TECHNICZNE ASPEKTY EKSPLOATACJI SAMOCHODÓW ELEKTRYCZNYCH NA PRZYKŁADZIE RENAULT ZOE II R135

  Już od dłuższego czasu, na łamach wielu czasopism oraz w mediach, porusza się zagadnienia związane z elektromobilnością, czyli możliwością przemieszczania się pojazdów, których jednostką napędową nie byłby, tak jak dotychczas,  tłokowy silnik spalinowy, ale silnik elektryczny. Wychodząc naprzeciw wzrastającemu oczekiwaniu, jak również kształtującym się tendencjom w branży motoryzacyjnej, coraz więcej ludzi zastanawia się nad zakupem pojazdu elektrycznego biorąc jednak pod uwagę także kwestie późniejszej jego eksploatacji, kosztów użytkowania takiego samochodu, zagadnienia związane z ładowaniem akumulatora, czy też późniejszych, ewentualnych jego napraw.

   Już od dłuższego czasu w Renault Auto-Zięba, mieszczącego się w Katowicach przy ulicy Kościuszki 257 trwają prace mające na celu uzyskanie szeregu odpowiedzi na temat technicznych aspektów eksploatacji, w pełni elektrycznego, samochodu  marki Renault Zoe drugiej generacji.

Pojazd ten, do zasilania trójfazowgo silnika elektrycznego prądu przemiennego AC (Alternating Current)  o mocy maksymalnej 100 kW, czyli 135 KM przy prędkości obrotowej silnika 4200 min^-1,  wykorzystuje wysokonapięciowe żródło prądu stałego DC (Direct Current), czyli litowo-jonowy akumulator o napięciu nominalnym 400V i mocy aż 52 kW, czyli o pojemności 52 kWh. Umożliwia on przejechanie dystansu wynoszącego prawie 400 km.

To sprawia, że Renault Zoe jest najlepiej obecnie sprzedającym się samochodem w swoim segmencie. Jak podają oficjalne źródła maksymalny zasięg to dokładnie 395 km, ale trzeba zdawać sobie sprawę z tego, iż maksymalny zasięg konkretnego pojazdu w rzeczywistych warunkach drogowych (a nie na podstawie przeprowadzanych testów) może różnić się od podanych wyników pomiarów, gdyż na wartości te wpływają m.in. takie czynniki, jak: sposób ładowania akumulatora, jego wiek, ciśnienie powietrza w ogumieniu kół, rzeczywista masa pojazdu, jego stan techniczny, styl jazdy kierowcy czy wreszcie warunki drogowe (natężenie ruchu, stan i rodzaj nawierzchni drogi).

Jednak jak każdy akumulator wymaga on cyklicznego uzupełniania energii elektrycznej (ładunku). I tutaj w sukurs przychodzą nam cztery ( a dokłądnie dwie podwójne) stacje ładujące umożliwiające ich pełne naładowanie, które na terenie firmy Renault Auto-Zięba stanowią ich nierozerwalny krajobraz, gdzie każdy z potencjalnych nabywców samochodu elektrycznego EV (Electric Vehicle) może sam przekonać się o jego możliwościach. Taka ilość punktów ładowania stanowi jeszcze rzadkość w punktach dealerskich. Tym bardziej podkreślamy ten fakt z dumą.

I tak z poczynionych obserwacji można wnioskować iż terminale te, każda o mocy maksymalnej 22kW wyposażona w płynną regulację trójfazowego prądu ładowania o maksymalnym natężeniu 32A, są w stanie naładować rozładowany akumulator od 0 do 100% w niecałe 2,5 godziny. Oczywiście kiedy rozładowanie akumulatora będzie na poziomie ok. 20-30%  i wtedy przystąpimy do jego ładowania, czas ten ulegnie odpowiedniemu zmniejszeniu i wynosić będzie ok. 1 godziny i 40 minut. Dla porównania warto sobie uświadomić, że gdybyśmy  mieli naładować tenże akumulator z domowego gniazdka wykonanego w technologii Green-up o mocy 3,7 kW wykorzystującego jednofazową instalację elektryczną o prądzie znamionowym 16A - to wówczas czas jego naładowania wyniósłby ok. 14 godzin. Odpowiednio dla tej samej instalacji z tą różnicą, że zaprojektowaną na prąd 32A - czas ładowania zmniejszyłby się o połowę i wyniósłby 7h.   

Aby jednak jak najszybciej naładować rozładowany akumulator należałoby poszukać w miejscu swojego zamieszkania stacji ładującej trójfazowym prądem zmiennym AC o natężeniu 72A o mocy 50kW, która cały proces pełnego ładowania skróciłaby aż do 1 godziny i 2 minut. Pamiętajmy jednak, iż w wyniku cyklicznego ładowania i rozładowywania akumulatora wzrasta jego rezystancja wewnętrzna, która z biegiem upływającego czasu będzie powodować straty napięcia objawiające się pojawieniem jego rzeczywistej pojemności (a nie tej co podaje producent), co w konsekwencji będzie generować konieczność częstszego jego ładowania z wymianą na nowy egzemplarz włącznie.

Jednak i tutaj należy podkreślić, że producent daje na akumulator aż 8-letnią gwarancję, a dopiero po upływie tego czasu może nastąpić spadek jego pojemności do 70% jego wartości nominalnej. Oczywiście koszt zakupu nowego akumulatora może być znaczący. Ale pamiętać też należy, że samochód elektryczny jest generalnie znacznie prostszy pod względem konstrukcyjnym od pojazdu wyposażonego w silnik spalinowy.

