Alternativní pohony silničních vozidel

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Alternativní pohony silničních vozidel Bakalářská práce

Vedoucí práce:

Vypracoval:

prof. Ing. František Bauer, CSc,

Václav Růžička

Brno 2013

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Alternativní pohony silničních vozidel vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.

dne ………………………………….. podpis studenta ……………………...

Poděkování

Děkuji panu prof. Ing. Františku Bauerovi, Csc., vedoucímu mé bakalářské práce, za metodické vedení při jejím psaní a za cenné rady.

ABSTRAKT Tato bakalářská práce se zabývá alternativními pohony pro silniční vozidla. Uvádí stručný přehled a popis alternativních pohonů silničních vozidel, které jsou nejvíce rozvíjeny a jsou již v současné době v sériové výrobě a prodeji. Zabývá se příčinami a důvody vývoje alternativních pohonů. Bakalářská práce se zaměřuje v první části na elektromotory, jejich princip fungování a různými druhy energetických zásobníku. Ve druhé části popisuje hybridní pohony a jejich druhy. V poslední části se zabývám vodíkovým pohonem, výrobou vodíku a druhy palivových článků pro vodíkový pohon. Na závěr je přiložený seznam vybraných vozidel s alternativním pohonem, která se v současné době vyrábí. Klíčová slova: elektrický pohon, akumulátor, hybridní automobil, vodík, palivový článek.

ABSTRACT This bachelor thesis includes alternative drive systems for road vehicles. It provides a brief overview and descriptions of alternative drive road vehicles, which are the most developed and are currently used in mass production and sales. It deals with the causes and reasons why the alternative fuels are developed. First part of the bachelor thesis is focused on electric motors, their operation principle and different types of energy storage. The other part describes different types of hybrid drives. The last section deals with hydrogen drive, hydrogen production and types of fuel cells for hydrogen powered vehicles. Attached in conclusion, there is a list of selected vehicles with an alternative propulsion, that are being produced. Keywords: electric drive, battery, hybrid vehicle, hydrogen, fuel cell.

1 Obsah 1

ÚVOD ....................................................................................................................... 9

2

CÍL BAKALÁŘSKÉ PRÁCE ................................................................................ 10

3

DŮVODY VZNIKU A VÝVOJE ALTERNATIVNÍCH POHONŮ SILNIČNÍCH

VOZIDEL ....................................................................................................................... 11 4

ELEKTROMOBILY .............................................................................................. 13 4.1

4.1.1

Stejnosměrné motory ................................................................................ 14

4.1.2

Střídavé elektromotory ............................................................................. 15

4.1.3

Magnetické elektromotory ........................................................................ 15

4.1.4

Transversální motor .................................................................................. 16

4.1.5

Řízený reluktanční motor.......................................................................... 16

4.2

5

Elektromotory .................................................................................................. 13

Akumulátorové systémy a energetické zásobníky ........................................... 17

4.2.1

Olověné akumulátory................................................................................ 17

4.2.2

Akumulátory nikl-metalhydrid ................................................................. 18

4.2.3

Akumulátory lithium-iontová ................................................................... 18

4.2.4

Akumulátory sodík-síra ............................................................................ 19

4.2.5

Akumulátory zinek-vzduch ....................................................................... 19

4.2.6

Akumulátory lithium-polymer .................................................................. 19

4.2.7

Akumulátory lithium-metal-hydrid........................................................... 19

HYBRIDY .............................................................................................................. 20 5.1

Uspořádání hybridních pohonů ........................................................................ 20

5.1.1

Sériové uspořádání .................................................................................... 20

5.1.2

Paralelní uspořádání .................................................................................. 21

5.1.3

Smíšené uspořádání .................................................................................. 22

5.2

Kritéria hodnocení hybridních systémů ........................................................... 22

5.3

5.3.1

Akumulátory ............................................................................................. 23

5.3.2

Vysoko energetické kondenzátory ............................................................ 23

5.3.3

Mechanické akumulátory energie ............................................................. 23

5.4

6

Druhy hybridních pohonů ................................................................................ 25

5.4.1

Plug-in hybrid ........................................................................................... 25

5.4.2

Mild hybrid ............................................................................................... 25

5.4.3

Asistovaný hybrid ..................................................................................... 25

5.4.4

Plný hybrid ................................................................................................ 25

VODÍKOVÝ POHON ............................................................................................ 26 6.1

Výroba vodíku .................................................................................................. 26

6.1.1

Parní reforming zemního plynu ................................................................ 26

6.1.2

Elektrolýza ................................................................................................ 27

6.1.3

Vysokoteplotní elektrolýza ....................................................................... 27

6.1.4

Termochemický cyklus ............................................................................. 27

6.2

7

Zásobníky elektrické energie ........................................................................... 23

Palivové články ................................................................................................ 27

6.2.1

Alkalický palivový článek AFC ............................................................... 28

6.2.2

Palivový článek polymer-elektrolyt PEFC ............................................... 29

6.2.3

Palivové články s kyselinou fosforečnou PAFC ....................................... 29

6.2.4

Palivové články zinek-vzduch .................................................................. 29

6.2.5

Palivové články s roztavenými uhličitany MCFC .................................... 30

6.2.6

Palivové články s methanolovým palivem DMFC ................................... 30

6.2.7

Regenerativní palivové články.................................................................. 30

TECHNICKÉ PARAMETRY VOZIDEL .............................................................. 31 7.1

Elektromobily................................................................................................... 31

7.1.1

Peugeot iOn............................................................................................... 31

7.1.2

Nissan Leaf ............................................................................................... 32

7.1.3

Citorën C- Zero ......................................................................................... 33

7.1.4

Mitsubishi i-MiEV .................................................................................... 34

7.1.5

Tazzari Zero .............................................................................................. 35

7.1.6

Think City ................................................................................................. 36

7.1.7

Mia Electrik .............................................................................................. 37

7.1.8

Tesla Model S ........................................................................................... 38

7.1.9

Smard ED .................................................................................................. 39

7.1.10

EVC R7 elektric ........................................................................................ 40

7.1.11

Mercedes – Benz SLS AMG Electric Drive ......................................... 41

7.2

Hybridy ............................................................................................................ 42

7.2.1

Lexus CT 200 h......................................................................................... 42

7.2.2

Lexus RX 450 h (AWD – elektricky řízený pohon všech kol) ................. 43

7.2.3

Lexus GS 450 h ......................................................................................... 44

7.2.4

Lexus LS 600h .......................................................................................... 45

7.2.5

Toyota Yaris ............................................................................................. 46

7.2.6

Toyota Auris ............................................................................................. 47

7.2.7

Toyota Prius Plug – In Hybrid .................................................................. 48

7.2.8

Toyota prius + ........................................................................................... 49

7.2.9

Toyota Prius .............................................................................................. 50

7.2.10

Honda Jazz ................................................................................................ 51

7.2.11

Honda Insight ............................................................................................ 52

7.2.12

Honda CR – Z ........................................................................................... 53

7.2.13

Peugeot 508 RXH ..................................................................................... 54

7.2.14

Peugeot 3008 HYBRID4 .......................................................................... 55

7.2.15

Infiniti M 35h AT ..................................................................................... 56

7.2.16

Citroën DS 5 Hybrid4 Aidream ................................................................ 57

7.2.17

Opel Ampera ............................................................................................. 58

7.2.18

BMW Active Hybrid 5 ............................................................................. 59

7.2.19

BMW Active Hybrid 7 ............................................................................. 60

7.2.20

Kia Optima Hybrid ................................................................................... 61

7.2.21

Volgswagen Tuareg Hybrid ...................................................................... 62

7.2.22

Porsche Cayenne S Hybrid ....................................................................... 63

7.2.23

Porsche Panamera S Hybrid ..................................................................... 64

7.2.24

Mercedes-Benz S 400 Hybrid ................................................................... 65

7.2.25

Mercedes-Benz E 300 BlueTech Hybrid .................................................. 66

7.2.26

Fisker Karma ............................................................................................. 67

7.3

Automobily na vodík........................................................................................ 68

7.3.1

Mercedes-Benz B F-CELL ....................................................................... 68

7.3.2

Honda FCX Clarity ................................................................................... 69

7.3.3

Hyundai ix 35 Hydrogen FCEV ............................................................... 70

8

POROVNÁVÁNÍ PARAMETRŮ JEDNOTLIVÝCH TYPŮ POHONŮ ............. 71

9

ZÁVĚR ................................................................................................................... 77

10

POUŽITÁ LITERATURA ..................................................................................... 79

11

SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ ......................................................................... 80

12

SEZNAM TABULEK ............................................................................................ 82

1 ÚVOD Počet automobilů roste tak rychle, že už předběhl populační růst lidstva. S rostoucím počtem vozidel stoupá spotřeba paliva, množství škodlivých emisí obsažených ve výfukových plynech, které znečišťují ovzduší a způsobují skleníkový efekt. Proto výrobci automobilů se snaží vyvíjet alternativní zdroje energie, které by při použití ve vozidlech neprodukovaly skoro žádné škodlivé emise a neznečišťovaly by ovzduší. Automobilky investují mnoho peněz do vývoje nových technologií a snaží se, aby automobily nebyly vůbec poháněny fosilními palivy. V současnosti jsou ale ještě pořád dražší než klasické automobily na benzín nebo naftu. Mezi alternativní pohony, které jsou v dnešní době už v sériové výrobě, patří elektromobily, hybridy a vodíkový pohon. Vozidla na tyto alternativní zdroje energie jsou k našemu životnímu prostředí šetrnější a některé neprodukují žádné škodlivé emise.

9

2 CÍL BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Cílem bakalářské práce je uvést současný stav ve vývoji alternativních pohonů u motorových vozidel. Uvést jednotlivé typy, seznámit s jejich problematikou a variantami. V závěru práce porovnat jednotlivé typy alternativních pohonů a posoudit, který je z nich výhodnější.

10

3 DŮVODY VZNIKU A VÝVOJE ALTERNATIVNÍCH POHONŮ SILNIČNÍCH VOZIDEL Hlavními důvody, proč se lidé zabývají vývojem alternativních pohonů pro motorová vozidla, je snížení výfukových emisí plynů, které mají dopad na nárůst globálního oteplování skleníkovým efektem. Další důvody jsou snižující se zásoby fosilních paliv ropy a zemního plynu, které vedou k jejich postupnému a nevyhnutelnému zdražování. Při vývoji alternativních pohonů pro vozidla udává směr ekologická a ekonomická úvaha. Celkové zásoby ropy nejsou dnes přesně známé. Nevíme kolik je na Světě zatím neobjevených úložišť ropy. Podle zprávy Mezinárodní agentury (IEA) je denní odbyt ropy 90,8 mil. barelů. Švýcarská banka UBS provedla průzkum, kde uvádí, že světové zásoby ropy stačí na 46 let. V tabulce s informacemi z roku 2012 je uvedeno 15 zemí a jejich zásoby ropy. Předpoklady neberou ohled na ekonomické změny, jako lepší využití energie vlivem technického pokroku a využívání nekonvenčních zásob ropy.

