Przyczynek do dyskusji o przyszłości napędów elektrycznych w pojazdach samochodowych A contribution to the discussion about the future of drives in automotive vehicles

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 125. Transport. 2019. Marek Idzior, Martin Kornaszewski

(2)

(3) # >* )" '

(4) > Instytut Silników Spalinowych i transportu. 23423. 7'73 6)1'2325'841 !79+.. "34234:+')!27!4: SAMOCHODOWYCH 9!

(5)

(6)

(7)

(8) >maj 2019. Streszczenie: *&

(9)

(10)

(11) !

(12) %

(13)

(14)

(15) GPrzedstawiono istot!

(16)

(17) ! oraz specyfik! konstrukcji pojazdów %! mi. /

(18)

(19) %! % %>%%

(20)

(21)

(22)

(23) %

(24)

(25)

(26)

(27) %, jest

(28) ! G*

(29)

(30)

(31) %

(32)

(33) !

(34) &

(35)

(36) dowiska powodowanego przez silniki spalinowe. 9

(37)

(38)

(39) % daje projektantom samochodów szerokie pole do rozwijania koncepcji silnika elektrycznego. Przy

(40) %

(41)

(42) %

(43)

(44) %

(45) " %>

(46)

(47)

(48) % %>

(49) $& "

(50)

(51)

(52) ku motoryzacyjnym stopniowo wzrasta. % =

(53) >! >

(54) $. 1. WPROWADZENIE *

(55)

(56) & ! &

(57) (

(58) "

(59) $

(60) #%

(61)

(62)

(63)

(64)

(65) , % "

(66)

(67) ! dów o najlepiej zerowej emisji substancji szkodliwych i toksycznych. * !

(68) !

(69)

(70) % ! mi silni % %> %%

(71)

(72)

(73)

(74) %

(75)

(76) z silnikiem

(77) %G*

(78)

(79)

(80) %

(81)

(82) !

(83) &

(84)

(85)

(86)

(87)

(88)

(89)

(90) niki spalinowe.

(91)

(92)

(93) % "

(94) &

(95)

(96) % %

(97) " >"

(98)

(99) "!

(100)

(101) % % %

(102)

(103)

(104)

(105) &

(106) _ ( >

(107) % itdG 9

(108)

(109)

(110) %

(111)

(112) % %

(113)

(114) szerokie pole do rozwijania koncepcji silnika elektrycznego. Przy równoczesnym popycie.

(115) %

(116)

(117) %

(118) " %>

(119) zain-.

(120) 28. Marek Idzior, Martin Kornaszewski. teresowanie

(121) % %>

(122) $& "

(123)

(124)

(125) motoryzacyjnym stopniowo wzrasta. ;%$" >"

(126) % %

(127) %

(128) %

(129) %>

(130)

(131)

(132)

(133) %

(134)

(135)

(136) !> %" >

(137) &" "

(138) $

(139)

(140) $G @& ! "

(141) pojazdami ! mi silnikami elektrycznymi. *

(142) ||

(143)

(144) !

(145)

(146) %

(147) %

(148)

(149) trycznych –

(150)

(151)

(152)

(153)

(154)

(155) || %

(156)

(157) >

(158) +);)

(159) `+*

(160) ',Gq" |

(161)

(162)

(163)

(164)

(165)

(166)

(167) Y| ! > natomiast w roku | !> "e liczba ta przekroczy 2 miliony. Prognoza na rok 2025 zamyka si! &

(168)

(169)

(170) %

(171) G. }^1"'"!'2+')6!79+.. "34234: Silnik elektryczny ma zdecydowanie "

(172) $ "

(173) G ;

(174)

(175) ener % !G' %sem w silniku elektrycznym to blisko 100%G

(176) ! %

(177)

(178) %

(179)

(180) !§:

(181) &

(182)

(183) ! > %

(184)

(185) zacja –

(186) ¨¨ !&

(187) "

(188) © Pod koniec XIX % ,

(189) >` > ">+

(190) > & ;

(191) ª

(192) >%

(193) "&

(194)

(195)

(196) !

(197) $

(198) Y %> !"

(199) %

(200)

(201)

(202) ~ %G:

(203) & jako taksówki dla

(204) ( > ! !& %

(205)

(206)

(207) #%G 9

(208)

(209) % ! %

(210)

(211) % %

(212) ! %

(213)

(214) ! % %G*

(215) Y

(216) struktorzy: Karl Benz i Gottlieb Da%

(217)

(218)

(219) &!

