Elektromobil

[1]

Nabíjející se Tesla Model S a Smart ED.

Škoda Vision E (2017) je první elektromobil vyvinutý Škodou Auto a má být na prodej od roku 2020.

Elektromobil (elektrické vozidlo - zkratka EV; někdy též bateriové elektrické vozidlo - BEV) je automobil na elektrický pohon. Je poháněn elektromotorem a jako zdroj energie využívá obvykle akumulátor, který lze nabít v nabíjecí stanici nebo ze standardní elektrické zásuvky v domech. Na kapacitě baterie elektromobilu závisí jeho dojezdová vzdálenost.

Historie

Za historicky první elektromobil je považován vůz sestavený holandským profesorem Sibrandusem Stratinghem a jeho asistentem Christopherem Beckerem roku 1835. Tedy přibližně 50 let před prvním automobilem se spalovacím motorem. Belgičan Camille Jenatzy překonal s elektromobilem La Jamais Contente ve tvaru připomínajícím doutník 29. dubna 1899 jako první na světě rychlost 100 km/h. Na počátku 20. století jezdilo v USA více elektromobilů než automobilů se spalovacím motorem. Poskytovaly totiž komfort a snadné ovládání. Klasické automobily se musely startovat klikou, byly velmi hlučné a složité na údržbu. Vše změnil až vynález elektrického startéru a hlavně sériová výroba modelu „T“ Henryho Forda, který vytlačil elektromobily svou spolehlivostí, větším dojezdem a nízkou cenou. V roce 1902 zlepšil Thomas Edison baterii elektromobilů.

Mezi první elektromobily vyvinuté na území českých zemí patří elektromobil Františka Křižíka z roku 1895 poháněný stejnosměrným elektromotorem o výkonu 3,6 kW napájeným olověným akumulátorem se 42 články. Ve svém třetím modelu s názvem Landaulet Fr. Křižík použil dva elektromotory o výkonu 2,2 kW, které byly umístěny v zadních kolech.

Další vzestup zájmu o elektromobily způsobily energetické krize v letech 1970 a 1980.

V Československu byl elektromobil (s názvem Ema) vyvinut v roce 1971, tento projekt byl však na pokyn vládnoucí garnitury zastaven. V 90. letech 20. století se v Evropě začaly sériově vyrábět elektromobily značek Citroën, Fiat, Peugeot, Renault a dalších. Z důvodu vysoké pořizovací ceny je provozovaly převážně velké státní podniky a instituce. Několik desítek těchto vozidel jezdí dnes v ČR a jsou převážně majetkem členů občanského sdružení Elektromobily.

Prvním novodobým prototypem byla tzv. Škoda Shortcut. Shortcut byl vyroben firmou EKOLO-Jaromír Vegr pro švýcarského zákazníka firmu SUNEL-Thomas Dinkel. Byl vyroben v jediném exempláři zkrácením karoserie Škoda Favorit vpředu i vzadu dle pokynů designera Václava Krále. Osazen byl sériový indukční motor převinutý na napětí 120 V a regulátor fy BRUSA (CH).

Na vývoji elektromobilů se podílel i pobočný závod Škody Plzeň - Škoda Elcar v Ejpovicích na počátku 90. let 20. století. Zde bylo vyrobeno několik stovek vozidel Eltra na základě objednávky pana Bruno Frideze ze Švýcarska.

Dalším vyvíjeným modelem byla Tatra Beta.

V roce 1990 pod mandátem nulových emisí státu Kalifornie v USA představila řada světových výrobců vlastní moderní elektrizovanou řadu vozidel. Jedná se například o tyto modely: GM EV-1, Ford Ranger EV nebo Toyota RAV4 EV. Legendární EV1 byl na rozdíl od ostatních již od počátku koncipován jako elektromobil (ostatní byly přestavby běžných modelů). Legislativa zvýhodňující elektromobily byla záhy soudně napadena automobilkami a patřičné zákony byly zrušeny. Jelikož byla tato vozidla pronajímána, mohla být po skončení smluv stažena z provozu a následně byla z velké části zlikvidována. Několik málo kusů EV1 skončilo v muzejích, avšak nepojízdná, bez baterií, motoru i řídící elektroniky. Elektromobily opět odešly do ústraní a až od roku 2008 se pomalu vracejí na scénu a jejich prodeje postupně rostou, přičemž hlavní růst v Evropě se odehrál od roku 2013. V roce 2015 dokonce společnost BMW oznámila, že chce elektrifikovat všechny své vozy během dalších 10 let.

Porovnání s vozidly se spalovacími motory

Elektromobil je vozidlo poháněné elektrickou energií baterií, palivových článků nebo solárních panelů. Neobsahuje spalovací motor, převodovku, výfukový systém, olej, zapalovací svíčky, rozvody, spojku, atp.