Tabulka 3.1: Tabulka porovnání 15 zemí v těžbě ropy Země 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Saudská arábie Venezuela Irán Irák Kuvajt Spojené arabské emiráty Rusko Libye Kazachstán Nigérie Kanada Spojené státy americké Katar Čína Brazílie

Zásoby ropy (mld. barelů)

Produkce ropy (mil. barelů)

265 211 137 115 102 98 77 46 40 37 32 31 26 15 14

11,75 2,47 4,13 2,7 2,75 3,23 10,33 0,834 1,61 2,4 3,92 10,59 1,64 4,19 2,5

Zdroj: www.investicniweb.cz

11

Na kolik let vydrží zásoby 72,4 234,1 88,4 128,1 110,9 94,1 20,6 76,7 62,1 42,4 26,3 11,3 45,2 9,9 18,3

Spalováním fosilních paliv vznikají škodlivé emise. V tomto případě se jedná o oxid uhelnatý, uhlovodík a oxid dusíku. Snížením množství škodlivých emisí ve výfukových plynech, se dokázalo použitím třícestného a oxidačního katalyzátoru. Tání ledovců a s tím i stoupající hladiny oceánů, má za následek skleníkový efekt. Skleníkový efekt je vyvolán oxidem uhličitým. Další skleníkové plyny jsou oxidy dusíku, freony a malé množství methanu. Narušování stratosférické ozónové vrstvy má za následek oxid dusíku. Větším narušením ozónové vrstvy, dopadá na zemský povrch neviditelné ultrafialové záření ze slunečních paprsků. Z důvodů nežádoucích účinků emisí, je v Evropě jejich množství ve výfukových plynech dáno platnou normou. Momentálně je platná norma EURO 5.

Tabulka 3.2: Tabulka emisních norem uvedená v g/km v kombinovaném provozu BENZÍN rok 1992 1996 2000 2005 2009 2014 DIESEL rok 1992 1996 2000 2005 2009 2014

norma EURO I EURO II EURO III EURO IV EURO V EURO VI

CO 3,16 2,20 2,30 1,00 1,00 1,00

Nox / / 0,15 0,08 0,06 0,06

HC+Nox 1,13 0,50 / / / /

HC / / 0,20 0,10 0,10 0,10

PC / / / / / /

norma EURO I EURO II EURO III EURO IV EURO V EURO VI

CO 3,16 1,00 0,64 0,50 0,50 0,50

Nox / / 0,50 0,25 0,18 0,08

HC+Nox 1,13 0,70 0,56 0,30 0,23 0,17

HC / / / / / /

PC 0,18 0,08 0,05 0,03 0,01 0,01

Zdroj: cs.autolexicon.net Automobily s alternativními pohony jsou vyvíjeny s ohledem na ekologii. Snaží se docílit co nejnižších emisí a aby byly poháněny palivy z obnovitelných zdrojů.

12

4 ELEKTROMOBILY Elektromobily se objevují od samého počátku automobilového průmyslu. Na začátku vývoje automobilů jich na elektrický pohon bylo více než klasických benzínových a naftových vozidel. Jejich vývoj se nevyvíjel tak rychle a čekalo se na nové technologie a materiály, které by dokázali odstranit jejich nevýhody. Hlavní výhodou elektromobilů je dostatečný výkon ve velkém rozsahu otáček, takřka žádné škodlivé emise, nízká hladina hluku, tichý chod a nižší náklady elektromotoru na ujetý kilometr. Nevýhodou je pak především menší jízdní výkon, omezený dojezd, vyšší pořizovací cena v porovnání s vozidly vybavenými klasickými benzinovými a naftovými motory, hmotnost vozidla zvětšenou o těžké akumulátory a jejich pomalé nabíjení. Mají ale svůj význam na krátké vzdálenosti. Elektromobily se nejčastěji objevují v lokalitách, kde jsou výfukové emise a hluk nežádoucí. Tyto lokality nejčastěji bývají pěší zóny, letiště a nádraží. V dnešní době se velmi rozšířily ve vnitropodnikové dopravě, kvůli krátké vzdálenosti mezi jednotlivými objekty. U elektromobilu se setkáváme stejně jako u automobilů se spalovacím motorem s převodovkou, diferenciálem, rozvodovkou a hnacím hřídelem. Centrální elektromotor pohání nejčastěji přední nebo zadní nápravu. Používají se tandemové hnací systémy se dvěma elektromotory. Další alternativou jsou elektromotory, které jsou přímo v kolech vozidla.

4.1 Elektromotory Používá se několik druhů elektromotorů: stejnosměrné, střídavé, magnetické, transversální a řízený reluktanční motor. Důležitými vlastnostmi elektromotoru je konstrukční spolehlivost, dostatečný výkon ve velkém rozsahu otáček, vyšší účinnost při malé hmotnosti, nízké náklady, krátkodobé přetížení a jeho výhodná cena.

B – baterie; E – elektromotor; D – diferenciál Obr. 4.1: Uspořádání hnacího ústrojí pro elektromobily (Vlk, 2004) 13

4.1.1 Stejnosměrné motory Stejnosměrné motory se sériovým buzením U tohoto způsobu buzení, je budící vinutí sériově zapojeno s kotvou. Tento elektromotor má jednodušší regulaci a požadované hodnotě proudu je úměrné napětí. Výhodou je schopnost rozbíhat velké setrvačné hmoty, kdy se otáčky přizpůsobí zatížení. Jeho nevýhodou je, že musí pracovat se zátěžovým momentem na hřídeli a při odlehčení elektromotoru hrozí jeho poškození vlivem vysokých otáček. Stejnosměrné motory s cizím buzením U těchto elektromotorů je budící vinutí napájeno cizím zdroje. Tento motor se vyznačuje tvrdou momentovou charakteristikou. Pro docílení vyšší účinnosti je v celém systému vysoké napětí. U tohoto typu buzení je zapotřebí vícestupňová převodovka, protože otáčky motoru jsou omezeny zhruba na 7 000 min-1. Výhodou je plynulá a jednoduchá regulace v širokém rozsahu, silné přetížení při rozjezdu, krátkodobě až o 100 % a nabíječka s usměrňovači z křemíku, která má připojení ke střídavé síti 230/410 V. Nevýhodou je nižší záběrový moment a zvýšení nákladů elektromotoru o izolaci a akumulátor. Stejnosměrné motory s derivačním buzením Zapojení je provedeno přes samostatné regulační prvky, se zapojeným budícím vinutím a obvodem kotvy. Tyto motory mají stejně jako motory s cizím buzením tvrdou momentovou charakteristiku. Jednoduše se brzdí a plynule je lze regulovat. Stejnosměrné motory se smíšeným buzením Smíšené buzení se skládá ze dvou budících vinutí. Jedno je zapojeno v sérii a druhé je zapojeno paralelně ke kotvě. Sériové vinutí při zatíženém motoru snižuje jeho otáčky a zvětší moment motoru. Derivačním vinutím je omezení otáček na prázdno. Výhodou je jednoduchá regulace a příznivá momentová charakteristika. Nevýhodou je nízká výkonová a energetická účinnost, dražší a náročnější údržba.

14

4.1.2 Střídavé elektromotory Asynchronní motor U třífázových asynchronních motorů odpadá vinutí kotvy a kolektor, díky čemuž motor dosáhne otáček až 20 000 min-1. Výhodou asynchronního elektromotoru je malá velikost, nižší hmotnost, jednodušší konstrukce, bezúdržbový, silně přetížitelný a s výkonovou hmotností asi 1 kg/kW. Nevýhodou jsou vyšší náklady na elektronickou regulaci, protože stejnosměrný proud se musí přeměnit na střídavý. Toho se nejčastěji dosáhne cyklickým zapínáním tyristoru. Energie získána při brzdění je dána vysokou účinnosti. (Vlk, 2004) Synchronní motor s permanentním buzením Tento typ umožňuje méně zastavěný prostor elektromotorem. Bezdrátové magnetické pole je vybuzené permanentními magnety. Zeslabením pole není pohon motoru možný, musí být použita vícestupňová převodovka, nebo vícenásobný regulátor výkonu akumulátoru.

Obr. 4.2: Synchronní motor s permanentním buzením (Kameš, 2004) 4.1.3 Magnetické elektromotory Tyto

elektromotory

lze

přidat

ke

skupině

synchronních

elektromotorů

s permanentním buzením. Rotor elektromotoru tvoří vylisované elektroplechy, ve kterých se nacházejí oddělené tangenciálně magnetizované magnety se střídavou polaritou. Magnetické siločáry vznikající v rotoru se ohýbají a proudí kolmo do statoru. Motor 15

nemá žádné elektrické součásti, které rotují. Uvnitř je stator složen z vylisovaných elektroplechů, které jsou tvořeny vysokopólovými nosiči cívek. Vzhledem k velkému zvětšení výkonu, musí být statorové vinutí chlazené kapalinou. Oproti konvenčním provedením je motor menší a lehčí.

Obr. 4.3: Elektromotor magnet-rotor (Vlk, 2004) 4.1.4 Transversální motor Proud je přiváděn do rotoru v obvodovém směru a magnetický tok statoru je paralelní. U této stavby je dosažení širokého rozsahu konstantního maximálního výkonu, dáno změnou stejnosměrného proudu. Jejich výhodou je, že jsou technicky dokonalé, kompaktní, robustní a tím i bezúdržbové. Tyto motory dosahují vysokých otáček až 15 000 min-1. Jejich účinnost je podobná stejnosměrným motorům. Nevýhodou transversálních motorů je drahé řízení a tím i vyšší cena. 4.1.5 Řízený reluktanční motor Jejich technika je založena na reluktančním krokovém motoru. V řízeném reluktančním motoru není žádné budící vinutí a rotor je z měkkého železa s pólovými nástavci ve tvaru ozubeného kola. Výkonovou elektronikou lze velmi dobře ovlivňovat otáčky a točivý moment. Rozběh reluktančního motoru je asynchronní a poté běží synchronně. Jejich hlavní výhodou je při nízkých otáčkách vysoký točivý moment, nízké náklady na údržbu, vysoké přetížení a nízký ohřev, robustní konstrukce, při vypnuté jedné nebo více fází stabilní běh motoru, vyšší účinnost a nízká cena. Nevýhodou je nerovnoměrný točivý moment a zvýšení emisí hluku.

