În ultimii ani, mașinile electrice au devenit subiect de discuție chiar și în rândul celor care până acum nu acordau o atenție deosebită domeniului auto. Fie că ai un prieten care vorbește doar despre motoare și specificații tehnice, fie că ai văzut pe rețelele sociale că Dacia a lansat primul model electric al mărcii, sunt sigur că te-ai întrebat “Da’ ce-i dom’le și cu mașinile astea electrice?”.
Dacă te-a lovit curiozitatea sau pur și simplu te-ai întors pe Autocritica pentru că ți-au plăcut celelalte articole, din acest material vei afla suficiente informații încât să poți discuta cu lejeritate despre ce este o mașină electrică, cum funcționează ea și ce avantaje și dezavantaje are.
Un scurt istoric al mașinilor electrice
Istoria vehiculelor electrice (încă nu le vom numi mașini) începe în anul 1828. Inventatorul maghiar Ányos Jedlik este cel care a realizat un dispozitiv electromagnetic pe care l-a atașat unui vehicul de mici dimensiuni. Patru ani mai târziu, inventatorul scoțian Robert Anderson prezenta prima trăsură electrică, un vehicul gata să schimbe percepția omenirii din acei ani cu privire la transport. Un moment important în drumul spre dezvoltarea mașinilor electrice are loc în 1859, când fizicianul francez Gaston Plane inventează bateria reîncărcabilă plumb-acid.
În Europa, prima mașină electrică de producție este realizată de britanicul Thomas Parker în 1884, iar 6 ani mai târziu, scoțianul William Morrison prezintă în America un vehicul asemănător.
În SUA, mașina electrică este primită cu interes de public, iar istoricii spun că la începutul secolului trecut o treime dintre mașinile care funcționau peste Ocean erau electrice.
Anii de glorie ai mașinilor electrice au fost la începutul secolului trecut. Dar tot atunci a avut loc o transformare majoră: Henry Ford dezvoltă linii de asamblare mobile gândite pentru producția în masă și lansează Model T, cel mai popular model ai acelor ani. Prețul mai mic și producția rapidă erau argumentele pe care Ford le aducea în favoarea mașinilor cu motoare cu combustie.
Odată cu introducerea demarorului electric și cu scăderea prețului carburanților, mașinile cu motoare cu ardere internă au devenit din ce în ce mai atractive și au acaparat piața.
Rețeaua de drumuri se dezvolta din ce în ce mai mult, iar publicul își dorea mașini care să ruleze cu o viteză mai mare, să aibă o autonomie mai bună și să necesite un timp cât mai mic pentru alimentare. Iar toate aceste cerințe erau deja punctate rapid în fișa mașinilor cu motoare cu ardere internă.
Publicul și-a îndreptat atenția către aceste mașini, iar producătorii au ascultat piața și au pus deoparte dosarele stufoase ale vehiculelor electrice.
În anii ’70, producătorii au început să experimenteze din nou tehnologia bateriilor și a motoarelor electrice. Apar concepte și vehicule produse exclusiv pentru teste sau diverse campanii, însă nimeni nu îndrăznește cu adevărat să pună accent pe tehnologia electrică.
Deși secolul trecut părea că se încheie într-un mod nefericit pentru mașinile electrice, impulsul vine din partea gigantului General Motors.
În 1996, GM prezintă EV1, primul model electric de serie al noii ere. Dezvoltat încă de la început ca un model electric (și nu realizat pe o platformă tehnică deja existentă), EV1 era disponibil doar printr-un contract de închiriere. Puțin peste 1.000 de unități au fost produse, asamblarea fiind oprită în 1999.
Modificarea normelor de emisii, investițiile majore în dezvoltarea tehnologiilor și preocuparea față de mediu a companiilor au fost câteva dintre criteriile importante care au făcut ca mașinile electrice să ajungă din nou pe piață.
Debutul Tesla Motors de la începutul anilor 2000 și lansarea lui Roadster, primul model electric al companiei, au fost semnele clare că viitorul apropiat se transformă. Un alt punct important în popularizarea mașinilor electrice l-a reprezentat lansarea globală a lui Nissan Leaf în 2010, model ajuns astăzi la a doua generație.
Odată cu acest punct, constructorii cu tradiție au investit din ce în ce mai mult în tehnologiile electrice, iar astăzi, piața a devenit una atrăgătoare pentru public, cu modele din segmente diferite, cu performanțe diferite și cu caracteristici din ce în ce mai apropiate de cele ale mașinilor cu motoare cu combustie internă.