Výhody a nevýhody

Cena a provozní náklady

Nevýhodou je vysoká nákupní cena (hlavně akumulátorů), nižší dojezdová vzdálenost a delší doba potřebná pro nabíjení. Lze předpokládat, že se elektromobily budou v budoucnosti stále více využívat z důvodu ochrany životního prostředí a růstu cen a snížení dostupnosti fosilních paliv.

Náklady na provoz elektromobilu jsou zejména v ceně vlastní elektrické energie a zbytek provozní ceny pak tvoří amortizace akumulátorů a ostatní typická údržba, která se netýká pohonu. V přepočtu nákladů na km jsou náklady na provoz elektromobilu v porovnání se spalovacím motorem výrazně nižší. Pohonné ústrojí vozů se spalovacím motorem vykazuje rychlejší opotřebení, pravidelná údržba, výměny provozních kapalin, maziv a filtrů jsou hlavní faktory, které výrazně kompenzují vyšší pořizovací náklady elektromobilu. Typická servisní prohlídka spočívá v záměně pneumatik pro rovnoměrné opotřebení a dolití kapaliny ostřikovače.

Motor

Elektromotor poskytuje vysoký kroutící moment prakticky od nulových otáček a proto nemusí mít tak vysoký jmenovitý výkon jako spalovací motor, který má nejvyšší kroutící moment až při několika tisících otáčkách za minutu. Jízda je proto velmi plynulá. Bezkomutátorové motory jsou prakticky bezporuchové, bezúdržbové a mají životnost překračující ostatní části vozidla. Pokud vozidlo stojí, nespotřebovává žádnou energii (obdoba funkce Stop-Start u vozidel se spalovacím motorem).

Účinnost

Účinnost elektromotoru i dobíjení akumulátorů dosahuje až 90 %. Celková účinnost pohonu závisí na účinnosti výroby elektřiny pro pohon z primárního zdroje a energetické účinnosti použitých akumulátorů či palivových článků (ta se pohybuje kolem 50–80 % podle použité technologie – olovo, NiMH, Li-ion, Li-pol). Na rozdíl od běžného automobilu lze ale zvyšovat využití energie tzv. rekuperací, v praktickém provozu až o přibližně 25 % – to je možné zvláště v městském provozu nebo členitém terénu.

Ekologie

Elektromobily neprodukují svým provozem výfukové plyny a i se započítáním výroby elektrické energie ze „špinavějších“ zdrojů (např. hnědé uhlí) může jejich bilance vlivu na životní prostředí být lepší, než u automobilů se spalovacími motory. Ovšem v jistých místech tomu tak není. Firma ČEZ předpokládá, že v roce 2020 budou elektromobily dobíjené z běžné sítě nepřímo vypouštět do ovzduší o 73 % méně emisí CO₂ (44 g/kWh) než běžný automobil B-segmentu (164 g/kWh). V roce 2008 to bylo o 42 % méně (95 g/kWh). Jsou velmi tiché a mají nízké náklady na provoz. Energii pro baterie lze získat z obnovitelných zdrojů tedy s velmi nízkou uhlíkovou stopou.

Baterie

Další výhodou je v podstatě bezúdržbový provoz trakčního systému, je-li vozidlo vybavené BMS (Battery Management System) a tepelnou ochranou akumulátorových článků. Trakční akumulátory zapojené v sérii měly původně bez zapojení kvalitního BMS a použití „inteligentních“ nabíjecích algoritmů relativně nízkou životnost. Technický průlom nastal až překotným vývojem v oblasti baterií a elektroniky na začátku 90. let minulého století. Nyní je ale možné dosáhnout životnosti přibližně 80 tisíc km s moderní olověnou rekombinační baterií (AGM/GEL). Novější lithium-polymerové akumulátory mají dokonce životnost přes 150 tisíc km. Zlepšení se očekává od nanotechnologií při výrobě akumulátorů všech typů. Očekává se také renesance olověné baterie v nové generaci s nano-uhlíkovým porézním kolektorem.

Měrná kapacita (energie na kilogram) nejlepších současných akumulátorů dosahuje přibližně 1/15 měrné kapacity benzínu, což omezuje akční rádius elektromobilů. Nejkvalitnější kapalná fosilní paliva (jako například benzín) mají výhřevnost přes 11 kWh/kg, což při 35% účinnosti motoru znamená asi 3,5 kWh mechanické práce, což je unikátní koncentrace dostupné energie, která se však vytvářela po miliony let. Navíc odpadní teplo lze v zimním období využít pro vytápění automobilu. Běžná trakční olověná baterie dosahuje 40 Wh/kg, NiMH 80 Wh/kg, Li-ion 100-250 Wh/kg.