Z przeprowadzonych obserwacji i badań na terenie firmy Renault Auto-Zięba szacuje się, że ilość części ruchomych spadła aż o 80%, znacznie redukując koszty eksploatacyjne i serwisowe takiego pojazdu z uwagi na brak konieczności wymiany części z powodu ich zużycia. Dzięki prostej budowie napędu elektrycznego, małym wymiarom, niższej masie i wysokiej niezawodności koszty serwisowania takiego pojazdu powinny być mniejsze o ok. 60-80%.

Analiza użytkowania samochodu  Renault Zoe drugiej generacji pokazała, że pojazd jest prawie bezobsługowy. W trakcie użytkowania pojazdu elektrycznego wymienia się znacznie mniej części, nie ma potrzeby regularnych serwisów, wymiany płynów eksploatacyjnych (np. oleju silnikowego), wymiany filtrów m.in. w układzie zasilania paliwa czy reaktorów katalitycznego dopalania spalin w układzie wydechowym, kontroli i regulacji rozrządu, kontroli nieszczelności (wycieków) i naprawy silnika, sprzęgieł i kół dwumasowych, turbosprężarek itd. Ponadto sam układ chłodzenia silnika też jest prostszy (tylko moduł sterujący zasilaniem elektrycznym silnika PEC - Power Electric Controller, w skład którego wchodzi ładowarka (moduł prostownika) oraz tzw. falownik napięcia (nazywany przemiennikiem częstotliwości albo inwerterem) z całym zespołem kondensatorów - to jedyny podzespół wymagający chłodzenia płynem. Ciepło generowane przez sam silnik elektryczny odprowadzane jest dzięki zastosowaniu odpowiedniego wentylatora. Hamowanie odzyskowe (tzw. rekuperacyjne), kiedy hamujemy i kinetyczna energia mechaniczna doprowadzona do naszej maszyny elektrycznej zamienia ją w generator prądu, umożliwiając doładowywanie akumulatora podczas hamowania - ogranicza zużycie tarcz i klocków hamulcowych. Zatem koszty eksploatacji pojazdu elektrycznego w porównaniu ze spalinowym jes bez wątpienia jego niezaprzeczalną korzyścią.
  

W Renault Zoe z uwagi na napęd silnikiem elektrycznym warto też wspomnieć o wysokim i stałym momencie obrotowym wynoszącym aż 245 Nm dla całego spektrum prędkości obrotowych silnika (wypłaszczona charakterystyka momentu), co powoduje iż rozpędzenie takiego samochodu trwa znacznie krócej (przyspieszenie od 0 do 100 km/h trwa zaledwie 9s) i do większych prędkości. Duża elastyczność silnika zastosowanego w Renault Zoe, zarówno momentu, jak też prędkości obrotowej zdeterminowała zastosowanie automatycznej redukcyjnej skrzyni biegów z jednym biegiem do przodu (tryb D - Drive), jednym biegiem do tyłu (tryb R - Rear) oraz trybu B - Brake wykorzystującego rekuperację energii umożliwiającą doładowanie akumulatora podczas hamowania pojazdu.

  Na zakończenie warto też mieć na uwadze fakt, że również sterowanie napędem elektrycznym jest zdecydowanie prostsze i bardziej efektywne. Wymaga ono, co prawda, zastosowania skomplikowanych komponentów elektronicznych (np. wspomnianego falownika, którego zadaniem jest zamiana prądu stałego DC na przemienny AC, bo  takiego właśnie zasilania wymaga zastosowany w Renault Zoe silnik elektryczny), tym niemniej naprawy takich podzespołów nie są aż tak skomplikowane i drogie. Zastosowany w Renault Zoe układ regulacji zasilania silnika precyzyjnie pozwala na dokładną kontrolę zarówno jego prędkości obrotowej, jak i momentu obrotowego powodując, że konwersja energii elektrycznej na mechaniczną jest na poziomie ok. 90% (dla porównania zamiana energii chemicznej drzemiącej w paliwie na mechaniczną jest na poziomie ok. 35-40% w benzynowym silniku spalinowym).

   Reasumując pojazd elektryczny, przynajmniej teoretycznie powinien być znacznie mniej awaryjny od tradycyjnego pojazdu wyposażonego w silnik spalinowy, jego eksploatacja, a co za tym idzie również koszty, nie aż takie wysokie. Polskie ministerstwo gospodarki również podjęło działania w kierunku promowania pojazdów elektrycznych EV. Rozpoczęto przedsięwzięcia gospodarcze z udziałem wielu firm energetycznych i przemysłu w celu uruchomienia globalnej infrastruktury ładowania akumulatorów i dopłat do zakupu samochodu elektrycznego. Tym niemniej, na chwilę obecną wydaje się, iż zakup pojazdu elektrycznego jest dobrym pomysłem dla tych wszystkich, którzy większość swojego czasu spędzają na poruszaniu się po mieście, w warunkach ograniczonego ruchu pojazdów w miejskich strefach ruchu. Oczywiście możliwość wjazdu Renault Zoe do strefy czystego transportu, jak również możliwość jazdy po buspasach oraz darmowe parkowanie w strefach płatnego parkowania jest także nie bez znaczenia i godna zainteresowania.

   Serdecznie Państwa zapraszamy do salonu Renault Auto-Zięba na jazdę próbną samochodem marki Renault Zoe i osobistym przekonaniu się, co do możliwości tegoż samochodu, a nasi pracownicy służyć będą Państwu fachową pomocą i doradztwem technicznym, jak również odpowiedzą na wszystkie nurtujące Państwa, w tej materii, pytania.

Tekst dr inż. Piotr Gustof

Politechnika Śląska, Wydział Transportu i Inżynierii Lotniczej

Dyrekcja Techniczna Obiektu Auto-Zięba