Ob izjemno nizkih cenah nafte, ki smo jim priča, bi se marsikdo seveda lahko logično vprašal, če zgodovinsko nizka cena fosilnih goriv ne bo vplivala na zaustavitev razvoja baterijsko električnih vozil (BEV), ki jim bolj popularno rečemo kar električni avtomobili. Seveda bi bil lahko odgovor večznačen, toda pod črto je vendarle mogoče reči le – težko.

Zagona e-mobilnosti namreč ne vzdržuje (le) cena nafte oziroma derivatov ter dostopnosti, pač pa predvsem zakonodaja. Ta pa bo, vsaj v EU, že drugo leto močno in spet omejila flotni izpust Co2 na 95 g/km, kar pa bodo dosegli le redki avtomobili s t.i. klasičnim pogonom.

Tem se jim tovarne seveda ne bodo kar odrekle, saj motor z notranjim izgorevanjem še ni mrtev, še posebej na območjih, na katerih infrastruktura, potrebna za uporabo električnih avtomobilov ne obstaja in še nekaj časa ne bo, zato pa za doseganje teh ciljev nujno potrebujejo floto modelov z ničnim izpustom (na avtomobilu) Co2, s pomočjo katerih bo potem doseganje povprečja bistveno lažje. Kazni, ki jih predvideva EU za vsak gram presežka so namreč precej drastične (95 evrov po gramu po vozilu).

Ne glede na okoljske zahteve komisije EU pa je tudi brez tega jasno, da bodo (baterijsko) električno gnani avtomobili relativno hitro dosegli uporabniško primerljivost z modeli s klasičnim pogonom, torej z motorjem z notranjim izgorevanjem, vključno z dosegom z enim 'polnjenjem'.

Že zdaj pa tovrstni pogon ponuja (ob ekološkem) tudi mnogo drugih prednosti, predvsem gre za učinkovitost pretvorbe energije (iz električne v mehansko), mehansko enostavnost, enostavno in tudi cenovno ugodno vzdrževanje, nizko porabo energije, možnost polnjenja doma, ugodno razporeditev teže med osema, …

Glede na vse povedano je že zdaj jasno, da bo tovrstni koncept pogona dobil večji pomen že kratkoročno, kaj šele srednje- in dolgoročno, ko bo družba začela intenzivneje dohitevati tudi cilje na področju avtonomne vožnje (tretje, posebno pa četrte in pete stopnje), kjer imajo e-vozila zaradi specifike pogona, ki omogoča več prilagodljivosti, nadzora in enostavno povezavo z računalniki seveda bistveno prednost.

Motor/prenos

Pogonski e-motor je torej nekakšno srce pogona. Za premikanje vozila je lahko zadolžen eden, dva, trije ali celo štirje motorji (eden na os). Največja praktična prednost e-motorja je predvsem njegova sposobnost razviti največji navor pri prvih nekaj vrtljajih. In ta navor potem obdržati skozi široko območje vrtljajev, s čimer je seveda tesno povezana tudi enostavnost prenosnega mehanizma.

Zanimivo pri tem je, da komercialna največja moč (torej tista, ki jo proizvajalec oglašuje kot največjo moč motorja in ki je uporabniku v resnici na voljo, pa čeprav le za nekaj sekund) dostikrat ni enaka največji stalni moči (na katero sta vezana zavarovanje in registracija), to pa je odvisno zasnove motorja in uporabljenih materialov, pa tudi zgradbe in učinkovitosti inverterja.

Največjo moč motor razvije v glavnem za krajši čas, potem pa začneta zaradi naraščanja temperature njegova učinkovitost in zmogljivosti padati. To je značilno predvsem za asinhrone elek­tromotorje, ki so bolj značilni za cenejše električne avtomobile (a jih najdemo tudi v dražjih in obratno), mnogo boljši pa so po tej plati sinhroni motorji s stalnimi magneti.

Če je torej e-motor srce, predstavljata močnostna elektronika in inverter možgane in živčevje pogona in avtomobila. Elektronika namreč nadzoruje pretok energije do motorja, nadzoruje delo motorja in s tem vrtljaje, navor … Brez inverterja ne gre, saj pretvarja močan enosmerni tok (DC) v izmenični (AC) za pogon motorja – in obratno, ko pri zaviranju e-motor spremeni smer in kot generator kinetično energijo avtomobila regenerira v električno, to pretvori v enosmerno in jo pošilja v visokonapetostno baterijo.