(220) % %

(221)

(222) > % G

(223)

(224)

(225) %% - &

(226) > % >

(227) % &

(228)

(229) &% &>"

(230)

(231) &

(232)

(233) >

(234)

(235) ( %

(236)

(237) $

(238) !G/%

(239)

(240) & !&

(241)

(242) %

(243) >"%

(244) ! !>

(245) %

(246)

(247) %

(248)

(249)

(250) &% >

(251)

(252) & G/%

(253)

(254) % % %

(255) "

(256) >"&

(257)

(258)

(259)

(260)

(261) !% (

(262) rowcy –

(263) $ $G; &&

(264) %

(265) $

(266)

(267) &

(268) > $& > %

(269) "

(270)

(271) ! [5]. +%

(272)

(273) " " ! > %& > G ! "

(274)

(275) G / %

(276)

(277)

(278) % !

(279)

(280) % (

(281)

(282) > %

(283) "

(284)

(285) %

(286) !

(287) %

(288) %

(289) !G

(290) % ¨)¨

(291) ¨¨& & %%

(292) G */

(293)

(294) %

(295) "

(296) $%%

(297)

(298)

(299)

(300)

(301) G+%

(302)

(303) %

(304)

(305)

(306) " .

(307)

(308)

(309)

(310) !

(311) ach samochodowych. 29.

(312) %%

(313)

(314) >

(315)

(316) !

(317)

(318) !" kami spalinowymi. 9

(319) %

(320)

(321) &% %ga

(322) %

(323) % - wiel !" %

(324)

(325) G

(326)

(327) G q % &

(328)

(329)

(330) % &

(331) >

(332)

(333)

(334) &

(335)

(336) wane konstrukcje, z powodze%! %

(337)

(338) G

(339)

(340)

(341)

(342) to krót !

(343) G %

(344)

(345)

(346) -

(347)

(348) % snych samochodach od 40 do 100 kWh energii "

(349) %

(350)

(351) >go mocy i zap

(352) &

(353) G

(354) rcza do pokonania od 300 do nawet 500-600 km. ;

(355)

(356) > " %

(357)

(358) r ! !

(359) %

(360) &>

(361) > " "

(362) (

(363) %%

(364) %

(365) ejestro

(366) }Y>~ G

(367) > %Y|

(368) G !" |?

(369) GQ

(370) !>

(371)

(372) ; ,(> }|| G nych eg% &

(373)

(374)

(375)

(376) > !> któ % >"&!

(377) (% > & !% GElektromotoryzacji " zatrzyma! Jak to zatem jest z samochodami elektrycznymi? Najpierw & hybrydowe i

(378)

(379)

(380) >&

(381) "%& $ !! wie. Auto hybrydowe ma silnik spalinowy (benzynowy lub diesel), a do tego niewielkie baterie i silnik elektryczny (jeden, dwa lub >

(382) " > &

(383)

(384)

(385) %

(386) >&

(387)

(388) ( %

(389) !$

(390) G & dy n !

(391) $

(392) a& " $ !> & !->

(393) "

(394) & " >! %"

(395) ! & %> %

(396) G Auto elektryczne wprawiane jest w ruch przez silnik elektryczny, któ ! z baterii, takich jak w smartfonie lub laptopie, ale jest ich w!G` &

(397) $

(398)

(399)

(400) % &%

(401) "G

(402) %

(403) & $

(404) } *>

(405) ?-12 godzin dla Nissana Leafa lub Renault Zoe, po%

(406) $ & ~| kW), szybkie (7 kW, 3-6 godzin), bardzo szybkie (43 * zmienny, 50 * >|

(407) G& }|%&perszybkie (Superchargery Tesli, 120 kW, 80 procent w 30 minut - baterie w '

(408) ! "

(409) ->

(410) %%

(411) ! %

(412) szybkich i bardzo &

(413)

(414)

(415)

(416) }|%G@&

(417)

(418)

(419)

(420) Y|

(421)

(422) - po|| GG

(423)

(424) § 1 kWh w

(425)

(426)

(427)

(428)

(429) Y{

(430) G ;

(431) & 9nault Zoe (40 * >& $}| %>

(432)

(433)

(434)

(435)

(436) }G

(437) "%

(438)

(439) &

(440) silnikiem diesla> % (& Y>Y|| %>

(441)

(442)

(443) ||> ! tryczn %

(444) M "|| %%

(445) "

(446) !$ |G q przeszkód przed zakupem au

(447) !G '% >

(448) &" !

