General Motors debiutuje z akumulatorem elektrycznym Bolt, który obiecuje
mają zasięg 200 mil i kosztują około 30,000 XNUMX USD. GM, CC BY

W ramach wysiłków zmierzających do rozpoczęcia wprowadzania pojazdów elektrycznych na ogniwa paliwowe, Toyota Motors na początku tego miesiąca zarobiła ponad 5,600 patenty dostępne dla innych producentów samochodów. Kilka dni później General Motors wprowadził elektryczny rygiel, pojazd elektryczny zaprojektowany do przejechania 200 mil na bateriach.

Tymczasem producenci samochodów nadal opracowują jeszcze inne rodzaje pojazdów elektrycznych: hybrydy plug-in i hybrydy elektryczne.

Pojazdy elektryczne są najbardziej obiecującą alternatywą dla konwencjonalnych samochodów napędzanych benzyną i olejem napędowym. Ale czym różni się każda technologia? A jakie są względne korzyści i wyzwania komercyjne dla każdego z nich?

Jak tu dotarliśmy

Zacznijmy od podobieństw. Pojazdy elektryczne na baterie typu plug-in (BEV), hybrydowe pojazdy elektryczne (HEV), hybrydowe pojazdy elektryczne typu plug-in (PHEV) i pojazdy elektryczne na wodorowe ogniwa paliwowe (FCEV) to wszystkie pojazdy elektryczne. Wszystkie są napędzane silnikiem elektrycznym i mają akumulatory do przechowywania lub dostarczania energii elektrycznej zgodnie z wymaganiami i pochłaniania energii podczas hamowania pojazdu.

Niektóre z tych pojazdów mogą również generować energię elektryczną na pokładzie za pomocą silnika spalinowego napędzanego benzyną lub ogniwa paliwowego zasilanego wodorem.

Wszystkie one stanowią fundamentalną różnicę w stosunku do pojazdów spalinowych, którymi jeździmy dzisiaj na trzy sposoby: układ napędowy jest elektryczny, a nie mechaniczny; silnik pod maską jest elektrochemiczny zamiast spalania; a paliwem jest elektryczność i wodór, a nie benzyna.

Siły stojące za tymi zmianami technologicznymi rozpoczęły się pod koniec lat 1980., kiedy producenci samochodów przyznali, że długoterminowa dostępność ropy naftowej jest ograniczona i że potrzebna będzie alternatywna platforma samochodowa i paliwo, aby zapewnić opłacalny przyszły model biznesowy. Jako paliwo wybrano wodór i ustalono 25-letnią ścieżkę komercjalizacji pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi.

Od 1990 r. pojawiły się trzy dodatkowe siły, aby jeszcze bardziej potwierdzić decyzję o ukierunkowaniu pojazdu na wodorowe ogniwa paliwowe jako produktu przyszłości, w tym zmian klimatycznych, polityki sprzyjającej niezależności paliwowej i przepisów dotyczących jakości powietrza, zwłaszcza w Kalifornii.

Pojazdy elektryczne z akumulatorem (BEV)

Jednak w ciągu ostatnich pięciu lat nastąpił powrót pojazdów elektrycznych zasilanych z baterii, które opierają się wyłącznie na zasilaniu z baterii. Przykładami są Nissan Leaf, GM Spark i Kia Soul. Po przejechaniu od 40 do 60 mil akumulatory są rozładowane i należy je naładować, podłączając je do obwodu mieszkalnego lub specjalnie skonstruowanej ładowarki 220 V w centrum handlowym lub miejscu pracy. Czas ładowania zależy od napięcia, technologii ładowarki i „stanu naładowania” akumulatora (tj. stopnia rozładowania akumulatora), ale na ogół pełne naładowanie pojazdu zajmuje od jednej do sześciu godzin.

Samochód typu BEV jest atrakcyjny, ponieważ jego zasięg wystarcza na większość podróży odbywanych przez publiczność, ładowanie w domu jest wygodne, a jazda bez wibracji i cicha. Rozmiar pojazdu jest stosunkowo niewielki, co zapewnia dobrą manewrowość i stosunkowo łatwe parkowanie, a podczas jazdy nie ma zanieczyszczeń powietrza. Pojazdy typu BEV mają również potencjał do zrównoważenia sieci elektrycznej poprzez ładowanie w nocy, gdy zasoby sieci są niewykorzystane.

Przeciwdziałanie pojazdom typu BEV to czas potrzebny na naładowanie pojazdu i niepokój o zasięg – czyli obawa o ograniczony zasięg jazdy – doświadczany przez kierowców, co skutecznie zmniejsza użyteczny zasięg pojazdu. Ponadto ładowanie może obciążać sieć elektryczną i zdarzają się przypadki, w których nie ma dostępnej infrastruktury do ładowania, szczególnie dla osób mieszkających w mieszkaniach.
Zgodnie z mandatem Kalifornii dotyczącym pojazdów o zerowej emisji, pojazdy typu BEV zostały po raz pierwszy wprowadzone na rynek w latach 1990., ale rynek osłabł w 2000 roku. W związku z wieloma samochodami osobowymi dostępnymi do sprzedaży lub leasingu, rynek jest obecnie testowany, aby ocenić zapotrzebowanie publiczne na ten ograniczony zasięg, ale wygodny pojazd. Postępy w technologii akumulatorów mogą potencjalnie zwiększyć zasięg.