16

Obr. 4.4: Řízený reluktanční motor (Kameš, 2004)

4.2 Akumulátorové systémy a energetické zásobníky Akumulátor mění přímo chemickou energii na elektrickou. Principem akumulátorů jsou dvě elektrody o různých materiálech, ponořené v elektrolytu obsahující nabité elektronické částečky, které umožňují vodivé spojení mezi články. Elektrolyt je zředěná kyselina, nebo rozpuštěná sůl. Při výběru akumulátoru jsou důležité následující parametry: měrný výkon (W. kg-1), měrná energie (W. h. kg-1), nabíjecí doba (h), údržba, životnost, recyklace a cena. 4.2.1 Olověné akumulátory Základem olověných akumulátorů je záporná elektroda z čistého olova a kladná elektroda z kysličníku olova. Elektrody jsou ponořeny v elektrolytu, kterým je vodou zředěná kyselina sírová. Napětí mezi elektrodami je 2 V. Nevýhodou těchto akumulátorů je jejich velká hmotnost a malé množství akumulované energie, která je asi 25 Wh/kg. Životnost akumulátoru jsou 4 roky, nebo 700 vybíjecích a nabíjecích cyklů. „Posledním typ sériově vyráběného olověného akumulátoru je založen na principu technologie spirálových článků. Oproti klasickým bateriím má 3x větší životnost. Nosné části desek jsou z čistého olova, elektrolyt je obsažen v mikroporézní skelné vatě separátoru.“ (Vlk, 2000) Nabíjecí proud u těchto akumulátorů může být až 100 A při napětí 14,4 V. Jejich jedinou výhodou, oproti jiným akumulátorům, je jejich nižší cena. Vliv na kapacitu akumulátoru má nízká teplota a vzrůstající vybíjecí proud. Nevýhodou je nízký výkon, měrná energie a citlivost na nabíjecí a vybíjecí režim. 17

Obr. 4.5: Olověný akumulátor (Kameš, 2004)

4.2.2 Akumulátory nikl-metalhydrid „Její anoda je na bázi sloučenin niklu, záporná elektroda ze slitiny pohlcující vodík. Elektrolytem je zředěný roztok hydroxidu. Mezitím je separátor, naplněný fysickým elektrolytem, většinou ředěným roztokem vápenatého nebo lithiového hydroxidu. Akumulátory nikl-metalhydrid jsou neškodné pro prostředí. Mimo jiné mají vyšší výkon i energetickou hustotu, nemohou ale být tak často nabíjeny a vybíjeny. Také u nich se vyskytuje paměťový efekt. Problémy jsou dále jen s vysokou cenou a relativně nákladnou recyklací na konci životnosti.“ (Kameš, 2004) 4.2.3 Akumulátory lithium-iontová Záporná elektroda je složena z kombinací několika prvků a to Li2MnO2, LiNiO2 nebo LiCoO2. Kladná elektroda je vyrobena z uhlíkové matrice z grafitisovaných částí koksu. Elektrolyt je tvořen vodivou solí a rozpouštědlem. Tyto akumulátory se nazývají kmitavé, neboť ionty mezi kladnou a zápornou elektrodou kmitají. Kmitání vzniká, když se při nabíjení ukládají ionty lithia do mřížky uhlíkové katody a při vybíjení jsou uvolňovány. Jejich hlavní výhodou je vysoká energetická a výkonová hustota. Měrná energie dosahuje většinou 120 – 130 Wh/kg a jejich životnost je 1 000 nabíjecích a vybíjecích cyklů. U tohoto typu akumulátorů se nevyskytuje paměťový efekt. Nevýhodou je energetická závislost na teplotě a vysoká cena. 18

4.2.4 Akumulátory sodík-síra Tento typ akumulátoru má elektrody sodík i síra tekuté při chemické reakci. Elektrody jsou ponořené do elektrolytu z oxidu hlinitého, který je dobrý vodič iontů. Samotná síra není vodivá, proto se musí použít grafitová plst pro vedení proudu, která je s kovovou kostrou spojená jako kladný pól. Akumulátor, který má velký počet článků, má pracovní teplotou 380 °C. Články v akumulátoru mohou být řazeny dvěma způsoby, sériově a paralelně. Výhodou těchto akumulátorů je vyšší měrný výkon, měrná energie, absolutně bezúdržbový a energetická účinnost 88 %. Životnost akumulátoru je 1 000 nabíjecích a vybíjecích cyklů, nebo dojezdová vzdálenost 30 000 km. Nevýhodou je vysoká cena a nutnost tepelné izolace akumulátoru. 4.2.5 Akumulátory zinek-vzduch „Dosahují hustoty energie až 220 Wh/kg a při tom jsou o 30 % lehčí než například akumulátory typu sodík-síra. Elektrolyt je tvořen vodným roztokem hydroxidu sodného. Požadovaný odběr výkonu vyžaduje jeho chlazení, při nízkých teplotách musí být ohříván.“ (Vlk, 2004) 4.2.6 Akumulátory lithium-polymer Katoda je vyrobena z kovové fólie a anoda je vyrobena z lithiové fólie. Obě elektrody jsou se zakotveným organosulfidovým polymerem. Při různém použití materiálu elektrod, může být napětí na článku 1,8 – 3 V. Hustota energie je 150 Wh/kg při výkonové hustotě 200 W/kg. Pracovní teplota bývá v rozmezí 40 – 150 °C. Při rychlém nabíjení, může být dosaženo 90 % nabíjecí účinnosti. (Vlk, 2004) 4.2.7 Akumulátory lithium-metal-hydrid Anoda se skládá z uhlíkové matrice, připravené z grafitizovaných částí koksu. Katoda je tvořena z Li xMnO2. U tohoto typu akumulátorů je nejvyšší energetická hustota a jeho hmotnost je nejmenší oproti všem uvedeným akumulátorům. Jejich výhodou je velká odolnost proti vybíjení, přebíjení, mechanickému poškození a zkratu. Pracovní teplota těchto akumulátorů je ve velmi širokém rozsahu.

19

5 HYBRIDY Vozidlo na hybridní pohon má více jak jeden poháněcí zdroj. V současnosti je nejpoužívanější spalovací motor a elektromotor. V této variantě je elektromotor vhodný do městského provozu, kdy automobil neprodukuje žádné škodlivé emise a má nízkou hladinu hluku. Naopak spalovací motor je využíván mimo město, kde jsou jeho přednosti velkého dojezdu a dostatečného výkonu s elektromotorem, který mu vypomáhá při akceleraci. Elektromotor dokáže pracovat oboustranně. Přeměňuje elektrickou energii na mechanickou k pohybu vozidla, ale také pracuje jako generátor. Kdy mechanickou energii, která by se přeměnila na teplo, přemění na elektrickou energii a akumuluje jí do akumulátorů.

5.1 Uspořádání hybridních pohonů 5.1.1 Sériové uspořádání Přednostně je u sériového uspořádání využíván elektromotor. Zdrojem energie jsou akumulátory a spalovací motor, který slouží k pohonu generátoru. Spalovací motor je použit v případě kdy akumulátory nestačí dodávat potřebný výkon vozidlu a je použit při dobíjení akumulátorů. Výhodou spalovacího motoru je provoz při malém rozsahu otáček, kdy odpadá nehospodárný režim pracovní charakteristiky motoru, např. volnoběh. Motor je nastaven na optimální otáčky, kdy pracuje s nejvyšší účinností. Nevýhodou tohoto uspořádání je vícenásobná přeměna energie a nízké mechanické účinnosti, která je zhruba 55 % mezi spalovacím motorem a hnanou nápravou.

Obr. 5.1: Sériové uspořádání hybridního pohonu (Vlk, 2004)

20

5.1.2 Paralelní uspořádání U tohoto typu uspořádání je použit klasický spalovací motor, jako je u normálních automobilů a elektromotor. Při tomto uspořádání je umožněn provoz vozidla na spalovací motor, nebo na elektromotor. Proto je při využití spalovacího motoru nutné klasické provedení převodovky a spojky. Převodovka je společná i pro elektromotor. Při kombinovaném provozu je spalovací motor stále zapnut a elektromotor se zapojí jen v případě, kdy je potřeba na krátkou chvíli zvýšit výkon vozidla, např. pro předjíždění. Tímto převýšením se poskytuje velká výkonová rezerva, která je shodná se spalovacími motory o velkém objemu. Při provozu ve městě je upřednostňován elektromotor a spalovací motor se zapne dle potřeby. Pro toto uspořádání se využívá elektromotor, který je nakrátko a má silné budící pole. Maximální otáčky elektromotoru a spalovacího motoru jsou shodné. Při současném provozu obou motorů, je zvýšená tažná síla při nízkých otáčkách. Nevýhodou jsou příliš těžké a nákladné akumulátory, u kterých bude cílem snížit jejich hmotnost a cenu. Zlepšením provozu vozidla mohou být elektrostatické a magnet dynamické zásobníky energie, nebo použitím vysokoenergetických kondenzátorů.

Obr. 5.2: Paralelní uspořádání hybridního pohonu (Vlk, 2004)

21

5.1.3 Smíšené uspořádání U smíšeného uspořádání může být elektromotor, spalovací motor, spojka, převodovka a generátor různě umístěný. Smíšené uspořádání bylo vytvořeno za účelem odstranit nevýhody předchozích uspořádání.

Obr. 5.3: Smíšené uspořádání hybridního pohonu (Vlk, 2004)

5.2 Kritéria hodnocení hybridních systémů Hlavními parametry pro posouzení spalovacích motorů a zásobníku energie jsou výkonová hustota, energetická hustota a elektrický výkon. Výkonová hustota Slouží k porovnání dynamických vlastností vozidla a jednotkou je W. kg-1 Energetická hustota Energetická hustota slouží pro porovnání systému motor-zásobník a vztahuje se na jednotku objemu, nebo jednotku hmotnosti. Jednotkou energetické hustoty je Wh. kg-1. Elektrický výkon Jde o velikost dodávaného a odebíraného okamžitého výkonu a používá se k posouzení životnosti akumulátoru a motoru. K dalším porovnávacím parametrům patří doba přípravy zařízení k provozu, hospodárnost, nízká spotřeba paliva, nízké emise výfuku a hluku, spouštění elektromotorů, dobré jízdní vlastnosti, vysoká životnost, maximální moment potřebný pro rozjezd vozidla a maximální přípustné otáčky k dosažení nejvyšší rychlosti.

