Language
Chip Tuning Blog

Zwiększenie zasięgu i trwałości baterii w samochodach elektrycznych

1.08.2017 14:36
przez V-tech Tuning

Jazda bazująca wyłącznie na korzystaniu z przyspieszania – zużywania lub regeneracji - odzyskiwania energii nie jest efektywna energetycznie i bardziej obciąża baterię.

Dla zobrazowania przyjrzyjmy się efektywności energetycznej i jako przykład weźmy zjazd autem ze wzniesienia i wyjechanie na następne o tej samej wysokości. Zbliżona do takiej sytuacja ma miejsce w terenie pofałdowanym. Dla uproszczenia pomińmy opory powietrza, opory toczenia oraz opory mechanizmów. Załóżmy, że akumulator w naszym pojeździe jest całkiem pusty.

Jeżeli zjeżdżamy ze wzniesienia wytwarzając prąd poprzez regenerację, to aby wyjechać pod przeciwległe wzniesienie potrzebujemy, by sprawność silnika, generatora prądu (także silnika), oraz baterii była stuprocentowa – czyli aby cała energia kinetyczna zamieniła się w energię elektryczną zgromadzoną w baterii a następnie aby ta energia bez strat została z powrotem przetworzona na energię kinetyczną.

Niestety to niemożliwe.

Sprawność baterii jest wysoka i możemy przyjąć jej wartość na poziomie 98%. Straty generują się w postaci ciepła wytwarzanego przez prąd płynący przez baterię w wyniku jej rezystancji wewnętrznej. Przy czym przepływ prądu wytwarza ciepło zarówno, gdy bateria jest ładowana, jak i gdy się rozładowuje.

Silnik uzyskuje sprawność na poziomie 90% zarówno przy regeneracji jak i napędzaniu. Oczywiście mówimy tu o silniku BLDC (Brushless Direct Current Motor – bezszczotkowy silnik elektryczny), bo rozwiązanie używane np. przez Teslę ma sprawność zauważalnie niższą).

Pomnóżmy więc dla całego cyklu (zjazd+podjazd) :

0.98 * 0.9 * 0.98 * 0.9 = 0.777924 czyli ok. 78% sprawności całego systemu.
Innymi słowy na energii wygenerowanej przy zjeździe dojedziemy do ¾ kolejnego wzniesienia…

Alternatywą jest zezwolenie na swobodne toczenie się auta. Oczywiście nie będzie tu mowy o stałej prędkości, gdyż fizyka nam mówi, że przy przyjętych powyżej uproszczeniach będzie to ruch jednostajnie przyspieszony przy zjeździe i jednostajnie opóźniony przy podjeździe, ale teoretycznie nasz samochód wykaże się 100% sprawnością i wyjedzie na sam szczyt przeciwległego wzniesienia.

Jazda w warunkach rzeczywistych będzie oczywiście skutkować mniejszą różnicą, gdyż opór powietrza będzie rósł z kwadratem prędkości i korzystniejsza będzie jazda z mniejszą, ale równą prędkością. Podobnie rzecz ma się z oporami toczenia. Jednakże oba te czynniki nie zniwelują wykazanej przewagi, gdy postawimy na swobodne toczenie, zamiast na regenerację i napędzanie. Rzeczywista różnica może nawet przekroczyć 10%, choć będzie zależeć od stylu jazdy i średniej prędkości - im będziemy średnio jeździć szybciej, tym zysk z toczenia będzie mniejszy.

Żywotność baterii.

Nie jest żadną tajemnicą fakt, że mało eksploatowana bateria ma się lepiej po upływie określonego czasu niż używana intensywnie. Wytwarzane przez przepływ prądu w trakcie pracy ciepło to główny, cichy zabójca baterii. Im więcej czasu auto się toczy i nie używa baterii - tym dłużej bateria może “odpoczywać” - stygnąć. Ponadto, ponieważ średnio pobieramy z niej wówczas mniej energii, to również nagrzewa się do niższej temperatury. Stąd auta używające funkcji toczenia (coast) mają większą żywotność akumulatorów. Według naszych pomiarów użycie i zużycie baterii jest o ok. 10% niższe w autach z funkcją toczenia (coast) - oczywiście przy założeniu świadomego korzysta z tej możliwości przez kierowcę. Przekłada się to wprost na około 10% większy zasięg przy umiarkowanych prędkościach i przedłużenie żywotności baterii o podobną wartość. Inaczej mówiąc ma szansę wytrzymać w aucie jedenaście lat zamiast dziesięciu. W samochodach z silnikami czysto indukcyjnymi, jak np. w Tesli sprawność silników jest niższa, niż w silnikach bezszczotkowych, co może skutkować możliwością uzyskania relatywnie większego przyrostu zasięgu i odciążeniem baterii, dochodzącym nawet do 15%. Różnicę potęguje dodatkowo niezbyt efektywna, nieliniowa konwersja zamiaru kierowcy urzeczywistniana położeniem pedału gazu na emitowaną moc. Do normalnej jazdy potrzebne jest przeciętnie 20-30% mocy samochodu. Maksymalna moc potrzebna jest okazjonalnie. Pedał gazu w Tesli jest mało precyzyjny, a niewielkie zmiany jego położenia powodują nadmierne skoki pobieranego lub regenerowanego prądu. Poprawa charakterystyki ukierunkowana na liniowym powiązaniu położenia pedału gazu z momentem obrotowym, a nie z mocą daje wzrost precyzji sterowania i dalszy ok. dwuprocentowy spadek zużycia energii. Może i to niewiele, ale ziarnko do ziarnka…

Ze względu na to, że nie wszystkie samochody elektryczne mają możliwość swobodnego toczenia bez włączenia “N”, przygotowane są gotowe rozwiązania dla Tesla Model X, Tesla Model S, Nissan Leaf 24kWh, Nissan Leaf 30kWh: http://evtun.com

Wróć

Oferta oraz podane ceny mają jedynie charakter informacyjny i nie stanowią oferty handlowej w rozumieniu Art. 66 par.1 Kodeksu Cywilnego. V-tech Tuning s.c. zastrzega sobie prawo do zmiany cen oraz opisywanych na niniejszej stronie usług. Zmiany te mają wówczas charakter wiążący.
Korzystanie z witryny oznacza zgodę na wykorzystywanie plików cookie. Więcej informacji w Wikipedii

facebook