Hybrydowe pojazdy elektryczne (HEV)

Hybrydowe pojazdy elektryczne to BEV z silnikiem spalinowym na pokładzie, który generuje energię elektryczną i napędza samochód w połączeniu z silnikiem elektrycznym. Mogą zapewnić taki sam zasięg 300 mil, jakiego ludzie oczekują od konwencjonalnego pojazdu benzynowego. Dzięki zaawansowanemu oprogramowaniu sterującemu silnik spalinowy współdziała z akumulatorami, aby osiągnąć wysoką wydajność i niską emisję zanieczyszczeń.

Pojazdy HEV są oferowane do sprzedaży w Stanach Zjednoczonych od 2000 r., a Prius, wprowadzony po raz pierwszy przez Toyotę w Japonii w 1997 r., jest wybitnym przykładem. W latach 2012 i 2013 Prius był najlepiej sprzedającym się pojazdem w Kalifornii, sprzedając ponad siedem milionów egzemplarzy, co świadczy o niezwykle pozytywnym odbiorze pojazdu przez konsumentów.

Hybrydowe pojazdy elektryczne typu plug-in (PHEV)

PHEV to HEV o zwiększonej pojemności akumulatora, który może zapewnić zasięg napędu elektrycznego od dziesięciu do 60 mil. Na przykład Chevy Volt może przejechać prawie 40 mil na zasilaniu bateryjnym, zanim włączy się generator benzynowy. Pozwala to na wygodę ładowania akumulatorów przez noc w domu i dzienny zasięg elektryczny, którego większość społeczeństwa w USA nie przekracza. A PHEV zapewnia zasięg 300 mil, do którego przyzwyczajeni są kierowcy. Wtyczkowy Prius ma większą baterię i jest całkowicie elektryczny
zasięg około 10 mil przed przejściem w tryb hybrydowy. Toyota 

Pojazdy elektryczne na wodorowe ogniwa paliwowe (FCEV)

Pojazdy na ogniwa paliwowe to hybrydowe pojazdy elektryczne, które różnią się między sobą dwiema zasadniczymi różnicami. Ogniwo paliwowe, urządzenie elektrochemiczne, które pobiera z powietrza paliwo, takie jak wodór i tlen, w celu wytworzenia energii elektrycznej, zastępuje silnik benzynowy pod maską. Ogniwo paliwowe ma wyjątkowo wysoką sprawność (trzykrotnie wyższą niż w konwencjonalnych samochodach benzynowych) i zerową emisję zanieczyszczeń do powietrza podczas jazdy. Produktem reakcji jest woda, która jest odprowadzana przez rurę wydechową wraz z azotem i niewielką ilością tlenu pozostałego z powietrza. A zamiast zbiornika na benzynę są zbiorniki na wodór. Czas tankowania pojazdu z ogniwami paliwowymi jest porównywalny z konwencjonalnym samochodem benzynowym, a paliwo może być pozyskiwane w kraju.

Niektóre z wyzwań związanych z pojazdami na ogniwa paliwowe to ograniczona liczba stacji paliw wodorowych w kraju. Kalifornia ma najwięcej stacji paliw wodorowych w Stanach Zjednoczonych. Przewiduje się, że do końca 51 roku będzie ich 2015, ponad 70 do końca 2017 roku i 100 do 2020 roku. pojazdów w państwie.

Iść naprzód

Rynek odkrywa, że ​​BEV jest atrakcyjnym uzupełnieniem (nie zamiennikiem) konwencjonalnego pojazdu benzynowego. Silniki benzynowe HEV i PHEV pojawiają się, aby spełniać przepisy dotyczące ochrony środowiska, zachowując jednocześnie ogólne wrażenia z jazdy w zakresie i rozmiarze, do których rynek jest przyzwyczajony.

Koszt pojazdów i koszt prowadzenia pojazdów są, z praktycznego punktu widzenia, konkurencyjne i przekonujące. W zależności od kosztu energii elektrycznej i kosztu benzyny, koszt na milę może faworyzować jeden lub drugi. PHEV zapewnia klientowi możliwość korzystania z energii elektrycznej lub benzyny.

Elektryczny pojazd na ogniwa paliwowe staje się naturalną ewolucją hybrydy i hybrydy typu plug-in. W rezultacie można przewidzieć, że BEV i FCEV stanowią alternatywy nowej generacji dla konwencjonalnych i hybrydowych pojazdów benzynowych w celu zaspokojenia potrzeb lekkiego transportu. BEV zapewnia wygodę i zwrotność, a FCEV zapewnia zasięg, elastyczność w wielkości pojazdu i szybkie tankowanie. Oba pojazdy osiągają niezależność paliwową, oderwanie od geopolityki i atrakcyjność atrybuty środowiskowe.

Koszt zakupu i koszty eksploatacji pojazdów elektrycznych i zasilanych ogniwami paliwowymi są dziś porównywalne. Jest prawdopodobne, że koszt wodoru spadnie w przyszłości ze względu na konkurencję rynkową i postęp technologiczny, a koszt energii elektrycznej wzrośnie. Oznacza to, że koszt jednego kilometra eksploatacji pojazdu elektrycznego z ogniwami paliwowymi w porównaniu z pojazdem elektrycznym z akumulatorem prawdopodobnie będzie niższy.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje
Czytaj oryginalny artykuł.

O autorze

Dr Scott Samuelsen jest profesorem inżynierii mechanicznej, lotniczej i środowiskowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine (UCI). Jest dyrektorem Advanced Power and Energy Program, UCI Combustion Laboratory oraz National Fuel Cell Research Center dla Departamentu Energii USA i California Energy Commission. Profesor Samuelsen współprzewodniczy California Stationary Fuel Cell Collaborative, wyjątkowemu sojuszowi publiczno-prywatnemu, który zajmuje się krytyczną technologią i przeszkodami rynkowymi w celu przyspieszenia komercjalizacji zaawansowanych systemów wytwarzania energii.