Gdyby w motoryzacyjnym świecie wyróżnić najważniejsze „oczywiste oczywistości”, w czołówce z pewnością znalazłaby się informacja, że tradycyjny samochód zużywa mniej paliwa w trasie. W przypadku elektryków mamy do czynienia z odwrotną zasadą. Dlaczego?
Specyfika użycia silnika spalinowego jest dość prosta. Silniki spalania wewnętrznego, zarówno te zasilane benzyną jak i olejem napędowym, nie “lubią” powolnej jazdy w mieście. Ciągłe hamowanie i przyspieszanie oraz praca na biegu jałowym podczas jazdy w korku sprawiają, że zapotrzebowanie na paliwo zdecydowanie rośnie. Jak bardzo? Silnik zasilany benzyną o pojemności 1,4 litra potrafi zimą spalić nawet 10 litrów bezołowiowej na 100 km, przy założeniu eksploatacji na krótkich odcinkach, czyli przed osiągnięciem temperatury roboczej wynik potrafi dochodzić do 11-12 litrów. Inaczej sprawa wygląda w sytuacji, w której ten sam pojazd trafi za miasto. Poruszanie się z jednostajną prędkością i ograniczone do minimum nagłe wzrosty prędkości pozwalają ograniczyć apetyt tego samego silnika nawet do 6,5 litra na każde 100 km.
O ile pogląd mówiący o tym, że jednostka napędowa zużywa więcej paliwa w mieście niż poza nim stał się rynkowym standardem, o tyle teraz – w dobie elektryfikacji motoryzacji – warto go nieco zrewidować. W końcu charakterystyka pracy elektrycznego układu napędowego sprawia, że proporcja staje się odwrotna, a zasięg aut elektrycznych maleje, ale… poza miastem. Jakie czynniki o tym decydują? Przede wszystkim należy zauważyć, że silnik spalinowy bez systemu start stop, pracuje także podczas postoju, zużywając przy tym paliwo. Silnik elektrycznego układu napędowego podczas postoju praktycznie nie zużywa energii elektrycznej. Drugą wartą podkreślenia kwestią jest rekuperacja czyli odzyskiwanie energii w procesie hamowania. W samochodzie z konwencjonalnym układem napędowym energia kinetyczna wytracana jest w hamulcach ciernych i bezpowrotnie zamieniana na energię cieplną. W samochodzie z napędem elektrycznym w procesie hamowania wykorzystywany jest silnik elektryczny, który zaczyna pracować jak prądnica i odzyskiwać część z energii hamującego pojazdu. Energia ta przekazywana jest do baterii pełniącej rolę magazynu energii i może zostać ponownie wykorzystana, zwiększając w wymierny sposób zasięg. Do tego dochodzą drobne kwestie, jak chociażby fakt, że silnik elektryczny praktycznie nie wymaga procesu „rozgrzewania” jak tradycyjny silnik spalinowy, który do osiągnięcia optymalnych warunków pracy wymaga osiągnięcia temperatury roboczej wynoszącej zazwyczaj w przedziale 85-90 st.C. Należy podkreślić, że nowoczesne, wysilone silniki spalania wewnętrznego o zwiększonej sprawności do osiągnięcia roboczej temperatury pracy wymagają dłuższego okresu niż poprzednie generacje spalinowych jednostek napędowych.
Ważnym czynnikiem decydującym o „oszczędności” silników elektrycznych podczas jazdy w cyklu miejskim jest przebieg charakterystyki momentu obrotowego. Praktycznie jego maksymalna wartość w samochodach z napędem elektrycznym jest dostępna dokładnie w tym samym momencie, w którym kierowca puści pedał hamulca. W przypadku jednostek benzynowych czy wysokoprężnych przebieg momentu wygląda już zupełnie inaczej i do osiągnięcia odpowiedniego jego poziomu, niezbędnego do uzyskania prędkości 50 czy 60 km/h ze startu konieczne jest osiągnięcie przez silnik odpowiedniej prędkości obrotowej.
Pokonując opór
Oczywiście specyfika pracy silnika elektrycznego to jedno. Wyeliminowanie ograniczeń związanych z wewnętrzną pracą e-motoru sprawiło, że ten musi się borykać z innym typem oporów – tymi Należy również pamiętać o oporach występującymiych na „zewnątrz” tzw. oporach ruchu. Pierwszy to opór toczenia, czyli siła jaką muszą przełamać koła do swobodnego toczenia się. Wpływ na opór toczenia ma wiele czynników. Do najważniejszych nich zaliczyć można np. ciśnienie powietrza w oponach, ugięcie dynamiczne opony, szerokość, profil opony i średnicę zewnętrzną, a także geometrię kół, opory pochodzące od łożysk, układu hamulcowego czy podatność sprężystą gumowych elementów zawieszenia. sprawne łożyska kół czy elementy zawieszenia.
Kolejny opór jaki musi pokonać auto, który wpływa bezpośrednio na opór toczenia, , jaki musi pokonać auto, jest związany z obciążeniem. Im więcej pasażerów zabierze kierowca i im więcej bagaży znajdzie się w bagażniku, tym bardziej wzrośnie masa pojazdu. A poruszenie większej masy wymaga zużycia większej ilości energii i co za tym idzie ogranicza zasięg aut elektrycznych.
Trzecim wartym przytoczenia oporem jest aerodynamika. Kształt nadwozia jest kluczowy nie tylko z uwagi na finezję linii. To on decyduje także o tym, z jak dużą łatwością samochód „wgryza” się w powietrze. Oczywiście przy większych prędkościach owo „wgryzanie” jest dużo trudniejsze. W motoryzacji przyjęło się używać określenia „bezwymiarowy współczynnik oporu powietrza (lub oporów aerodynamicznych)” i określać go oznaczeniem Cx. Jest to współczynnik przedstawiany zazwyczaj w materiałach reklamowych producentów pojazdów, którzy licytują się jego jak najniższą wartością. Należy jednak zauważyć, iż jak sama nazwa wskazuje, jest on bezwymiarowy i jednocześnie ściśle powiązany z powierzchnią czołową pojazdu. Zazwyczaj pojazd o mniejszej powierzchni czołowej i gorszym współczynniku Cx wykazuje się lepszymi właściwościami aerodynamicznymi niż pojazd z niskim współczynnikiem Cx i znacznie większą powierzchnią czołową. Dlaczego opór aerodynamiczny jest zatem tak ważny?
Otóż dlatego, że opory aerodynamiczne rosną w kwadracie prędkości. Skutkiem tego jest prosta zależność, wpływająca na znaczne ograniczenie zasięgu pojazdów z napędem elektrycznym poruszających się poza terenem miejskim, tzn. – im szybciej porusza się samochód elektryczny, tym więcej energii elektrycznej zużyje do utrzymania prędkości i tym szybciej skończą się zapasy energii zmagazynowane w baterii.
Elektryk przetestowany
Wpływ prędkości na zasięg aut elektrycznych w mieście i w trasie dobrze widać na przykładzie Volkswagena e-Golfa. W teście, przeprowadzonym przez jeden z polskich magazynów motoryzacyjnych, sprawdzono zużycie energii w tym aucie przy różnych prędkościach.
• Golf w wersji EV – zasięg miasto: jazda z prędkością do 50 km/h, zużycie energii wynosiło 14,7 kWh/100 km;
• Golf w wersji EV – zasięg trasa: jazda z prędkością 130 km/h, zużycie wzrosło do 24 kWh/100 km;
• Warto zauważyć, że podczas jazdy z prędkością 150 km/h, zużycie energii wzrosło do 38 kWh/100 km.