(449)

(450) > >!

(451) dawany w danych fabrycznych daleki jest od rze

(452) , zarówno w przypadku aut na > & !

(453) !

(454) . * do Renault Zoe - deklarowany !

(455) ~|| %>

(456) }||-350 km. Uspo

(457) >"9

(458) jedy

(459) "!

(460) % /

(461)

(462) 200 km). ;%$%

(463) ">"%& !czy

(464) !

(465) jest tak samo, czyli im zimniej, t %% ! tyt [6, 11]. ;

(466) & !> " dowanie zmniejsza moc baterii. Obec !

(467) $ .

(468) 30. Marek Idzior, Martin Kornaszewski. dowana jest w domach lub w miej > !

(469)

(470)

(471) %

(472)

(473) %

(474) & " G)

(475) ma nic nowego - 10-

(476) %

(477) %& &

(478) " "%% "" (bryki, zatem zjawi

(479)

(480)

(481) &G&

(482) $& & %

(483) >

(484)

(485)

(486)

(487)

(488) ! |

(489) G

(490) & G ! ©

(491) pierwszej generacji Leafa, Nissan z powodu wady fa& % & |>|

(492) G % " }|| G

(493) }| mian baterii przy koszcie porówny % %

(494) wego). Leaf jest bardzo popularny >

(495)

(496) %~|| G %>

(497) % &

(498) %

(499) &rii to tylko 1 kreska na 12-

(500)

(501) % M

(502) & [11]. Zatem !ekologiczne? *&#

(503) &

(504) przez „The Guardian”, pokonanie autem z silnikiem spalinowym 100 km potrzebuje 26 MJ

(505)

(506) & %

(507) &

(508)

(509)

(510)

(511)

(512) &

(513) > a potem jeszcze 142 MJ, by to

(514) || %

(515) > %{|+qG W przypadku auta elektrycznego, energetyczny koszt wyprodukowania

(516)

(517) !

(518)

(519)

(520) {~ MJ, ale koszt energetyczny ponoszony przez to

(521)

(522) "

(523) } MJ (razem 112 +qG%

(524) ! dem efek

(525) >o elek >

(526)

(527)

(528)

(529)

(530) !

(531) wej,

(532) }|

(533) G M

(534)

(535) G'

(536) "

(537) > %& "

(538) -aut produkuje elektrownia za miastem i jakby jest mniej szko

(539)

(540) " !

(541) %&

(542) #

(543)

(544) %%

(545) chodów [10].

(546) " &

(547)

(548) `

(549)

(550)

(551)

(552) sowanych

(553) % %

(554) >

(555) &# &#& prac naukowo-badawczych w tym obszarze d

(556) !

(557) ! - !

(558) . %

(559)

(560) %

(561) %

(562) & %

(563) &

(564) a,

(565) %

(566)

(567) %

(568) Gq %>

(569) || % tor litowo-

(570)

(571) >

(572) %

(573) $ %

(574) & &

(575) $ prawie 1000 USD/kWh. Do roku 2020 prognozowano spadek cen baterii litowo-jonowych do p

(576)

(577) %

(578)

(579)

(580) || > "

(581)

(582) %(

(583) %%&

(584) "

(585)

(586)

(587) |G. Rys. 1. Cena baterii litowo-jonowych (USD/kWh) oraz rocznego zapotrzebowania przez EV [3].

(588)

(589)

(590)

(591) !

(592) ach samochodowych. 31. ;&

(593)

(594) %$

(595) zne w Norwegii, która swoje bogactwo ! "

(596) (

(597) >%

(598) !&

(599) lektrowni, przez co ma bardzo ekolo

(600) G;

(601) ! ( > " ;

(602) >

(603)

(604) > " ! szym w Europie rynkiem dla aut elektrycznych (33 tys. sprzedanych e- %

(605) GQ %M

(606) !% pochodzenia energii w elek

(607) " :>` zylii i Nowej Zelandii (bar

(608) "

(609) wody), ale np. w Wielkiej Brytanii, Niemczech, Chinach, Polsce czy /

(610)

(611) !