22

5.3 Zásobníky elektrické energie Energie dodávaná spalovacímu motoru je přiváděna ve formě paliva benzínu, nebo nafty z nádrže vozidla. Zásobníkem elektrické energie je akumulátor, setrvačník a vysoko energetické kondenzátory. Zásobníky se volí podle výkonové hustoty, energetické hustoty a koncepce pohonných součástí. 5.3.1 Akumulátory Akumulátory u hybridních vozidel jsou stejného provedení jako u elektromobilů. Jsou nabíjeny a vybíjeny částečně, oproti akumulátorům v elektromobilech. 5.3.2 Vysoko energetické kondenzátory Výhodou

vysoko energetických

kondenzátorů je

jejich dlouhá

životnost

s opakovaným nabíjením a vybíjením elektrické energie. Dosahují značně vysoké energetické hustoty, ale výkonová hustota je malá. Při použití u hybridních vozidel tato vlastnost vede ke zvýšení hmotnosti vozidla a tím i ke zhoršení jeho dynamických vlastností. Nový typ super kondenzátoru dosahuje kapacity až 104 F a může zvýšit měrnou kapacitu. Elektrody kondenzátoru jsou z porézního uhlíku a jsou v tekutém nebo gelovém elektrolytu. Tím je zajištěná vyšší rychlost nabíjecích a vybíjecích cyklů. Sérioparalelní kombinace kondenzátorů dosahuje kapacity 100 F s výkonovou hustotou 80 W. kg-1. Plně nabytý kondenzátor dokáže vyvinout 12,5 kW, ale jen po dobu 5 sekund. 5.3.3 Mechanické akumulátory energie Setrvačníky jsou rotační tělesa deskovitého tvaru a slouží jako zásobník elektrické energie. Nejčastěji je jejich osa rotace kolmá k ose vozidla z důvodů dynamického ovlivnění vozidla. Kapacita elektrické energie setrvačníku závisí na jeho maximálních otáčkách. Jejich výhodou je práce bez chemikálií, bez opotřebení, vysoká životnost a okamžitá schopnost shromáždit energii při brzdění. Při otáčení vytváří setrvačník vysoké síly, a proto musí být sestrojen z velmi pevnostní oceli. Velký důraz se klade na ložiska setrvačníku, která jsou magnetická bez otěru a tření. Použitím tohoto typu ložisek se výkonová hustota může mnohokrát zvětšit

23

a úspora energie bývá až 30 %. Setrvačník bývá spojen s klikovou hřídelí, nebo pomocí převodů spojen s hnací nápravou. Použití setrvačníku u trolejbusů snižuje odběr o 25 – 30 % energie ze sítě a při rozjezdu je to až o 50 % méně. Zásobníky lze nabít výkonem až 150 kW, což odpovídá 2,5 kWh energie a 3 km ujeté dráhy. Setrvačník s evakuovanou skříní na tlak 10 – 1 kPa má otáčky kolem 20 000 min-1. Novým řešením setrvačníku je systém, který je složen ze dvou setrvačníků s protisměrným smyslem rotace. Setrvačník je opatřený anizotropním věncem a má zhruba 50 miliónů jemných závitů z vláken kevlaru. Otáčky rotoru bývají až 200 000 min-1 a uvádí se měrná hustota energie 193 – 226 Wh. kg-1. Životnost setrvačníků je oproti olověným akumulátorům až 10krát větší.

Obr. 5.4: Setrvačník Zdroj: www.hybrid.cz

24

5.4 Druhy hybridních pohonů 5.4.1 Plug-in hybrid Vozidla s označením plug-in hybrid jsou automobily, u kterých lze jejich akumulátor dobíjet z klasické zásuvky. Mohou být poháněny čistě benzínovým motorem, elektromotorem, nebo kombinací obou způsobů. Plug-in hybridy se zařazují mezi hybridy a elektromobily. (Horčík, 2009) 5.4.2 Mild hybrid U těchto vozidel je po celou dobu jízdy využíván spalovací motor. Elektromotor se zapíná pouze v určitých situacích, jako je např. zrychlování, nebo rozjíždění. Automobil nemůže být poháněn samotným elektromotorem. Mild hybrid se používá u automobilů, kde jsou předimenzované startéry, které můžou kdykoliv vypnout motor, např. při brzdění, zastavení a opět motor uvést do chodu co nejrychleji. Díky těmto startérům je možná rekuperace energie. Úspora spotřeby paliva a emisí je minimální. (Horčík, 2009) 5.4.3 Asistovaný hybrid Asistovaný hybrid je pokročilou verzí mild hybridu. Elektromotor je u automobilu používán jako asistent spalovacího motoru. Elektromotor dodává točivý moment, např. pro zrychlování. Elektromotor se umísťuje mezi spalovací motor a převodovku. Znovu může jít o větší startér, který má stejnou vlastnost jako u mild hybridu. (Horčík, 2009) 5.4.4 Plný hybrid Automobil s označením plný hybrid, může být poháněn samostatně spalovacím motorem, nebo elektromotorem. Možnost je i kombinace obou motorů dohromady. (Horčík, 2009)

25

6 VODÍKOVÝ POHON Automobily s vodíkovým pohonem jsou charakteristické skoro nulovými emisemi, oproti klasickým benzínovým a naftovým motorům. Energie, která je obsažená ve vodíku, může být získávána dvěma způsoby. První způsob je získávání energie přímo ve spalovacím motoru. Druhý způsob je přeměna energie v palivových článcích v elektrický proud.

6.1 Výroba vodíku Vodík může být vyráběn z mnoha vstupních zdrojů, ale nejvíce se v současné době vodík vyrábí z fosilních paliv. Výroba vodíku z fosilních paliv sníží produkci některých látek, které jsou zdraví škodlivé. Globálně by to ale vedlo k nehospodárnému využití primární energie a s tím i narůstající produkce oxidu uhličitého. Vodík se dá vyrábět také z obnovitelných zdrojů, např. zplyňováním biomasy, elektrolýzou vody, nebo za vysokoteplotního rozkladu vody. Zdroj: www.h2bus.cz

Obr. 6.1: Podíl surovin, ze kterých se vyrábí vodík Zdroj: www.trihybus.cz 6.1.1 Parní reforming zemního plynu Je to nejlevnější a nejrozšířenější výroba vodíku. Spalováním částí zemního plynu je teplo dodáváno pro reformní reakci a následující konverzi oxidu uhelnatého. Získávání vodíku je závislé na poměru uhlíku a páry ve směsi. Velkou nevýhodou je produkce oxidu uhličitého, kterého se vyprodukuje 7,05 kg CO2 na 1 kg vodíku. Zdroj: www.h2bus.cz 26

6.1.2 Elektrolýza Při elektrolýze prochází stejnosměrný proud vodným roztokem a štěpí chemickou vazbu mezi kyslíkem a vodíkem. Proces probíhá při pokojových teplotách a pro jeho chod je potřebná jen elektrická energie. Z celkové světové produkce se tímto způsobem vyrobí asi 4 % vodíku. Vysoce čistý vodíkový plyn a kyslík je výstupem elektrolýzy a pro další použití není potřeba jeho dalšího čištění. Účinnost tohoto procesu je kolem 80 – 92 %. Zdroj: www.h2bus.cz 6.1.3 Vysokoteplotní elektrolýza Vysokoteplotní elektrolýza se také někdy nazývá jako parní elektrolýza. Část přiváděné energie, je tvořena elektrickou energií a část energie je ve formě přivedeného tepla. Do elektrolyzéru se vpouští pára s vodíkem a dostáváme obohacenou směs, která obsahuje 75 % hmotnosti vodíku a 25 % hmotnosti páry. Z páry se na anodě oddělí ionty kyslíku, které prochází přes membránu. V kondenzační jednotce se vodík odděluje od páry. Výhodou je díky snížení spotřeby energie zvyšující se účinnost procesu a snáze se překonávají bariéry na povrchu elektrody. Spotřeba elektrické energie klesá při růstu teploty vstupní páry. Účinnost vysokoteplotní elektrolýzy dosahuje až 45 %. Zdroj: www.h2bus.cz 6.1.4 Termochemický cyklus Při štěpení vody za pomocí chemických reakcích se voda rozdělí na kyslík a vodík. Látky, které se použijí při štěpení, jsou recyklovány a znovu mohou být použité v procesu. Vstupní doplňkovou surovinou je tedy pouze voda. Produktem je vodík a kyslík. Zdroj: www.h2bus.cz

6.2 Palivové články V palivových článcích je přímá přeměna vnitřní energie paliva na energii elektrickou. Chemické látky jsou přiváděny z vnějšku k anodě a katodě a tudíž nemusí být jejich součástí jako u akumulátorů. Během chemických přeměn se články neopotřebovávají a chemické složení zůstává stejné. Takovéto palivové články se nevybíjejí. Při trvalém přivádění chemických látek mohou pracovat bez časového limitu. 27

Palivový článek obsahuje anodu, která se označuje jako palivová. K anodě se přivádí aktivní látka a ta v kontaktu s ní oxiduje. Elektrony uvolněné při oxidaci, představují elektrický proud, který se po vnějším obvodě pohybuje ke kladné elektrodě. Ke kladné elektrodě se přidává okysličovadlo a probíhá zde redukce s reakcí kladných iontů, které ke kladné elektrodě pronikají elektrolytem. Palivové články rozdělujeme podle použitého elektrolytu.

Obr. 6.2: Schéma palivového článku Zdroj: www.enviros.cz

6.2.1 Alkalický palivový článek AFC Elektrody tohoto článku jsou vyrobené ze spékaného niklového prášku s přísadou uhlíku a vrstvičkou platiny, jako katalyzátor. V alkalických palivových článcích je jako elektrolyt použit hydroxid draselný v koncentraci 3 a 50 % hmotnosti. „Jako palivo je použit čistý vodík, jako redukční prostředek může být použit pouze čistý kyslík, neboť ve vzduchu obsažený oxid uhličitý s louhem by tvořil karbonát, který by v pórech elektrod bránil v difúzi.“ (Kameš, 2004) Jsou nejvíce používaným a prozkoumaným typem palivových článků. Jejich účinnost je až 70 % díky rychlé redukci kyslíku v alkalickém elektrolytu. Jejich výhodou je energetická vydatnost a značné množství vody, kterou lze recyklovat. Naproti tomu je nevýhodou pořizovací cena, která je způsobená obsahem platiny použité na katalyzátory elektrod. Tyto palivové články se často používali v kosmickém programu, například Gemini, Shuttler a Apollo. 28