Tipuri de mașini electrice
O mașină electrică este un vehicul ale cărui roți sunt puse în mișcare de un motor electric. Cam așa ar putea arăta cea mai simplă definiție a mașinii electrice.
În general, mașinile electrice sunt cunoscute după acronimul EV (Electric Vehicle), iar în funcție de sursa de energie electrică folosită de motor, acestea se clasifică în Mașini electrice pe baterii (Battery Electric Vehicle, BEV) și Mașini electrice cu pile de combustie pe bază de hidrogen (Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV).
Mașinile electrice pe baterii sunt cele mai populare vehicule electrice de pe piață. În acest caz, energia necesară funcționării motorului sau motoarelor (există modele cu două sau trei motoare electrice) este stocată într-un pachet de acumulatori (baterie). Pentru reîncărcarea bateriilor, mașina trebuie cuplată la o sursă electrică externă (priză/stație de încărcare).
În cazul Mașinilor electrice cu pile de combustie pe bază de hidrogen (FCEV), energia electrică necesară funcționării motorului este obținută printr-o reacție electrochimică complexă care are loc într-o “celulă” specială. Pentru funcționare, un astfel de vehicul are nevoie de hidrogen lichid la înaltă presiune. În funcție de sistemul de propulsie ales de producător, energia electrică rezultată poate fi utilizată direct de motorul electric sau indirect, prin stocare intermediară într-un pachet de acumulatori. În acest moment, numărul vehiculelor FCEV este redus și din cauza infrastructurii slab dezvoltate (stații speciale pentru încărcarea cu hidrogen lichid).
Cum funcționează o mașină electrică
O mașină electrică folosește cu până la 90% mai puține componente aflate în mișcare comparativ cu o mașină cu motor cu ardere internă. De asemenea, odată cu trecerea la motorul electric, componentele necesare funcționării acestor mașini s-au schimbat. Deși este ușor de intuit cum funcționează o mașină electrică, mai întâi trebuie să te familiarizezi cu componentele acesteia pentru a-l înțelege pe deplin.
Motor electric: folosește energia electrică pentru a pune roțile în mișcare.
Baterie: înmagazinează energia electrică necesară funcționării motorului electric. Bateria este formată din celule de dimensiuni mici care mai apoi sunt grupate în module individuale.
Pentru reîncărcarea bateriilor, mașinile electrice au nevoie de o sursă electrică exterioară (priză/stație de încărcare). Stațiile pentru încărcarea mașinilor electrice se împart, în funcție de tipul curentului, în stații AC (curent alternativ) și stații DC (curent continuu). Acestea din urmă au o putere mai mare, ceea ce înseamnă timpi de așteptare mai mici. În prezent, cele mai puternice stații publice au o putere de 350 kW.
O altă caracteristică importantă a bateriilor este capacitatea, valoare pe care o vei vedea exprimată în kWh. Cu cât capacitatea este mai mare, cu atât autonomia (distanța pe care un vehicul o poate parcurge între două încărcări) va fi și ea mai mare.
Odată cu creșterea capacității, dimensiunile bateriei cresc, ceea ce înseamnă și o greutate totală mai mare. Totuși, în ultimii ani, prin procese tehnologice complexe producătorii au reușit să îmbunătățească capacitatea bateriilor fără să crească dimensiunile acumulatorilor și fără ca masa acestora să fie cu mult mai mare.
Sistem de transmisie: în cazul mașinilor cu motoare cu ardere internă este nevoie de o cutie de viteze cu mai multe rapoarte, întrucât resursele propulsorului sunt exploatate pe o plajă mică de turații (până la 6-7.000 rpm).
Dar motoarele electrice sunt construite să funcționeze la turații mai mari. Totodată, acestea au și alte caracteristici pe care nu le vei regăsi în dreptul motoarelor cu ardere internă: eficiență pe o plajă mai mare de turații și cuplu motor disponibil aproape instantaneu. Din acest motiv, mașinile electrice folosesc un reductor mecanic cu raport fix sau, așa cum poate fi întâlnită în literatura de specialitate, o transmisie cu un singur raport (single-speed transmission). Singura excepție de la această regulă este Porsche Taycan. Modelul constructorului german folosind o transmisie cu două trepte pe puntea spate pentru a îmbunătăți accelerația și eficiența la viteze mari.
