Elektromobilność: Podstawy technologii samochodów elektrycznych

W dobie rosnącej świadomości ekologicznej i dynamicznego rozwoju technologii, samochody elektryczne (EV) zyskują na popularności, oferując ekologiczną alternatywę dla tradycyjnych pojazdów spalinowych.

Kluczowym elementem, który wyróżnia EV na tle pojazdów konwencjonalnych, jest ich napęd - silniki elektryczne. Zrozumienie, jak działają te innowacyjne mechanizmy, jest istotne dla każdego, kto interesuje się przyszłością motoryzacji.

Jak działają samochody elektryczne? Podstawy silników

Podstawą działania samochodów elektrycznych jest zjawisko elektromagnetyzmu. Gdy obwód elektryczny zostaje zamknięty, umożliwiając przepływ elektronów, generuje on pole elektromagnetyczne. W obecności innego pola magnetycznego, jak na przykład magnesu, dochodzi do wzajemnego przyciągania i odpychania się biegunów magnetycznych.

W silnikach elektrycznych stosuje się zestaw magnesów lub elektromagnesów zamontowanych na wale oraz drugi zestaw umieszczony w obudowie otaczającej wał. Przez okresowe zmiany biegunowości jednego zestawu elektromagnesów, silnik EV wykorzystuje te siły przyciągania i odpychania do obracania wału, co przekształca elektryczność w moment obrotowy i w konsekwencji obraca koła pojazdu. W odwrotnym procesie, takim jak hamowanie rekuperacyjne, te siły elektromagnetyczne mogą przekształcić ruch z powrotem w energię elektryczną.

Silniki AC czy DC?

Elektryczność dostarczana do domów to prąd zmienny (AC), którego polaryzacja zmienia się cyklicznie. Natomiast prąd stały (DC) jest tym, co znajduje się w każdej baterii. Silniki wymagają prądu zmiennego do obracania się. W samochodach elektrycznych zarządzane są oba typy energii. Bateria przechowuje i dostarcza prąd stały, ale silnik potrzebuje AC. Podczas ładowania baterii energia wchodzi do ładowarki pokładowej jako prąd zmienny podczas ładowania na poziomie 1 i 2 oraz jako prąd stały o wysokim napięciu na szybkich ładowarkach.

Rodzaje silników w samochodach elektrycznych

1. Silnik DC ze szczotkami: Stare typy silników stosowane w pierwszych EV, w których prąd stały z baterii dostarczany jest do wirnika przez szczotki sprężynowe. Zmieniają one polaryzację elektromagnesu na wirniku, co umożliwia obracanie się wału.

2. Bezszczotkowy silnik DC (BLDC): W tych silnikach magnesy stałe umieszczone są na wirniku, a elektromagnesy na stojanie. Zewnętrzny kontroler silnika przełącza polaryzację, generując obracające się pole magnetyczne.

3. Silnik synchroniczny z magnesami stałymi (PMSM): Podobny do BLDC, ale zamiast prądu stałego wykorzystuje ciągły prąd sinusoidalny AC. Jest efektywniejszy i cichszy, a "synchroniczny" oznacza, że wirnik obraca się z tą samą prędkością co pole magnetyczne w cewkach.

4. Silnik indukcyjny AC: Eliminuje potrzebę magnesów stałych na wirniku. Zamiast tego, zmienne pole magnetyczne w stojanie indukuje prąd w wirniku, który wytwarza siłę magnetyczną powodującą obrót wirnika.

5. Silnik reluktancyjny: Wykorzystuje opór magnetyczny, aby generować obrót. W silniku reluktancyjnym przełączanym (SRM) wirnik wykonany jest z miękkiego materiału magnetycznego, który wchodzi w interakcję z biegunami na stojanie. Natomiast w synchronicznym silniku reluktancyjnym (SynRM) stosuje się bardziej rozproszone cewki z prądem sinusoidalnym AC, a wirnik jest specjalnie ukształtowany, aby zoptymalizować opór magnetyczny.