6.2.2 Palivový článek polymer-elektrolyt PEFC „Anoda a katoda jsou vyrobeny aplikací malého množství platinové černi na jednu stranu tekutého listu porézního grafického papíru, jenž byl předem opatřen teflonovou ochranou proti zvlhnutí.“ (Vlk, 2004) Mezi anodu a katodu je vložená elektrolytická membrána. Elektrolytem u tohoto článku je použita polymerová membrána, která je podobná silnější fólii. Ta působí jako elektronový izolátor a je to velmi dobrý vodič vodíkových kationtů. Všechny tři části jsou za tepla spojeny do jednoho článku o tloušťce 1 mm. Díky nízké provozní teplotě 70 – 85 °C je zajištěn rychlý náběh článku. Plošný výkon palivového článku je více než 2 W/cm2. (Vlk, 2004) 6.2.3 Palivové články s kyselinou fosforečnou PAFC Elektrody jsou z pórovitého uhlíku jako tenké destičky s platinovým povlakem, který slouží jako katalyzátor. Kyselina fosforečná, obsažená v matrici vyrobené z karbidu křemíku a přísadou teflonu je elektrolytem. Matrice zabraňuje během činnosti článku unik elektrolytu, a proto se musí elektrolyt po určité době kontrolovat a popřípadě doplnit. V deskách z uhlíkatých sloučenin jsou paralelní drážky, kterými je k elektrodám přiváděno palivo i okysličovadlo. Výkon článku je zhruba 0,2 W/cm2. Elektrická účinnost je 36 – 42 % a může být dosaženo vyšší hodnoty při zvýšení tlaku okysličovadla a paliva. Provozní teplota palivového článku je okolo 190 °C. Jejich technologie výroby je na vysoké úrovni. Jsou velmi spolehlivé a bezporuchové. 6.2.4 Palivové články zinek-vzduch Katoda je určena k difuzi atmosférického kyslíku a anoda se skládá ze zinku. Elektrody jsou odděleny elektrolytem a mechanickými separátory s propustnou membránou propouštějící kyslík. Chemický proces u těchto článků je podobný článkům PEFC. Palivo se do těchto článků doplňuje podobně jako u klasického akumulátoru. Články jsou tvořeny se zinkovou nádrží a zinkovým chladičem, který automaticky regeneruje palivo. V okružním systému je elektrický proud tvořen mícháním zinku a kyslíku za přítomnosti elektrolytu a za vzniku oxidů zinku. Po spotřebování paliva, se systém připojí k síti a proces je obrácený. Výhodou tohoto článku je jeho vysoká měrná energie, levná cena zinku a jeho dostatek. (Kameš, 2004)

29

6.2.5 Palivové články s roztavenými uhličitany MCFC Tento typ palivového článku patří mezi tepelné, jehož pracovní teplota je kolem 600 °C. „Důsledkem je skutečnost, že elektrody nemusí být opatřeny katalyzátorem z ušlechtilých kovů, které zajišťují plynulý průběh oxidace a redukce. Elektrolytem je směs roztavených uhličitanů v pórovitě chemicky interní keramické matrici, sestávající ze směsi oxidu lithia a hliníku (LiAlO2).” (Vlk, 2004). Velmi vysokou iontovou vodivost má směs za provozu roztavených solí lithia a uhličitanu draselného. Během provozu se může určitá část elektrolytu odpařit, toto malé odpařené množství nemá vliv na parametry článku. Palivo, jako zemní plyn je při vysokých teplotách uvnitř článku rozkládán za vzniku plynného vodíku. Článek obsahuje katodu z oxidu nikelnatého obohacenou o lithium. Anoda je ze spékaného práškového niklu s příměsí chrómu a je vysoce porézní. Obě elektrody jsou vyrobeny tak, že mohou pracovat v agresivním prostředí vyvolávající korozi. S rostoucí provozní teplotou se mění teoretické napětí článku a spolu s ním i elektrická účinnost. Nevýhodou těchto článků je jejich obtížnější startování, než se dostanou do jejich tepelného stavu. (Vlk, 2004) 6.2.6 Palivové články s methanolovým palivem DMFC Použití methanolu má na rozdíl od vodíku velké výhody. Může být v automobilu uskladněn jako kapalina, vysoká energetická hustota, jednoduchá manipulace a vysoká účinnost, asi 60 %. V palivovém článku je methanol smíchán s vodou, která může být v kapalném, nebo plynném stavu a je dodávána do anody. Na katodu se přivádí z vnějšku vzduch. Voda vznikající na katodě je odváděna se vzduchem jako vodní pára, nebo kondenzát. Elektrolytem je roztok vody nebo polymerová fólie. 6.2.7 Regenerativní palivové články Všechny typy palivových článků pracují v jednom směru a to je výroba elektrické energie z paliva. U tohoto typu palivového článku by byla výhoda jeho práce v obráceném směru. To znamená, že by si palivo sám vyráběl. Zásobování článku vodíkem by bylo jednodušší. Tato technologie je zatím neúspěšná, protože katalyzátory pracují správně jen v jednom směru. Proto tyto palivové články nejsou zatím v provozu.

30

7 TECHNICKÉ PARAMETRY VOZIDEL 7.1 Elektromobily 7.1.1 Peugeot iOn Typ motoru:

neodomový synchronní elektromotor, 25 kW kontinuální výkon, max. výkon 47 kW, max. točivý moment 180 N.m

Akumulátor:

Li-Ion, 330 V, 16 kWh, 88 článků

Zrychlení 0 – 100 km/h:

15, 9 s

Max. rychlost (km/h):

130

Dojezd (teoretický):

130 – 150 km

Dobíjení:

6 h z domácí zásuvky, 50 % kapacity z rychlonabíječky za 15 minut, 80 % za 30 minut

Cena (včetně DPH):

od 711 360 Kč

Obr.7.1: Peugeot iOn Zdroj: www.buyacar.co.uk

31

7.1.2 Nissan Leaf Typ motoru:

elektromotor synchronní AC, max. výkon 80 kW, max. točivý moment 280 N.m

Akumulátor:

Li-Ion, 24 kWh, 90 kW


11,9 s

Max. rychlost (km/h):

140


160 km

Dobíjení:

20 hodin (120 V), 8 hodin (200 V), 7 hodin (240/230 V), rychlodobíjení 30 minut


od 32 780 dolarů

Obr.7.2. Nissan Leaf Zdroj: www.dieselstation.com

32

7.1.3 Citorën C- Zero Typ motoru:

elektrický synchronní motor s permanentními magnety, max. výkon 49 kW/2500 – 8000 min-1, max. točivý moment 180 N.m/0 – 2000 min-1

Akumulátor:

Li-Ion, 16 kWh, 300 V, 80 článků

Zrychlení 0 – 100 km/h: 15,9 s Max. rychlost (km/h):

130


150 km

Dobíjení:

9 hodin standardní doba nabíjení při využití domácí zásuvky 220 V, 30 min 400 V


od 662 160 Kč

Obr.7.3: Citroën C-Zero Zdroj: www.citroen-praha.cz

33

7.1.4 Mitsubishi i-MiEV Typ motoru:

trakční synchronní elektromotor s permanentními magnety 47 kW/3000 – 6000 min-1, 180 N.m/0 – 2000 min-1

Akumulátor:

Li-Ion, 330 V, 16 kWh, 88 článků

Zrychlení 0 – 100 km/h: 15 s Max. rychlost (km/h):

130


160 km

Dobíjení:

30 minut na 80 % kapacity rychlonabíječkou, resp. 7 hodin na 100 % domácí nabíječkou při napětí 220 V


od 899 900 Kč

Obr.7.4: Mitsubishi i-MiEV Zdroj: www.clanky.katalog-automobilu.cz

34

7.1.5 Tazzari Zero Typ motoru:

elektromotor třífázový asynchronní, 15 kW, 150 N.m

Akumulátor:

Li-Ion Fe, 13,2 kWh, 160 Ah, Thundersky


6s

Maximální rychlost (km/h): 90 – 95 Dojezd (teoretický):

140 km

Dobíjení:

5 hodin (220 V), 1 hodina (380 V)


od 624 000 Kč

Obr.7.5: Tazzari Zero Zdroj: www.solar-andresen.com

35

7.1.6 Think City Typ motoru:

třífázový asynchronní elektromotor, 34 kW

Akumulátor:

Li-Ion, 23 kWh


6,5 s

Maximální rychlost (km/h): 110 Dojezd (teoretický):

160 km

Dobíjení:

8 hodin do plného nabití při 16A a 220V


od 690 000 Kč

Obr.7.6: Think City Zdroj: www.hybrid.cz

36

7.1.7 Mia Electrik Typ motoru:

elektromotor 9,7 kW

Akumulátor:

Li-Ion, 12 kWh


?s


75 km

Dobíjení:

?

Cena:

od 600 000Kč

Obr.7.7: Mia Electrik Zdroj: www.3tuerig.de

37

7.1.8 Tesla Model S Typ motoru:

elektromotor 85 kWh, maximální výkon elektromotoru 310 kW/5000 – 8600 min-1, max. točivý moment 600 N.m/0,5 – 100 min-1

Akumulátor:

Li-Ion, 40 kWh, 60 kWh, 85 kWh


40 kWh = 6,5 s, 60 kWh = 5,9 s, 85 kWh = 4,4 s

Maximální rychlost (km/h): 40 kWh = 177, 60 kWh = 193, 85 kWh = 209 Dojezd (teoretický):

40 kWh = 257km, 60 kWh = 370 km, 85 kWh = 482 km

Dobíjení:

s max. výkonem 20 kW za 1 hodinu na 100 km jízdy z 240 V zásuvky

Cena:

od 40 000 dolarů

Obr.7.8: Tesla Model S Zdroj: www.technomild.com

38

7.1.9 Smard ED Typ motoru:

elektromotor, 35 kW, 130 N.m

Akumulátor:

Li-Ion, 17,6 kWh, 52 Ah, 339 – 391 V, 93 článků


11,5 s


145 – 203 km

Dobíjení:

palubní dobíječkou s max. výkonem 22 kW za 7 h z 230 V zásuvky, 6 h ze 400 V zásuvky, nabíjení z 0 – 100 % za 1h

Cena:

od 475 000 Kč

Obr.7.9: Smard ED Zdroj: www.firm-guide.com

39

7.1.10

EVC R7 elektric

Typ motoru:

elektromotor, jmenovitý výkon 30 kW, max. výkon 65 kW, max. točivý moment 190 N.m

Akumulátor:

lithiové akumulátory na bázi LiFePO4 (LFP) s příměsí yttria, 16 kWh, 200 Ah, 80 V, 25 článků


?s


150 – 200 km

Dobíjení:

11 hodin z 230 V zásuvky a 4 hodiny ze 400 V zásuvky, nabíjení 0 – 100 % za 6 hodin


od 870 700 Kč

Obr.7.10: EVC R7 elektric Zdroj: www.wave-promotion.cz

40

7.1.11

Mercedes – Benz SLS AMG Electric Drive 4 synchronní elektromotory s permanentními magne-

Typ motoru:

ty, max. výkon 552 kW, max. točivý moment elektromotoru 1000 N.m/13 000 min-1 Akumulátor:

Li-Ion, 60 kWh, 400 V, 864 článků


3,9 s


225

Dobíjení:

nástěnná dobíječka s výkonem 22 kW za 3 hodiny, bez nástěnné dobíječky za 20 hodin


od 10 648 000 Kč

Obr.7.11: Mercedes – Benz SLS AMG Electric Drive Zdroj: www.caronwhite.com

41

7.2 Hybridy 7.2.1 Lexus CT 200 h Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

zážehový čtyřválec 1 798 cm3, max. výkon motoru 73 kW/5 200 min-1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min-1 elektromotor střídavý, synchronní s permanentním magnetem, max. výkon 60 kW, max. točivý moment 207 N.m

Akumulátor:

Ni-MH, 202 V, 27 kW

Spotřeba (l/100 km):

kombinovaná 3,8

Zrychlení 0-100 km/h:

10,3 s

Maximální rychlost (km/h):

180

Emise CO2 (g/km, kombinované): 87 Cena (včetně DPH):

od 699 000 Kč

Obr.7.12: Lexus CT 200 h Zdroj: www.motortrader.com.my

42

7.2.2 Lexus RX 450 h (AWD – elektricky řízený pohon všech kol) Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

zážehový vidlicový šestiválec 3456 cm3, max. výkon 183 kW/6 000 min-1, 317 N.m/4 800 min-1 přední elektromotor střídavý, synchronní s permanentním magnetem, 123 kW, 335 N.m zadní

elektromotor

střídavý,

synchronní

s permanentním magnetem, 50 kW, 139 N.m Akumulátor:

Ni-MH, 288 V


kombinovaná 6,3


7,8 s


200


od 1 289 000 Kč

Obr.7.13: Lexus RX 450 h (AWD – elektricky řízený pohon všech kol) Zdroj: www.lexus.cz

43

7.2.3 Lexus GS 450 h Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

zážehový vidlicový šestiválec 3 456 cm3, max. výkon 215 kW/6 400 min-1, 368 N.m/4 500 min-1 elektromotor střídavý, synchronní s permanentním magnetem, 147 kW, 275 N.m, 650 V

Akumulátor:

Ni-MH, 288 V


kombinovaná 5,9


5,9 s


250


od 1 399 000 Kč

Obr.7.14: Lexus GS 450 h Zdroj: www.keyesluxurycars.com

44

7.2.4 Lexus LS 600h Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

zážehový vidlicový osmiválec 4 969 cm3, max. výkon 290 kW/6 400 min-1, 520 N.m/4 000 min-1 elektromotor vodou chlazený, synchronní s permanentním magnetem, 165 kW, 300 N.m, 650 V

Akumulátor:

Ni-MH, 288 V


8,6


6,1 s


250


od 2 689 000 Kč

Obr.7.15: Lexus LS 600h Zdroj: www.trendzcar.com

45

7.2.5 Toyota Yaris Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 497 cm3, max. výkon 55 kW/4 800 min-1, max. točivý moment motoru 111 N.m/3 600 – 4 400 min-1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 45 kW, max. točivý moment 169 N.m, 520 V

Akumulátor:

Ni-MH, 144 V, 20 článků, 6,5 Ah


kombinovaná 3,5


11,8 s


165


od 374 900 Kč

Obr.7.16: Toyota Yaris Zdroj: www.cadde25.com

46

7.2.6 Toyota Auris Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 798 cm3, max. výkon motoru 73 kW/5 200 min-1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min-1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 60 kW, max. točivý moment 207 N.m, 650 V

Akumulátor:

Ni-MH, 201,6 V, 6,5 Ah


kombinovaná 3,8


10,9 s


180


od 489 900 Kč

Obr.7.17: Toyota Auris Zdroj: www.autoforum.cz

47

7.2.7 Toyota Prius Plug – In Hybrid Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 798 cm3, max. výkon 73 kW/5 200 min-1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min-1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 60 kW, max. točivý moment 207 N.m, 650 V

Akumulátor:

Li-Ion , 207 V, 1,5 Ah


kombinovaná 2,1


11,4 s


180


od 899 900 Kč

Obr.7.18: Toyota Prius Plug – In Hybrid Zdroj: www.autoreuve.cz

48

7.2.8 Toyota prius + Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 798 cm 3, max. výkon 73 kW/5 200 min-1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min-1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 60 kW, max. točivý moment 207 N.m, 650 V

Akumulátor:

Li-Ion, 201,6 V, 5 Ah


kombinovaná 4,1


11,3 s


165


od 669 900 Kč

Obr.7.19: Toyota prius + Zdroj: www. cars.csmonitor.com

49

7.2.9 Toyota Prius Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 798 cm3, max. výkon 73 kW/5200 min-1, max. točivý moment motoru 142 N.m/4 000 min-1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 60 kW, max. točivý moment 207 N.m, 650 V

Akumulátor:

Ni-MH, 201,6 V, 28 článků, 6,5 Ah


kombinovaná 3,9


10,4 s


180


od 589 900 Kč

Obr.7.20: Toyota Prius Zdroj: www.toyota.cz

50

7.2.10

Honda Jazz

Typ hybridu:

asistovaný hybrid

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 339 cm3, max. výkon 66 kW/5 800 min-1, max. točivý moment motoru 121 N.m/4 500 min-1 max. výkon 10 kW/4 500 min-1, max. točivý moment 78 N.m/1 000 min-1

Akumulátor:

Ni-MH, 0,6 kWh


kombinovaná 4,5


12,2 s


175


od 429 000 Kč

Obr.7.21: Honda Jazz Zdroj: www.carscoop.blogspot.com

51

7.2.11

Honda Insight

Typ hybridu:

asistovaný hybrid

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 339 cm3, max. výkon 66 kW/5 800 min-1, max. točivý moment motoru 121 N.m/4 500 min-1 elektromotor, max. výkon 10 kW/1 500 min-1, max. točivý moment 78 N.m/1 000 min-1

Akumulátor:

Ni-MH


kombinovaná 4,1


12,5 s


182


od 549 000 Kč

Obr.7.22: Honda Insight Zdroj: www.japanesesportcars.com

52

7.2.12

Honda CR – Z

Typ hybridu:

asistovaný hybrid

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 497 cm3, max. výkon 84 kW/6 100 min-1, max. točivý moment motoru 145 N.m/4 800 min-1 elektromotor, max. výkon 10 kW/1 500 min-1, max. točivý moment 78 N.m/1 000 min-1

Akumulátor:

Ni-MH


kombinovaná 5,0


10 s


200


od 569 000 Kč

Obr.7.23: Honda CR – Z Zdroj: www.crz.honda.com.au

53

7.2.13

Peugeot 508 RXH

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový vznětový čtyřválec 1 997 cm3, max. výkon 120 kW/3 750 min-1, max. točivý moment motoru 300 N.m/1 580 min-1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 20 kW, max. točivý moment 100 N.m

Akumulátor:

Ni-MH


kombinovaná 4,1


8,8 s


200


od 995 000 Kč

Obr.7.24: Peugeot 508 RXH Zdroj: www.autopalace.cz

54

7.2.14

Peugeot 3008 HYBRID4

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový vznětový čtyřválec 2,0 HDi 1 997 cm 3, max. výkon 120 kW/3 750 min-1, 300 N.m/1 750 min-1 elektromotor s max. výkonem 27 kW/2 500 min-1, 200 N.m/1 290 min-1

Akumulátor:

Ni-MH, 200 V


kombinovaná 3,8


8,5 s


191


od 675 000 Kč

Obr.7.25: Peugeot 3008 HYBRID 4 Zdroj: www.autopalace.cz

55

7.2.15

Infiniti M 35h AT

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

zážehový vidlicový šestiválec 3 448 cm3, max. výkon 225 kW/6 800 min-1, max. točivý moment 350 N.m/5 000 min-1 elektromotor, max. výkon 50 kW/1 710 – 2 000min, max. točivý moment 270 N.m/1 770 min-1

Akumulátor:

Li- Ion, 346 V, 1,4 kWh


6,9


5,5 s


250


od 1 423 917 Kč

Obr.7.26: Infiniti M35h AT Zdroj: www.thecarconnection.com

56

7.2.16

Citroën DS 5 Hybrid4 Aidream

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový vznětový čtyřválec 1 997 cm3, max. výkon 120 kW/3 850 min-1, max. točivý moment 300 N.m/1 750 min-1 synchronní motor s permanentním magnetem, max. výkon 27 kW/2 500 min-1, max. točivý moment 200 N.m

Akumulátor:

Ni-MH, max. výkon 1,1 kWh, 5,5 Ah, 200 V


3,5


8,6 s


211


od 982 900 Kč

Obr.7.27: Citroën DS 5 Hybrid4 Aidream

Zdroj: www.coches-nuevos.eu

57

7.2.17

Opel Ampera

Typ hybridu:

plug-in hybrid, sériový hybrid

Typ motoru:

řadový zážehový šestiválec ECOTEC 1 497 cm3, max. výkon 63 kW elektromotor s max. výkonem 111 kW, 370 N.m

Akumulátor:

Li-Ion, 16 kWh, využitelných 8,8 kWh


kombinovaná 2,8


10 s


161


od 1 080 000 Kč

Obr.7.28: Opel Ampera Zdroj: www.autopalace-sporilov.cz

58

7.2.18

BMW Active Hybrid 5

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový zážehový šestiválec 2 979 cm3, max. výkon 225 kW/5 800 min-1, 400 N.m/1 200 min-1 elektromotor s max. výkonem 40 kW, 210 N.m

Akumulátor:

Li-Ion, 96 článků, 1 350 Wh


kombinovaná 6,4


5,9 s


250


od 1 625 000 Kč

Obr.7.29: BMV Active Hybrid 5 Zdroj: www.occforeclosure.net

59

7.2.19

BMW Active Hybrid 7

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový zážehový šestiválec 2 979 cm3, max. výkon 235 kW/5 800 min-1, 450 N.m/1 300 min-1 elektromotor s max. výkonem 40 kW, 210 N.m

Akumulátor:

Li-Ion, 96 článků, 1 350 Wh


kombinovaná 9,3


4,6 s


250


od 2 280 000 Kč

Obr.7.30: BMW Active Hybrid 7 Zdroj: www.occforeclosure.net

60

7.2.20

Kia Optima Hybrid

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 999 cm3, max. výkon 110 kW/6 000 min-1, 180 N.m/5 000 min-1 elektromotor

s maximálním

výkonem

motoru

30 kW/1 400– 6 000 min-1, 205 N.m/0 – 1 400 Akumulátor:

Li-Ion polymerová, 270 V, 72 článků, 5,3 Ah


kombinovaná 5,3


9,4 s


185


od 759 980 Kč

Obr.7.31: Kia Optima Hybrid Zdroj: www.cars.about.com

61

7.2.21

Volgswagen Tuareg Hybrid

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

vidlicový zážehový šestiválec 2 995 cm3, max. výkon 245 kW/5 500 min-1, 440 N.m/3 000 min-1 synchronní elektromotor s maximálním výkonem 34,4 kW/1 500 min-1, 300 N.m/0 – 1 500, 288 V