Dojezd a dobíjení

Hmotnost baterie u elektromobilu s dojezdem odpovídajícím plné 40l nádrži benzínu (30 kg) odpovídá teoretické hmotnosti 420–1050 kg moderních akumulátorů, nebo přes 2060 kg běžných olověných akumulátorů. Na druhé straně statistika individuální dopravy říká, že velká část denních jízd je vykonána v dosahu současných elektromobilů (50–150 km), kde uložení jen 13-24 kWh (olovo/NiMH) energie v běžných elektromobilech může být pro řadu řidičů dostačující. Rádius lze také operativně prodlužovat rychlodobíjením v zemích kde by k tomu již existovala patřičná veřejná infrastruktura nebo tzv. příležitostným dobíjením ze standardní elektrické sítě na pracovišti apod. V tomto režimu by pak akční rádius elektromobilů mohl být teoreticky i několik set km denně, čehož lze využít především v sektoru služeb. Pro kritičtější aplikace je možné elektromobil osadit Li-ion články každý s kapacitou 200 Ah, které pak dovolují provoz na jedno nabíjení na vzdálenost 300–400 km v závislosti na množství těchto baterií. V současné době je český rekord v dojezdu-uveřejněný v české knize rekordů- 502 km z roku 2012 vytvořený členy Občanského sdružení ELEKTROMOBILY Peugeotem 106 v běžném provozu. 13. května 2011 byla otevřena první dobíjecí stanice pro elektromobily v kraji Vysočina a zároveň v celé republice, nachází se na 96 km dálnice D1. V současné době je v ČR asi 50 oficiálních dobíjecích stanic nejvíce v Praze, více než jednu má ještě Brno, Ostrava a Plzeň. Počet těch méně oficiálních je více než 130, dobíjet však lze prakticky kdekoliv, např. v kempech.

Dobíjení moderních akumulátorů lze provádět vysokým stejnosměrným napětím a vysokým proudem řádově v desítkách minut (výkon cca 100 kW). V květnu 2012 se šest světových automobilových koncernů dohodlo na jednotném rozhraní pro rychlodobíjení.

Ostatní

Za současného stavu vývoje elektromobilů je důležité neplýtvat energií pro pohon. Některé sériově vyráběné modely elektromobilů úspěšně uplatnily kombinaci odlehčené hliníkové karoserie a kompozitních vnějších panelů, a to vše za dodržení bezpečnosti pro posádku, s výsledkem podstatné redukce hmotnosti vozidla. Ke zvýšení dojezdu přispívá i použití pneumatik se sníženým valivým odporem a zlepšená aerodynamika vozidel.

Dotování elektromobilů je málo ekonomicky efektivní a často lze najít způsob, jak za stejné peníze dosáhnout většího snížení emisí.

Rozšíření

V současnosti brání většímu rozšíření elektromobilů zejména dva faktory: jednak výrobní (a tedy i pořizovací) cena vozidla, jednak dojezd plynoucí z neexistence efektivních baterií (současné jsou nedokonalé z hlediska intenzity uložené energie, tj. poměru kW/kg). V současné době lze komerčně získat baterie článků o hustotě energie 240Wh/kg a 450Wh/l. V praxi to znamená, že lze 100 km ujet s bateriemi o hmotnosti necelých 50 kg. Po masovějším rozšíření elektromobilů by mohla klesnout jejich cena díky poklesu v jejich jednotkových výrobních nákladech, což by mohlo pomoci v kategorii problému cena. Technologický problém týkající se neefektivity baterií by mohl v budoucnu vyřešit pokrok v oblasti nanotechnologií: dokud totiž baterie nebudou alespoň 5× účinnější než stávající Li-ion baterie, bude elektromobil odkázán na okraj trhu. Využití elektromobilů se stávajícími technologiemi je v realitě možné v případě rozvážkových automobilů, které dlouhou dobu stojí, a občas kousek popojedou, zejména v přetížených centrech historických měst. Zde je nespornou výhodou nulovost emisí z těchto vozidel, což může upozadit jejich ostatní nevýhody (cena, nepraktičnost apod.)

Prvním sériově vyráběným automobilem, dostupným na našem trhu (rok 2011) byl elektromobil Citroen C-Zero a Peugeot iOn což je obojí v podstatě vozidlo Mitsbishi i-MiEV vyráběné v Japonsku. Maximální rychlost 130 km/h, kapacita baterií 16kWh (330V 88 článků), výkon elektromotoru maximální/jmenovitý 49/35 kW s kroutícím momentem 180Nm, deklarovaný dojezd (NECD) 150 km. Dalším modelem nabízeným na našem trhu je od roku 2013 NISSAN LEAF, což je automobil nižší střední třídy. Maximální rychlost 144 km/h, kapacita baterií 24kWh, max. výkon motoru 80 kW, maximální dojezd 199 km. Špičkovým modelem vyšší třídy je elektromobil Tesla Model S. Ve verzi s kapacitou baterií 85kWh a elektromotorem s výkonem 310 kW má dojezd 426,5 km a dosahuje maximální rychlosti 210 km/h. Cena je však velmi vysoká.

