τον κινητήρα μέσα στον τροχό. Στη διάταξη αυτή με τη βοήθεια του FG μειώνονται οι στροφές του κινητήρα στην επιθυμητή ταχύτητα του τροχού. Σχήμα 5.   

 

Τέλος η μετάδοση κίνησης μπορεί να υλοποιηθεί και με κινητήρα μέσα στον τροχό, χωρίς FG και χωρίς διαφορικό. Ο κινητήρας (Μ) αυτός διαθέτει εξωτερικό ρότορα ο οποίος συμπλέκεται με την στεφάνη του τροχού. Έτσι ο έλεγχος των στροφών συσχετίζεται άμεσα με τον έλεγχο των στροφών του τροχού και  αντίστοιχα με την ταχύτητα του αυτοκινήτου. Σχήμα 6.

Αν σας  αρέσουν  τα άρθρα του vehiclestech.blogspot.gr στηρίξτε μας με μια δωρεά στο παρακάτω Donate Button.