Táto technológia zaisťuje, že na našich cestách budú jazdiť ekologické, tiché a efektívne vozidlá. Stále je potrebné prekonať určité výzvy, aby bolo možné využiť všetky výhody elektrického pohonu.

Zmena podnebia, nedostatok ropy, znečistenie ovzdušia... Mobilita ľudí musí byť v budúcnosti neutrálna z hľadiska CO₂. Elektrické automobily a hybridné vozidlá vytvárajú menej výfukových plynov ako autá so spaľovacím motorom. Elektromobilita je preto vhodným spôsobom, ako znížiť produkciu CO₂ – ak sa energia získava z obnoviteľných zdrojov. Boston Consulting Group predpovedá, že elektrické vozidlá budú mať do roku 2030 trhový podiel až 50 percent. Čo však vlastne znamená prechod na elektromobilitu a aké sú jeho dôsledky?

Elektromobilita alebo e-mobilita je použitie elektrických automobilov, ako aj elektrických bicyklov, elektrokolobežiek, elektrických motoriek, elektrických autobusov a nákladných vozidiel. Spoločným znakom všetkých z nich je, že sú úplne alebo čiastočne poháňané elektrickou energiou, majú prostriedky na ukladanie energie vo vozidle a svoju energiu získavajú hlavne z elektrickej siete.

Elektrické autá sú tiché, efektívne a s nízkymi alebo nulovými emisiami. Doteraz sa používali hlavne v mestách, kde sú ideálne na doručovacie služby, taxíky a zdieľanie automobilov.

Hybridné vozidlá kombinujú dve technológie pohonnej jednotky. S elektrickým pohonom zvyčajne dokážu prekonať kratšie vzdialenosti. Vďaka spaľovaciemu motoru bez problémov zvládnu aj dlhé cesty. Hybridné automobily, ktoré nielen využívajú elektrickú energiu získanú počas jazdy alebo pri brzdení, ale ktoré možno nabíjať aj zo zásuvky, sa nazývajú plug-in hybridy. Hybridy sa považujú za premosťovaciu technológiu až do dovtedy, keď môžu byť automobily úplne poháňané elektrickou energiou, vyrábanou priamo v automobile napríklad z palivových článkov.

Elektrické vozidlo je vozidlo, ktoré používa jeden alebo kombináciu viacerých energetických zdrojov ako palivové články, batérie a superkondenzátory na napájanie elektrického pohonu. Jeden alebo viac vedľajších zdrojov v elektrickom vozidle pomáhajú hlavnému zdroju elektrickej energie, čím sa môže znížiť hmotnosť a objem a výrazne zlepšiť výkon. Najčastejšími zásobníkmi energie sú batérie, superkondenzátory a palivové články, ktoré sú navzájom prepojené rôznymi spôsobmi pomocou DC/DC meničov pre prispôsobenie ich napäťových úrovní. Zásobníky energie môžeme rozdeliť podľa merného výkonu a mernej energie. Merný výkon je definovaný ako výkon, ktorý môže byť uložený na jednotku váhy. Udáva sa vo Wkg^-1 alebo Wm^-3. Merná energia reprezentuje, koľko energie je uloženej v jednotke váhy. Udáva sa vo Whkg^-1 alebo Whm^-3.

Superkondenzátory známe tiež ako ultrakondenzátory alebo elektrochemické kondenzátory využívajú materiály s veľkým povrchom pre elektródy a veľmi tenké dielektriká, aby dosiahli mnohonásobne väčšiu kapacitu ako klasické kondenzátory. Vďaka tomu dosahujú superkondenzátory veľkú hustotu energie pri stále veľkej hustote výkonu tradičných kondenzátorov. Tradičné kondenzátory pozostávajú z dvoch elektród, ktoré sú od seba oddelené dielektrickým materiálom. Ak sa na kondenzátor priloží napätie, na elektródach sú akumulované opačné náboje. Náboje sú od seba oddelené dielektrikom, čím sa vytváran elektrické pole, ktoré umožňuje kondenzátorom ukladať energiu. Superkondenzátory využívajú rovnaké základné princípy ako tradičné kondenzátory. Obsahujú elektródy s oveľa väčším povrchom a oveľa tenšími dielektrikami, čím je znížená vzdialenosť medzi elektródami, čo vedie k zvýšeniu kapacity. Batérie dokážu uložiť veľkú energiu, nevedia však túto energiu dodať veľmi rýchlo. Na druhej strane kondenzátory majú omnoho menšiu hustotu energie, ale dokážu energiu dodať veľmi rýchlo, čím produkujú veľký výkon, takže ich výkonová hustota je oveľa väčšia. V porovnaní s batériami majú výhodu v rýchlejšom nabíjaní a dlhšej životnosti.

Palivové články sú zariadenia, ktoré premieňajú chemickú energiu reakcie priamo na elektrickú energiu. Základná štruktúra palivového článku pozostáva z vrstvy elektrolytu, ktorá je v kontakte s pórovanou anódou a katódou na opačnej strane. V typickom palivovom článku sa nepretržite plynné palivá privádzajú k anóde (negatívnej elektróde) a okysličovadlá ku katóde (kladnej elektróde). Elektrochemické reakcie prebiehajú na elektródach, čim vzniká elektrický prúd. Palivový článok časti aj charakteristiky podobné batériám sú odlišné v niekoľkých ohľadoch. Oproti batérii, ktorej množstvo uloženej energie je dané množstvom chemických reaktantov, teda ak sa spotrebujú, batéria prestane dodávať energiu, je palivový článok schopný dodávať teoreticky energiu tak dlho, ako sa privádza palivo. V skutočnosti je životnosť obmedzená hlavne koróziou.

Elektrické vozidlá možno nabíjať pomocou bezdrôtového prenosu energie na špeciálnej nabíjacej stanici. Tento princíp prenosu energie je známy viac ako 100 rokov od vynálezu Teslovej cievky. Kľúčovým faktorom pri takomto prenose veľkých výkonov je účinnosť prenosu. Pre bezdrôtový prenos energie sa využívajú dva princípy, a to štandardná indukčná väzba a rezonančná indukčná väzba. Štandardná indukčná väzba sa používa na krátke vzdialenosti vysielacej a prijímacej cievky, pretože väčšina magnetického toku nie je spojená medzi cievkami, ale v okolitom priestore a tým magnetické pole výrazne slabne. Indukčná rezonančná väzba ponúka vyššiu účinnosť (až 95 %) a funguje dokonca aj na relatívne veľké vzdialenosti (až niekoľko metrov), pretože rezonančná cievka významne znižuje energetické straty, čo umožňuje prenos energie z jednej cievky na druhú.

doc. Ing. Peter Drgoňa, PhD.

Fakulta elektrotechniky a informačných technológií, Katedra mechatroniky a elektroniky

Žilinská univerzita v Žiline, www.uniza.sk