Akumulátor:

Ni-MH, 1,7 kWh, 240 článků


kombinovaná 8,2


s 6,5


240


od 2 017 900 Kč

Obr.7.32: Volkswagen Tuareg Hybrid Zdroj: www.fourauto.com

62

7.2.22

Porsche Cayenne S Hybrid

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:


Akumulátor:



kombinovaná 8,2


s 6,5


242


od 2 247 000 Kč

Obr.7.33: Porsche Cayenne S Hybrid Zdroj: www.intellichoice.com

63

7.2.23

Porsche Panamera S Hybrid

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:


Akumulátor:



kombinovaná 7,1


s 6,0


270


od 2 930 000 Kč

Obr.7.34: Porsche Panamera S Hybrid Zdroj: www.carmansion.com

64

7.2.24

Mercedes-Benz S 400 Hybrid

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

vidlicový zážehový šestiválec 3 498 cm3, max. výkon 205 kW/6 000 min-1, 350 N.m/3 000 min-1 třífázový

trakční

střídavý

elektromotor

s permanentními magnety, maximálním výkonem 15 kW, 160 N.m, 120 V Akumulátor:

Li-Ion, 32 článků, 19 kW, 0,8 kWh


kombinovaná 7,9


s 7,2


250


od 2 280 850 Kč

Obr.7.35: Mercedes-Benz S 400 Hybrid Zdroj: www.gomotors.net

65

7.2.25

Mercedes-Benz E 300 BlueTech Hybrid

Typ hybridu:

paralelní

Typ motoru:

řadový vznětový čtyřválec 2 143 cm3, max. výkon 150 kW/4 200 min-1, 500 N.m třífázový

trakční

střídavý

elektromotor

s permanentními magnety, maximálním výkonem 20 kW, 250 N.m, 120 V Akumulátor:

Li-Ion, 32 článků, 19 kW, 0,8 kWh


kombinovaná 4,1


s 7,5


242


od 1 289 860 Kč

Obr.7.36: Mercedes-Benz E 300 BlueTech Hybrid Zdroj: www.iloveindia.com

66

7.2.26

Fisker Karma

Typ hybridu:

sériový, plug-in hybrid

Typ motoru:

řadový zážehový čtyřválec 1 998 cm3, max. výkon 156 kW/4 900 min-1 elektromotor s max. výkonem 300 kW, 1 300 N.m

Akumulátor:

Li-Ion, 180 kW, 20,1 kWh


kombinovaná 2,2


s 6,6


200


od 3 100 000 Kč

Obr.7.37: Fisker Karma Zdroj: www.onward.fiskerautomotive.com

67

7.3 Automobily na vodík 7.3.1 Mercedes-Benz B F-CELL Pohon:

elektromotor s palivovými články

Výkon elektromotoru:

100 kW, 290 N.m

Akumulátor:

Li-Ion, 1,4 kWh, 35 kW

Nejvyšší rychlost (km/h):

170

Spotřeba (kg/100 km):

0,96

Emise CO2 (g/km, kombinované):

0

Dojezd teoretický (km):

385

Tlak v nádobách (MPa):

70

Kapacita nádrží vodíku (kg):

3,719

Studený start:

do -25°C

Obr.7.38: Mercedes-Benz B F-CELL Zdroj: www.autohaus-morava.iplace.cz

68

7.3.2 Honda FCX Clarity Pohon:

elektromotor s palivovými články

Výkon elektromotoru:

100 kW, 252 N.m/ 0 – 3 050 min-1

Akumulátor:

Li-Ion, 288 V


160

Zrychlení (0-100 km/h):

9s


1,1

CO2 (g/km):

0


460

Výstupní výkon palivového článku:

100 kW


35


4,5 = 171 l

Studený start:

do -30°C

Obr.7.39: Honda FCX Clarity Zdroj: www.dieselstation.com

69

7.3.3 Hyundai ix 35 Hydrogen FCEV asynchronní elektromotor s palivovými

Pohon:

články Výkon elektromotoru:

100 kW/300 N.m

Akumulátor:

Li-Pol, 24 kWh, 450 V


160

Zrychlení (0-100 km/h):

14,1 s


1,07 kg = 3,8 l

CO2 (g/km):

0


588

Výstupní výkon palivového článku:

100 kW


70 MPa


5,64 = 144 l

Studený start:

do -30°C

Obr.7.40: Hyundai ix35 Hydrogen FCEV Zdroj: www.taggart.cz

70

8 POROVNÁVÁNÍ PARAMETRŮ JEDNOTLIVÝCH TYPŮ POHONŮ

Výkon [kW]

Obr.8.1: Porovnání výkonu elektromobilů 552

600 500 400 300 200 100 0

310 47

80

49

47

34

15

35

9,7

65

Kapacita akumulátoru [kWh]

Obr.8.2: Porovnání kapacity akumulátorů u elektromotorů 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

85 60

16

24

16

16

13,2

23 12

17,6

16

175

175

Teoretický dojezd [km]

Obr.8.3: Porovnání teoretického dojezdu u elektromobilů 600

482

500 400 300 200

140

160

150

160

140

100 0

71

160 75

225

Maximální rychlost [km/h]

Obr.8.4: Porovnání maximální rychlosti u elektromobilů 300

250

250

209 170

200

130

150

140

130

130

110

90

100

125

105

50 0

Zrychlení 0-100 [km/h]

Obr.8.5: Porovnání zrychlení u elektromobilů 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

15,9

15,9

15

11,9

11,5

4,4 0

0

3,9

0

0

Dobíjení - domácí sít [h]

Obr.8.6: Porovnání doby dobíjení u elektromobilů 25

20

20 15 10

6

7

9

11 7

8

7

5

5

0

0

72

1

73 Výkon spalovacího motoru a elektromotoru [kW]

0

50

100

150

200

250

300

350

73

215

290

55

73

73

73

73

Spalovací motor [kW]

Elektromotor [kW]

66

66

84

120

Obr.8.7: Porovnání výkonů spalovacích a elektrických motorů u hybridů

60

173 183 147

165

45

60

60

60

60

10

10

10

20

111 63 27 120 27 120 50 255 40 225

40 235

30 110

34,4 245 34,4

245 34,4

245 15 205 20 150 300 156

74

Obr.8.8: Porovnání hodnoty emisí CO2 u hybridů provozu mimo město (norma NEDC 93/116/ECE)

Obr.8.9: Porovnání kombinovaná spotřeby u hybridů (norma NEDC 93/116/ECE)

75

Obr.8.10: Porovnání maximální rychlost u hybridů

Obr.8.11: Porovnání zrychlení u hybridů

Výkon elektromotor u (kW)

Obr.8.12: Porovnání výkonu elektromotorů u vodíkových automobilů 150

100

100

100

Mercedes-Benz B F-CELL

Honda FCX Clarity

Hyundai ix35 Hydrogen FCEV

100

50 0

Spotřeba (kg/100 km)

Obr.8.13: Porovnání spotřeby u vodíkových automobilů 1,2 1,1 1 0,9 0,8

1,1

1,07

Honda FCX Clarity


0,96


Dojezd teoretický (km)

Obr.8.14: Porovnání teoretického dojezdu vodíkových automobilů 800 600 400 200 0

385

460


Honda FCX Clarity

588


Kapacita nádrží vodíku (kg)

Obr.8.15: Porovnání kapacity nádrží vodíku u vodíkových automobilů 6 4

4,5

5,64

Honda FCX Clarity


3,719

2 0 Mercedes-Benz B F-CELL

Nejvyšší rychlost (km/h)

Obr.8.16: Porovnání nejvyšší rychlosti u vodíkových automobilů 175 170 165 160 155

170


160

160

Honda FCX Clarity


76

9 ZÁVĚR Cílem bakalářské práce bylo vytvořit ucelený přehled alternativních pohonů pro silniční vozidla. Práce popisuje automobily na elektrický, hybridní a vodíkový pohon. U jednotlivých skupin pohonů jsou uvedeny jejich varianty se stručnou charakteristikou. K jednotlivým alternativním pohonům je přidán seznam automobilů, které se v daných skupinách vyrábějí a nabízejí na trhu. U každého automobilu jsou uvedeny jeho technické údaje. Závěrem je porovnání jednotlivých parametrů automobilů v grafech. U elektromobilů se používají různé typy elektromotorů. Nejčastěji použitým elektromotorem je motor synchronní. Jejich výkon je u každého elektromobilu odlišný. Energie, je akumulována v akumulátorech, kterých je několik druhů. Z grafu 8.1 je patrné, že nejvyšší výkon oproti zbývajícím elektromobilům má M-B SLS Electric Drive a Tesla Model S. Jejich vysoký výkon je dán elektromotorem na každém kole. Naproti tomu je u ostatních elektromobilů jen jeden elektromotor pro jednu poháněnou nápravu. Z grafu 8.2 a 8.3 lze vyčíst, že teoretický dojez je dán kapacitou akumulátorů a velikostí vozidla. Elektromobil Tesla Model S má nejdelší dojezd a největší kapacitu akumulátoru. Tento elektromobil je 7 místné vozidlo. U hybridních automobilů se odstranil nedostatek krátkého dojezdu elektromobilů, zkombinováním klasického spalovacího motoru a elektromotoru. Hybridní vozidla se dělí do tří skupin a to na sériové, paralelní a smíšené. Nejvíce hybridních vozidel je s paralelním uspořádáním. Při paralelním uspořádání je přednostně využíván spalovací motor. Elektromotor je zapojen v případě potřeby vyššího výkonu, např. samotný elektrický pohon je nejčastěji využíván při jízdě po městě, nebo na krátké vzdálenosti. Z grafu 8.7 je patrné, že největší podíl na výkonu hybridního automobilu má spalovací motor. Výjimkou je Opel Ampera a Fisker Karma, kde je nejvyšší výkon dán elektromotorem a spalovací motor slouží pro dobíjení akumulátorů. Z grafu 8.8 a 8.9 vyplývá závislost kombinované spotřeby a množství CO2 na celkovém výkonu automobilu. U automobilů s nejvyšším celkovým výkonem je i nejvyšší spotřeba a s tím i produkce CO2. Nejnižších hodnot spotřeby a CO2 dosahují automobily Toyota Prius Plug-in Hybrid, Opel Ampera a Fisker Karma. To je dáno velkým podílem výkonu elektromotoru a jejich možností dobíjení z domácí sítě.