Tudi tu so seveda razlike v tem, kako odporen je proti pregrevanju, kakšne izgube so pri pogonu in kako natančno pretvarja (DC) enofazni v trifazni (AC) s potrebno frekvenco, pa tudi, kako učinkovit je pri regeneraciji, ko iz izmeničnega toka dela enosmernega za polnjenje baterije.

Baterija

Največji, najdražji ter tudi najtežji ter razvojno in proizvodno najbolj zahteven del e-avtomobila je seveda – baterija. Prav zmogljivost baterije v glavnem določa tudi zmogljivosti pogonskega stroja in seveda tisto, kar bo danes vprašal vsak potencialni kupec – doseg s polno baterijo. Ta pa je seveda odvisen predvsem od energetske gostote, ki jo baterija omogoča.

Seveda pa na doseg vpliva še kup drugih dejavnikov, ki pa so povezani še z baterijo, njeno velikostjo, težo, načinom vgradnje … Seveda pa tudi z močnostno elektroniko, motorjem, prenosi, učinkovitostjo regeneracije in načinom vožnje.

Litij-ionska zgradba prevladuje (z nekaj podizvedbami), starejši tip je nikelj-metal hidridna baterija, ki je danes le še v kakšnem hibridu. Kemijska sestava se še nekaj časa ne bo spreminjala, na obzorju pa so že bistveno boljše kemične mešanice znotraj baterij, ki jih strokovnjaki testirajo za naslednjo generacijo baterij. Tu je najdlje t. i. polprevodniška (solid-state) baterija s približno dvakratno večjo energetsko gostoto, kot jo ponujajo li-ionske.

Razvijalci baterij morajo v eno združiti kar nekaj zahtev, ki si deloma nasprotujejo: čim večja kapaciteta, čim manjši volumen in masa, čim večja največja moč, ki jo baterija zmore pri pogonu in polnjenju, in seveda vzdržljivost, ki mora segati tja proti 2.000 in več ciklom – in vse ob čim nižji ceni in hitri proizvodnji s čim manj uporabljenimi redkimi materiali.

Vredno je omeniti še mehansko sestavo in obliko - boljši avti imajo bolj lastnim potrebam prirejene baterije, ki zagotavljajo tudi več energijske gostote. Ploščate in tako imenovane pouch celice so tu (zaradi boljšega izkoristka prostora) boljše od valjastih, naslednji korak predstavljajo predformirane (CTP, Cell to Pack) baterije, pri katerih proizvajalec baterijskih celic ne izdela le celic, ki jih nato proizvajalec avtomobila združi v module, te pa v baterijo, temveč dobavlja že popolnoma izdelane baterijske module, ki jih je treba le še zložiti v ohišje baterije. S tem nastane manj izgub, manjša sta masa in volumen baterije in zato večja energijska gostota …

Veliko je odvisno tudi od termalnega upravljanja baterije, tako pri moči, ki jo lahko oddaja, kot pri moči polnjenja, saj optimalno deluje v dokaj ozkem toplotnem območju. Gre torej za ogrevanje v najhladnejšem obdobju in hlajenje poleti (v glavnem tekočinsko, lahko tudi s povezavo s sistemom hlajenja kabine ali pa neposredno s pomočjo klimatske naprave).

Nekateri proizvajalci se odločijo celo za baterije brez te funkcije (kar pa se je v preteklosti že izkazalo za problematično), izbira rešitve pa je po navadi posledica kompromisa med zmogljivostmi, ceno in predvideno uporabo vozila. Kaj je lahko posledica slabega termalnega upravljanja? Počasno hitro polnjenje in hitro padanje razpoložljive kapacitete baterije (SOH – State of Health, torej odstotek kapacitete, ki je na voljo, v primerjavi z novo baterijo).

In seveda – sistemi z napetostjo 800 V so boljši od 400 V, ker pri istem toku (ta pa je tisti dejavnik, ki zaradi električnega upora in segrevanja omejuje moč) dosežejo dvakrat večjo moč – pri polnjenju in praznjenju. Zato na trgu praktično ni modela s sistemsko napetostjo 350 do 400 V, ki bi se polnil z več kot 150 kW, avtomobili, ki delujejo visoko napetostjo 800V pa omogočajo polnilne moči do 350 kW.