Dalšími dostupnými vozidly jsou přestavby vozidel na elektrický pohon, např. Smart ForTwo, Škoda Fabia a Roomster - firma EVC Group. A bazarové elektromobily vyráběné sériově na přelomu 20. století (Peugeot 106 Electric, Citroen Saxo, Volswagen CitySTROMer). Popřípadě mladší ale dodávkové elektromobily (např. Citroen Berlingo).

Automobilový průmysl dnes podle vlastních slov generuje zisk především prodejem náhradních součástek a leasingem, kde dosahuje nejvyšší marže. Prodejní cena nového automobilu často jen pokrývá výrobní náklady a vývoj daného modelu. Dlouhodobé investice do infrastruktury spjaté s výrobou spalovacích pohonů brání změně výroby odlišné koncepce, nad kterou nemá autoprůmysl kapitálovou a licenční kontrolu, jako jsou pokročilé bateriové technologie, asynchronní trakční systémy apod.

Trakční agregáty elektromobilů jsou složené z méně dílů a velkosériová produkce by podle některých analytiků mohla být levnější než současná výroba.

V současné době jsou vyvíjeny také automobily s hybridním pohonem, které kombinují výhody elektromobilu (úspory rekuperací) a automobilu se spalovacím motorem (malá měrná hmotnost pohonu). Ty jsou považovány za vhodný mezikrok při transformaci automobilového průmyslu.

Elektrobus

Elektrobus Rampini-Siemens, vybavený možností nabíjení z trolejbusového trakčního vedení, při předvádění s cestujícími v Pardubicích

Jednou z variant elektromobilu je i elektrobus, elektrický autobus. První elektrobus na pravidelné lince jezdil v Santa Barbaře v Kalifornii, první evropský elektrobus na pravidelné lince jezdil ve Znojmě. Vyvinula jej společnost ČAS-service (též jeho provozovatel) s využitím karoserie trolejbusu Škoda 21Tr. Výrobce plánoval od roku 2004 výrobu i pro další dopravce, avšak vzhledem k dotační politice Ministerstva dopravy ČR, které dopravci v rámci programu obnovy vozidel přispívá 30 až 40 % na trolejbusy a nízkopodlažní autobusy, zatímco dotaci na elektrobusy údajně neumožňuje, nebyla výroba zahájena. V roce 2008 již je v dotačním programu na vozidla MHD obsažena fixní dotace 1,2 milionu Kč na nízkopodlažní elektrobus délky do 11 metrů, s fixním navýšením 0,6 milionu za elektrický pohon.

V roce 2010 vyrobila elektrobus i česká firma SOR Libchavy a označila jej jako SOR EBN 10,5. Tyto elektrobusy jezdí v provozu v Ostravě a ve Vysokých Tatrách. Kromě SORu vyrábí elektrobusy v České republice firma EVC Group, která i dodává bateriové boxy do zmíněných elektrobusů SOR, dále pak přestavuje na elektrický pohon midibus slovenského výrobce Rošero.

V Evropě jsou další výrobci, např. Solaris nebo italská společnost BredaMenarinibus.

Související články

• Dálník

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu elektromobil na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo elektromobil ve Wikislovníku
• asep.cz - Asociace elektromobilového průmyslu
• Pořad První byla Ema z cyklu České televize Zašlapané projekty, dostupné online (2009).
• Elektromobily.org – Občanské sdružení a klub Elektromobily (CzechEVClub) při ČVUT-FEL Praha
• Koncepty.cz - Elektromobily na Koncepty.cz
• www.priroda.cz – Diskuse o elektromobilech
• www.hybrid.cz – Magazín zaměřený na elektromobily a další alternativní způsoby dopravy
• Jaromír Vegr: Elektromobily – historie a současnost, čtvrtletník Pro-Energy, č. 3/2008, str. 44—50
• Elektromobily.sk – Elektromobily, hybridy a iné alternatívne spôsoby dopravy.
• ElektrickéVozy.cz - zpravodajství ze světa elektromobilů
• www.enviwiki.cz - Elektromobily

Autoritní data	NKC: ph497305 PSH: 11081 BNF: cb12486894m (data) GND: 4151795-7 LCCN: sh85010424 NDL: 00561380 NLI: 987007295826905171