77

Poslední variantou je pohon automobilů na vodík. Vodík lze získat mnoha způsoby a nejvýhodnější je jeho výroba z biomasy. Spalování vodíku může probíhat přímo ve spalovacím motoru, nebo v palivových článcích pro výrobu elektrické energie. Z grafu 8.14 lze usoudit, že dojezd automobilů na vodík je závislé na jeho spotřebě a kapacitě vodíkové nádrži. Z grafu 8.13 vyplývá, že nejnižší spotřebu má Mercedes Benz B F-CELL, protože je nejlehčím vozidlem v této skupině. Z grafu 8.16 je patrné, že nejvyšší rychlost je u modelu Mercedes Benz B F-CELL. Je nejmenším a nejlehčím automobilem v této skupině, ale stejně jako Honda FCX Clarity a Hyundai ix 35 Hydrogen FCEV je 5 místným vozidlem. Elektromobily jsou v současné době méně atraktivní. Zejména kvůli jejich krátkému dojezdu, dobou dobíjení a pořizovací cenou. Krátký dojezd může být přijatelný pro obyvatele žijící ve městě, nebo pro obyvatele jezdící krátké vzdálenosti. Pořizovací cena v tomto případě hraje větší roli. Díky použitým akumulátorům je cena elektromobilu značně vyšší. Velkou výhodou elektromotoru jsou nízké náklady na 1 ujetý km. Myslím si, že až budou výkonnější akumulátory za nižší cenu, tak se elektromobil stane praktičtějším a zajímavějším pro více zákazníků. Přijatelnější oproti elektromobilům jsou hybridy. Jejich značnou výhodou je jejich pořizovací cena. Další výhody jsou delší dojezdová vzdálenost, nižší spotřeba paliva a škodlivých emisí. V současné době se hybridní pohon stává velmi zajímavým a nejvíce se rozšiřujícím pohonem u automobilů. Začínají se také rozšiřovat automobily plug-in hybrid. Jsou velmi zajímavé a odstraňují nedostatky klasických hybridů. Akumulátory mohou být dobíjeny z domácí sítě. Nevýhoda hybridního pohonu je kapacita a cena akumulátoru, jako u elektromobilů. V budoucnu by mohla hybridní vozidla nahradit vozidla na vodíkový pohon. Výhodou vodíkového pohonu je jeho výroba. Lze jej vyrobit několika způsoby a nejpraktičtějším se jeví výroba z biomasy. Jeho další výhodou jsou také srovnatelné výkony jako u elektromobilů a hybridů. Díky vodíkovému pohonu automobil dosahuje nulových emisí. Nevýhodou vodíkového pohonu je drahá výroba palivových článků. Při odstranění těchto nedostatků se jeví vodíkový pohon jako jeden z lepších alternativních pohonů, který by značně pomohl k čistšímu ovzduší a nahradil by klasické spalovací motory.

78

10 POUŽITÁ LITERATURA KAMEŠ

J.,

2004:

Alternativní

pohony

automobilů.

BEN,

Praha,

231

s.

ISBN 80-7300-127-6. VLK F., 2004: Alternativní pohony motorových vozidel. Nakladatelství a vydavatelství VLK, Brno, 234 s. ISBN 80-239-1602-5. VLK F., 2000: Koncepce motorových vozidel: Koncepce vozidel, alternativní pohony, komfortní systémy, řízení dynamiky, informační systémy. 1. vyd. Nakladatelství a vydavatelství VLK, Brno, 367 s. ISBN 80-238-5276-0.

INTERNETOVÉ ZDROJE HORČÍK J., 2009: Asistovaný hybrid, online [cit. 2013-03-25]. Dostupné na: http://www.hybrid.cz/slovnicek/asistovany-hybrid HORČÍK

J.,

2009:

Mild

hybrid,

online

[cit.

2013-02-11].

Dostupné

na:

http://www.hybrid.cz/slovnicek/mild-hybrid HORČÍK J., 2009: Plug-in hybrid, online [cit 2013-03-11]. Dostupné na: http://www.hybrid.cz/slovnicek/plug-in-hybrid HORČÍK

J.,

2009:

Plný

hybrid,

online

[cit.

2013-03-11].

Dostupné

na:

http://www.hybrid.cz/slovnicek/plny-hybrid Palivové články a jejich praktické využití, online [cit. 2013-02-18]. Dostupné na: http://www.enviros.cz/palivove_clanky/3_vyuziti_palivovych_clanku.html REDAKCE, 2012: 15 zemí s největšími zásobami ropy na světě, online [cit. 2013-03-02]. Dostupné na: http://www.investicniweb.cz/galerie/2012/6/11/15-zemi-snejvetsimi-zasobami-ropy-na-svete/ SAJDL J., Emisní norma EURO,

online [cit. 2013-03-02]. Dostupné na:

http://cs.autolexicon.net/articles/emisni-norma-euro/ SPRAVODAJSTVO, 2013: IEA zvýšila odhad dopytu po rope pre rok 2013, online [cit. 2013-03-02]. Dostupné na: http://www.energia.sk/spravodajstvo/ropa-a-ropnepaliva/iea-zvysila-odhad-dopytu-po-rope-pre-rok-2013/9356/ Výroba vodíku, online [2013-02-26]. Dostupné na: http://www.h2bus.cz/vyroba-vodiku 79

11 SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ Obr. 4.1: Uspořádání hnacího ústrojí pro elektromobily (Vlk, 2004) ............................ 13 Obr. 4.2: Synchronní motor s permanentním buzením (Kameš, 2004) .......................... 15 Obr. 4.3: Elektromotor magnet-rotor (Vlk, 2004) .......................................................... 16 Obr. 4.4: Řízený reluktanční motor (Kameš, 2004) ........................................................ 17 Obr. 4.5: Olověný akumulátor (Kameš, 2004) ............................................................... 18

Obr. 5.1: Sériové uspořádání hybridního pohonu (Vlk, 2004) ....................................... 20 Obr. 5.2: Paralelní uspořádání hybridního pohonu (Vlk, 2004) .................................... 21 Obr. 5.3: Smíšené uspořádání hybridního pohonu (Vlk, 2004) ...................................... 22 Obr. 5.4: Setrvačník ........................................................................................................ 24

Obr. 6.1: Podíl surovin, ze kterých se vyrábí vodík ........................................................ 26 Obr. 6.2: Schéma palivového článku .............................................................................. 28

Obr.7.1: Peugeot iOn...................................................................................................... 31 Obr.7.2. Nissan Leaf ....................................................................................................... 32 Obr.7.3: Citroën C-Zero ................................................................................................. 33 Obr.7.4: Mitsubishi i-MiEV ............................................................................................ 34 Obr.7.5: Tazzari Zero ..................................................................................................... 35 Obr.7.6: Think City ......................................................................................................... 36 Obr.7.7: Mia Electrik...................................................................................................... 37 Obr.7.8: Tesla Model S ................................................................................................... 38 Obr.7.9: Smard ED ......................................................................................................... 39 Obr.7.10: EVC R7 elektric .............................................................................................. 40 Obr.7.11: Mercedes – Benz SLS AMG Electric Drive ................................................ 41 80

Obr.7.12: Lexus CT 200 h .............................................................................................. 42 Obr.7.13: Lexus RX 450 h (AWD – elektricky řízený pohon všech kol) ......................... 43 Obr.7.14: Lexus GS 450 h .............................................................................................. 44 Obr.7.15: Lexus LS 600h ................................................................................................ 45 Obr.7.16: Toyota Yaris ................................................................................................... 46 Obr.7.17: Toyota Auris ................................................................................................... 47 Obr.7.18: Toyota Prius Plug – In Hybrid ....................................................................... 48 Obr.7.19: Toyota prius + ................................................................................................ 49 Obr.7.20: Toyota Prius ................................................................................................... 50 Obr.7.21: Honda Jazz ..................................................................................................... 51 Obr.7.22: Honda Insight ................................................................................................. 52 Obr.7.23: Honda CR – Z ................................................................................................ 53 Obr.7.24: Peugeot 508 RXH ........................................................................................... 54 Obr.7.25: Peugeot 3008 HYBRID 4 ............................................................................... 55 Obr.7.26: Infiniti M35h AT ............................................................................................. 56 Obr.7.27: Citroën DS 5 Hybrid4 Aidream ..................................................................... 57 Obr.7.28: Opel Ampera .................................................................................................. 58 Obr.7.29: BMV Active Hybrid 5 ..................................................................................... 59 Obr.7.30: BMW Active Hybrid 7 .................................................................................... 60 Obr.7.31: Kia Optima Hybrid......................................................................................... 61 Obr.7.32: Volkswagen Tuareg Hybrid ........................................................................... 62 Obr.7.33: Porsche Cayenne S Hybrid ............................................................................ 63 Obr.7.34: Porsche Panamera S Hybrid .......................................................................... 64 Obr.7.35: Mercedes-Benz S 400 Hybrid ......................................................................... 65 Obr.7.36: Mercedes-Benz E 300 BlueTech Hybrid ........................................................ 66 Obr.7.37: Fisker Karma ................................................................................................. 67 81

Obr.7.38: Mercedes-Benz B F-CELL ............................................................................. 68 Obr.7.39: Honda FCX Clarity ........................................................................................ 69 Obr.7.40: Hyundai ix35 Hydrogen FCEV ...................................................................... 70

Obr.8.1: Porovnání výkonu elektromobilů ..................................................................... 71 Obr.8.2: Porovnání kapacity akumulátorů u elektromotorů .......................................... 71 Obr.8.3: Porovnání teoretického dojezdu u elektromobilů ............................................ 71 Obr.8.4: Porovnání maximální rychlosti u elektromobilů .............................................. 72 Obr.8.5: Porovnání zrychlení u elektromobilů ............................................................... 72 Obr.8.6: Porovnání doby dobíjení u elektromobilů ........................................................ 72 Obr.8.7: Porovnání výkonů spalovacích a elektrických motorů u hybridů .................... 73 Obr.8.8: Porovnání hodnoty emisí CO2 u hybridů provozu mimo město (norma NEDC 93/116/ECE) ................................................................................................................... 74 Obr.8.9: Porovnání kombinovaná spotřeby u hybridů (norma NEDC 93/116/ECE) .... 74 Obr.8.10: Porovnání maximální rychlost u hybridů....................................................... 75 Obr.8.11: Porovnání zrychlení u hybridů ....................................................................... 75 Obr.8.12: Porovnání výkonu elektromotorů u vodíkových automobilů .......................... 76 Obr.8.13: Porovnání spotřeby u vodíkových automobilů ............................................... 76 Obr.8.14: Porovnání teoretického dojezdu vodíkových automobilů .............................. 76 Obr.8.15: Porovnání kapacity nádrží vodíku u vodíkových automobilů ........................ 76 Obr.8.16: Porovnání nejvyšší rychlosti u vodíkových automobilů ................................. 76

12 SEZNAM TABULEK Tabulka 3.1: Tabulka porovnání 15 zemí v těžbě ropy ................................................... 11 Tabulka 3.2: Tabulka emisních norem uvedená v g/km v kombinovaném provozu ........ 12

82

Alternativní pohony silničních vozidel

Recommend Documents