Polnjenje

Pri polnjenju baterije je seveda hitrost odvisna od zmogljivosti vgrajenega polnilnika in seveda njegove učinkovitosti. Večina manjših avtomobilov (mini, spodnji, spodnji srednji razred) je serijsko opremljenih s kablom s polnilnikom za počasno polnjenje (AC) iz domače šukovtičnice, ki pa v glavnem omogoča le dobra 2 kW in tako pri sodobnih avtomobilih (z baterijami z okoli 50 kWh) le pogojno omogoča polnjenje.

Pri tem velja omeniti, da nekateri proizvajalci priložijo tudi kabel Tipa 2 za polnjenje na domačih in javnih polnilnih postajah z izmeničnim tokom, pri nekaterih pa ga je treba doplačati, kar stane nekaj 100 evrov. Še pomembnejše pa je, kakšen je v avto vgrajeni polnilnik, ki izmenični tok iz domače vtičnice ali domače oz. javne AC-polnilne postaje oziroma koliko faz električnega omrežja zna uporabljati in s kakšnim tokom.

Nekateri omogočajo le enofazno polnjenje, kar pomeni največjo moč 3,7 ali 7,4 kW (odvisno od tega, ali gre za 11 kW ali 22 kW polnilno postajo), nekateri so dvofazni (ti po navadi omogočajo 7,4 kW največje moči polnjenja, gre pa po navadi za osnovne različice sodobnih modelov), večina novih modelov pa ima serijsko trifazno AC-polnjenje (11 kW), doplačilno celo 22 kW.

Obstajajo tudi EV, ki namesto ločenega vgrajenega polnilnika uporabljajo kar pogonski del avta, ker je inverter tako ali tako neke vrste polnilnik (recimo Smart, stari Zoe). To je seveda cenejše, omogoča večje moči, ampak pri počasnem polnjenju so izgube izdatne! Seveda pa večina proizvajalcev ponuja tudi možnost hitrega polnjenja z enosmernim tokom (običajno vsaj 50, standard nove generacije je med 100 in 150, gre pa vse tja do 350 kW). Te hitre in superhitre postaje omogočajo polnjenje baterije do 80 odstotkov že v pol ure ali manj!

Zato je ob nakupu električnega avtomobila treba razmišljati o domači polnilnici (t. i. wallboxu), ki lahko omogoča precej večje moči polnjenje – navsezadnje naj bi veliko večino polnjenj (okoli 75 odstotkov) opravili doma. Na ta način lahko izkoristimo vse zmogljivosti vgrajenega polnilnika (torej tudi trifazno polnjenje), moč polnjenja je enakomerno razporejena na vse faze, sodobne polnilne postaje pa večinoma (razen čisto najcenejših) podpirajo dinamično polnjenje in omejevanje največje moči, da ne bi prišlo do preobremenitve glavne varovalke električnega priključka.

Info-zabavni sistem in podporna elektronika

Seveda je podpora sodobnih sistemov za pomoč vozniku med čim bolj učinkovito vožnjo pri BEV še toliko bolj pomembna, saj je vsaka privarčevana kilovatna ura mnogo bolj dragocena in prihranek bolj izrazit kot pri klasičnem pogonu. Zato imajo sodobni BEV namensko razvite sisteme, ki neposredno prek info-zabavnega sistema in podpornih sistemov pomagajo vozniku. Ne le izvleči največ iz omejene zaloge energije, ampak to omogočajo tudi na enostaven in udoben način, s čimer je raven stresa lahko izrazito nižja.

Poleg tega, da vozniku omogočajo vpogled v pretok energije in stanje, znajo tudi izbrati najbolj optimalno pot z navigacijskim sistemom (z načrtovanim polnjenjem vred), znajo predvideti porabo in končno stanje baterije, znajo komunicirati s svetom in načrtovanje prilagajati prometu, zasedenosti polnilnih postaj ...