(612) $

(613)

(614) &

(615)

(616) G

(617) problem! /&#'

(618) ®Environment” >" &

(619) !

(620)

(621)

(622) darkach Polski i Niemiec, eko

(623)

(624)

(625) &%ce wytworzenie baterii, wyprodukowanie auta elektrycznego i wprawienia go w ruch przez ca

(626) " cie, %%%

(627) Y

(628) G%" %diesla> cji ekolo !Y

(629) ent [8]!. 3. SPECYFIKA KONSTRUKCJI POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH C

(630) >

(631) > & >

(632) #>

(633)

(634) %

(635)

(636) %

(637)

(638) >&!

(639) &> !

(640) %

(641)

(642) G

(643) %>&

(644) § +

(645) "

(646) > "

(647)

(648) trycznych? Silnik spalinowy to jedno

(649)

(650) #

(651) !% Gq

(652)

(653) $! ~|

(654) G

(655) $ "

(656) "> przekracza 90 procent.

(657)

(658) jest takim dobrodziejstwem, dlaczego nasze

(659) ch? W Polsce ich liczba nie

(660) !jeszcze 2 tys. Jak donosi Obserwatorium Rynku Paliw Alternatywnych, w drugim kwartale tego roku zarejestrowano zaledwie 203 takie pojazdy. Dla porównania - ;% G ; !

(661) > "

(662) yce jest daleko przed nami. Na Starym Kontynencie w 2018 roku mia

(663) M$ "%

(664) G * $& !%

(665)

(666) >"

(667) %

(668) &

(669) $

(670) &

(671)

(672) >

(673) &

(674)

(675)

(676)

(677)

(678) G' -

(679)

(680) !

(681)

(682)

(683) %

(684)

(685)

(686)

(687) Q G*

(688) ! ~

(689)

(690) G *" %

(691) &%%

(692)

(693)

(694) !%

(695)

(696) trycznych. Nie jest jeszcze rozpowszechnion

(697) > "

(698)

(699) prostsze technicznie. *

(700) %

(701) " ">"

(702)

(703) & #

(704) ! %

(705) %> e jak c

(706) >

(707) > skrzynia biegów, alternat

(708) > &

(709) !" >

(710)

(711) %

(712) >

(713) %

(714)

(715) %

(716) #>

(717)

(718) %

(719)

(720) %

(721)

(722) >&!

(723) &> .

(724) 32. Marek Idzior, Martin Kornaszewski. !

(725) %

(726)

(727) ów elektrycznych. Zdecydowanie prostsza konstrukcja samochodów elektrycznych potrzebuje mniejszych

(728) !

(729) %

(730) %

(731)

(732)

(733) G *

(734) >"

(735) %

(736) !%

(737)

(738) !

(739)

(740)

(741) ?

(742) { !

(743) G. Rys. 2.

(744)

(745) !

(746) %

(747)

(748)

(749) [7]. ; " %

(750)

(751) &%%>"pojazdy !% % %

(752) G ;

(753)

(754) &

(755)

(756) % arnym prze

(757) %>& % !%" G

(758) &%% %

(759) "& $ "&

(760)

(761) %

(762) G ;

(763)

(764)

(765) % %%

(766) " $

(767) &%> %

(768) "

(769) $!"w Polsce. * %

(770)

(771) " & G #

(772) " %

(773)

(774) %

(775) >&

(776) "

(777) &!>

(778) % > "

(779)

(780) $

(781) &!

(782) "G )

(783)

(784) ! &

(785) #>"

(786)

(787) & warunków eksploatacji. ; ! !" % "%> padku niektórych klientów warszta

(788) &

(789) (

(790) !?|; ,(- praktycznie

(791) G* % %

(792) GQ %Smart w Saarbrücken

(793) &

(794) | %

(795)

(796)

(797)

(798) %

(799) naprawy, to drobnostki - >

(800)

(801) %

(802) G W BMW i3 nie stwierdzono " %

(803) ! du. Nawet samocho "

(804) !

(805) " cia. Techniczna %

(806) $% %

(807)

(808)

(809) % > ! "

(810) Gq

(811) &

(812)

(813)

(814) &% > " %!