Invertor: această componentă are un rol dublu. Atunci când motorul pune roțile în mișcare, invertorul va transforma curentul continuu (DC) al bateriei în curent alternativ (AC) și îl va livra către motor. În momentul în care motorul electric devine generator (în perioadele de decelerare/frânare), invertorul va transforma curentul alternativ în curent continuu și va încărca bateria.
Unitate de control și distribuție a puterii: reglează transferul de energie electrică între baterie, invertor și sistemul de încărcare de la o sursă exterioară.
Sistem de gestionare a temperaturii: bateriile funcționează eficient la anumite temperaturi, motiv pentru care, inginerii au dezvoltat sisteme de răcire speciale pentru ca acumulatorii să rămână tot timpul între limitele optime de temperatură.
Convertorul DC-DC: pentru a face o paralelă cu mașinile cu motoare cu combustie, această componentă înlocuiește alternatorul. În loc ca energia să fie preluată de la motorul cu ardere internă și direcționată către bateria de 12V, acest convertor preia energie de la bateriile de înaltă tensiune și o transformă în energie la 12V. La fel ca mașinile cu motoare cu ardere internă, mașinile electrice folosesc un sistem electric la 12V pentru alimentarea sistemelor auxiliare (sistemul de iluminare, sistemul multimedia, încălzirea în scaune).
Încărcător la bord: această componentă va transforma curentul alternativ primit de la rețeaua externă (priză/stație de încărcare) în curent continuu necesar încărcării bateriilor de înaltă tensiune.
Ca o mașină electrică să funcționeze, energia din baterii este transformată de invertor și reglată de unitatea de control, iar mai apoi ajunge la motorul electric. Prin rotația acestuia este angrenată transmisia cu un singur raport care, la rândul său, pune roțile în mișcare.
Avantaje și dezavantaje
Am amintit pe parcursul acestui material că preocuparea față de mediu a companiilor și noile norme de poluare au făcut posibilă reinventarea mașinilor electrice. Unul dintre avantajele clare, îl reprezintă emisiile zero în momentul utilizării unui vehicul electric.
Tot pe lista beneficiilor includem prețul mai mic al energiei electrice comparativ cu motorina sau benzina, dar și bonusurile pe care statele sunt dispuse să le acorde celor care își cumpără un astfel de vehicul. Poluarea fonică redusă este un alt avantaj care nu vine doar în folosul proprietarului, ci al întregii comunități.
Pentru că mașinile electrice folosesc un număr mai mic de componente în mișcare, reviziile periodice vor genera costuri de întreținere mai mici pe toată durata de exploatare.
Prețul de achiziție ridicat încă reprezintă un dezavantaj al mașinilor electrice. Chiar și cu bonusurile guvernamentale, un astfel de model ajunge să coste mai mult decât o mașină echivalentă cu motor diesel sau benzină.
În ultimii ani, infrastructura de încărcare s-a dezvoltat foarte mult. Uniunea Europeană propune o serie de proiecte care să susțină instalarea stațiilor pentru reîncărcarea mașinilor electrice, dar chiar și așa, numărul prizelor publice nu este unul ridicat.
În ceea ce privește infrastructura pentru mașinile electrice cu pile de combustie pe bază de hidrogen, aceasta este aproape inexistentă, fiind puține puncte de operare la nivel european.
Deși în ultima perioadă s-au înregistrat îmbunătățiri majore în dreptul autonomiei, mașinile electrice încă nu pot parcurge distanțe comparabile cu cele ale unei mașini cu motor diesel sau benzină. Din acest motiv, multe dintre modelele electrice sunt văzute ca mașini destinate utilizării în mediul urban și pe distanțe scurte și medii.
Dacă în cazul mașinilor cu motoare cu ardere internă alimentarea are loc în doar câteva minute, în cazul modelelor electrice trebuie să aloci mai mult timp pentru reîncărcarea bateriilor. La o priză casnică vei aștepta până la 9-10 ore, în funcție de capacitatea bateriei, în timp ce la o stație de mare putere (50 kW, 100 kW), alimentarea până la 80% din capacitatea bateriei durează mai puțin de o oră.
Utilizarea efectivă a unei mașini electrice nu generează emisii, dar procesul de producție al mașinii, producția baterilor, generarea energiei electrice din surse non regenerabile și reciclarea bateriilor pot face ca amprenta de CO2 să fie echilibrată până la finalul ciclului de viață. Totuși, în ultimii ani, mai mulți oficiali ai marilor constructori au anunțat că au fost stabilite obiective clare astfel încât companiile pe care le conduc să devină neutre din punct de vedere al emisiilor de carbon.