Glede na izbran vozni program se temu lahko prilagaja recimo tudi aktivni tempomat, navigacija zna upoštevati tudi višinsko topografijo poti … Seveda pa so tu še običajni, a nič manj pomembni sklopi, kot so načrtovanje polnjenja, dostop do vozila na daljavo (prek aplikacije na pametnem telefonu), z možnostjo nadzora nad določenimi komponentami (tudi klimatsko napravo, vgrajenim polnilnikom, časovnimi prednastavitvami polnjenja …).

Vozna dinamika

Težko bi obšli dejstvo, da so električni avtomobili težji od svojih konkurentov, ki jih poganjajo fosilna goriva. Toda prednost zadnje generacije BEV je dejstvo, da je ta teža pravzaprav idealno razporejena. Levji delež gre namreč na račun baterije – ta pa je spravljena v dno avtomobila in razporejena med prednjo in zadnjo os.

S tem je težišče nižje, razporeditev med osema pa običajno blizu idealni (50 : 50). Nekaj mase v primerjavi s klasičnim avtomobilom BEV prihrani pri lažjem motorju (elektromotor in inverter sta lažja od klasičnega bencinarja ali dizla) in odsotnosti menjalnika.

Seveda industrija večino naporov vlaga v večjo energetsko gostoto baterije, kar seveda pomeni, da bi ob enaki ali večji zmogljivosti lahko bila baterija manjša, s tem spet bistveno lažja. To pa spet in neposredno vpliva na vozno dinamiko pa tudi na porabo (obrabo) in doseg.

Ob bateriji pa proizvajalci seveda poskušajo na vse mogoče načine prihraniti težo pri drugih sklopih, predvsem pri karoseriji, opremi, napeljavi, tudi pri notranjih materialih, prevlekah … To pa seveda pomeni tudi višjo ceno, zato si skrajnosti lahko privoščijo le najdražji, številni pa ostajajo za kakšen kilogram težji, kot bi sicer lahko bili.

Sicer pa zmorejo sodobni BEV pokazati svojim 'klasičnim' konkurentom tudi na tem področju kakšen trik ali dva. Prvi je seveda izjemen instanten navor, ki ga zmorejo električni motorji, kar seveda omogoča odločen pospešek z mesta.

Drugi je napredna nadzorna elektronika, ki učinkovito kroti ta navor neposredno v povezavi z motorjem (ne prek zavornih impulzov) in omogoča odličen prenos navora na podlago.

In tretji je izjemno vektoriranje navora med posameznimi premami oziroma kolesi, ki je še toliko bolj učinkovito, kot sta v sovpregi dva (ali več) e-motorjev. V ta segment pa spada tudi učinkovit e-štirikolesni pogon, ki omogoča mnogo več prilagodljivosti kot klasični z mehansko povezavo in morebitnimi zaporami diferencialov.

Kako izbrati domačo polnilno postajo?

Vprašanje, s katerim se pred nakupom ali najpozneje tik po tem sreča večina kupcev električnega avtomobila, je vprašanje domače polnilne postaje. Ali je potrebna, koliko stane, kakšno izbrati, na kaj pri izbiri paziti, kaj to pomeni za domači električni priključek.

Odgovore na ta vprašanja nam je podal Dušan Lukič, vodja programa Nova mobilnost pri Porsche Slovenija. »Domača polnilna postaja je za večino uporabnikov električnih avtomobilov nujna, če seveda imajo možnost, kam jo namestiti, saj bodo le tako lahko popolnoma izkoristili lastnosti električnega avtomobila. Poleg tega močno priporočamo pametno polnilno postajo, ki omogoča dinamično polnjenje in zna komunicirati z vozilom ter upravljati moč polnjenja glede na razpoložljivo moč na električnem priključku, torej uporabo tako imenovanega Load Guarda,« pravi Lukič.

Load Guard je napravica, ki meri skupno moč, ki jo iz električnega priključka v določenem trenutku 'vlečejo' vsi električni porabniki v gospodinjstvu, torej tudi kuhalna plošča, pečica, toplotna črpalka in podobni porabniki. Če zazna, da se skupna moč približuje meji, pri kateri bi se izklopila glavna varovalka priključka, to sporoči polnilni postaji, ki vgrajenemu polnilniku vozila poda novo, nižjo informacijo o razpoložljivi moči. Avto tako zmanjša moč polnjenja, da prepreči preobremenitev.