(815) ty serwisowania. Problemem jest olej silnikowy>

(816)

(817)

(818) $ % &

(819) % M em do

(820) %

(821)

(822)

(823) G ;

(824) &% !G U

(825) ce pro-.

(826)

(827)

(828)

(829) !

(830) ach samochodowych. 33.

(831)

(832) !

(833) "> " %

(834)

(835) %

(836) % &!

(837) $

(838) niewielki %

(839)

(840) G "!$- " od modelu obliczeniowego 75 lub 85% -

(841) $&!

(842) & -in lub

(843) % ! (Range Extender) - samochody elektryczne z

(844)

(845) % % % silnikiem spali

(846) % " %

(847) G / ! one koszty serwisu i konserwa>

(848) "

(849)

(850)

(851) >

(852)

(853)

(854)

(855) %

(856)

(857)

(858) !

(859)

(860)

(861) nia instalacja elektryczna i elektronicznG' & "

(862)

(863)

(864) %! $ " % G

(865) $>"

(866) %

(867) &

(868)

(869)

(870) &!

(871)

(872) >

(873) "

(874)

(875)

(876)

(877) ~-6 latach eksploata

(878)

(879) ce serwisowe i konserwacyjne. Ale trudna sytua

(880) !& %G. Rys. 3. q

(881)

(882) & po 60 000km [4]. Na razie

(883) & %

(884) zostanie niezmieniony> !

(885)

(886) "

(887)

(888) GPojazdy na!e akumulatorowo %

(889)

(890) > %

(891)

(892) wisowania, np.: %

(893) > odzenia (silnika elektrycznego i akumulatora), opony, % ( % &

(894) %>

(895) %

(896) % G Ogóln%

(897) " $>"

(898) &

(899)

(900) %

(901) tromobilno> &" >

(902) %$. % %% ! %

(903)

(904) ! - praktycznie od razu po starcie zapewnia wysoki maksymalny moment obrotowy (np. w ZOE: 220–Y ;%> % !

(905) 3–~ G

(906) & G%G ;!

(907)

(908) &rotów mocy maksymalnej, który % !

(909) –} G

(910) & G%G ! %

(911)

(912) %

(913) & skrzyni biegów - je >

(914)

(915) w%

(916) &

(917)

(918) "

(919)

(920)

(921) =_G.

(922) 34. Marek Idzior, Martin Kornaszewski. 4. PODSUMOWANIE Zgodnie z wymienionymi czynnikami, % !

(923) .

(924) >

(925) _

(926) % %

(927) litowo-j

(928)

(929) > !

(930) !!

(931) >

(932) % M

(933)

(934)

(935)

(936)

(937)

(938)

(939) %

(940) -politycznego ze strony coraz szerszej %

(941) " $

(942) >"%

(943) ` ` tric Vehicles) &!

(944) >" %G. Rys. 4.

(945)

(946)

(947) "%

(948)

(949)

(950)

(951) ||%G [2]. * >" w latach 2020-|Y % & %

(952)

(953) dów elektrycznych w sferach: mentalnej (psycholo>

(954)

(955)

(956) ( >

(957)

(958)

(959) |Y

(960)

(961) "

(962) G

(963) %

(964)

(965) %

(966) !

(967)

(968) %

(969) &

(970) G*

(971) ||

(972) }Y

(973)

(974)

(975)

(976) &!

(977) %

(978)

(979) >

(980) |~|

(981)

(982) % ! %$

(983) G ~~|%G/

(984) &!

(985) %

(986) %

(987)

(988) > "

(989) & !

(990) G Y|| G

(991) G % !

(992) " %

(993)

(994) ( >" % %|Y

(995)

(996) & "

(997)

(998) |

(999)

(1000) %

(1001) %G/

(1002)

(1003)

(1004)

(1005) de %

(1006) & % "

(1007) ~? ! " Q> " –

(1008) $ mniejszym stopniu – w USA i niektórych krajach Europy Zachodniej, gdzie wzrost wy

(1009)

(1010)

(1011) |G [2]. Obserwacja sytuacji rynkowej pokazuje, "

(1012)

(1013)

(1014) &

(1015) &!

(1016) !

(1017) %> %

(1018)

(1019) %Gq

(1020) .

(1021)

(1022)

(1023)

(1024) !

(1025)

(1026)

(1027)

(1028)

(1029) G %

(1030)

(1031) &