»Dobre polnilne postaje znajo komunicirati tudi z morebitno vgrajeno sončno elektrarno in tako še znižati strošek polnjenja,« dodaja Lukič, ki izpostavlja tudi udobnostni vidik uporabe domače polnilne postaje: »Izberite polnilno postajo z že vgrajenim kablom. Tako boste za polnjenje, ko parkirate doma, porabili le 3 do 5 sekund, da vtaknete kabel v avto, in to je veliko bolj udobno kot vedno iskati kabel, ga vklapljati v polnilnico in še v avto ... Tudi polnilnik za telefon imamo doma pripravljen tako, da v mobilnik zvečer le vklopimo kabel.«

Seveda je izbira primerne postaje, zlasti pa njena vgradnja in povezava z domačim električnim priključkom zahtevno početje. »Pri podjetju Porsche Slovenija imamo v ta namen blagovno znamko MOON. Ta ne omogoča le nakupa polnilne postaje ali sončne elektrarne ali hranilnika energije, temveč celovito storitev.«

»To pomeni, da MOON-ov svetovalec opravi ogled na domu, tako imenovani Home Check, kjer preveri stanje električnega priključka in nameravano namestitev postaje, oceni potrebna dela in svetuje pri morebitnih spremembah na priključku.« In kako zmogljiv mora biti ta, da bo omogočal normalno polnjenje?

Večina slovenskih hiš ima dovolj zmogljiv priključek ali pa so potrebne le manjše spremembe, pravi Lukič: »Večina hiš ima trifazni priključek, po navadi 3 x 20 A, kar pomeni 13 kilovatov priključne moči. Ob uporabi Load Guarda je to dovolj za povprečnega uporabnika, če pa želite biti še na bolj varni strani in polniti hitreje tudi čez dan, ko je v uporabi več drugih porabnikov, pa povečanje priključne moči priključka na 3 x 25 A, kar pomeni 17 kilovatov moči, ni drago. Stane okoli 200 evrov in dodatnih nekaj evrov mesečno zaradi višje obračunske moči, ki se s 7 dvigne na 10 kW.«

»V primerjavi s prihrankom pri siceršnji ceni goriva je to izjemno malo, s stališča udobja pa pomeni veliko. Ocenjeno takole čez prst, priporočamo, da ima domači električni priključek ob uporabi Load Guarda približno 5 kilovatov več moči od tiste moči, ki jo boste potrebovali za povprečno dnevno polnjenje avtomobila,« pravi Lukič.

Povprečni slovenski voznik, ki dnevno naredi okoli 50 kilometrov in pri tem porabi tja do 10 kilovatnih ur elektrike, za polnjenje med nočno tarifo, torej med 22. in 6. uro, potrebuje le 3 kilovate moči, kar pomeni, da je 13 kW priključek več kot zadosten.

»Je pa treba upoštevati, da imajo sodobni avtomobili 50 in več kWh baterije in da znajo vozniki električnih avtomobilov prevoziti več kilometrov, saj je vožnja cenejša, in da je treba včasih avto napolniti hitreje, zato uporabniku pomagamo oceniti njegove potrebe in na podlagi tega tudi morebitne spremembe na priključku,« pravi Lukič, ki opozarja, da postopek povečanja priključne moči traja mesec do dva, izpolniti pa je treba precej obrazcev – na srečo pa je postopek sicer preprost in pri večini operaterjev omrežja tudi dovolj razumljivo opisan.

Če boste povečali le obračunsko moč, ne pa tudi priključne (na primer s 5 na 7 kW, na 3 x 20 A priključku), je postopek veliko hitrejši in ne prinese skoraj nič stroškov.

Bolj zapleteno postane, če se odločite še za domačo sončno elektrarno, saj je papirologije res veliko, pravi Lukič: »Tu je pomoč svetovalcev MOON neprecenljiva, saj jim enostavno podpišete pooblastilo in vso papirologijo uredijo namesto vas.«

Pri nakupu električnega avtomobila je torej treba razmišljati bolj celovito: ne le o avtomobilu, temveč tudi o rešitvah za polnjenje in, če je to le mogoče, tudi o lastnem zagotavljanju energije zanjo.