6 trendów technologicznych, które kształtują przyszłość pojazdów elektrycznych
Pixabay – Felix MüllerPojazdy z napędem elektrycznym to jedno z najważniejszych wyzwań współczesnej motoryzacji. Wraz z postępem technologicznym pojawiają się coraz bardziej zaawansowane rozwiązania, które zwiększają popularność i wydajność tych pojazdów.
Wśród kluczowych trendów technologicznych, które kształtują przyszłość pojazdów elektrycznych, można wyróżnić 6 najważniejszych. Oto one.
1. Zaawansowane ogniwa i zestawy baterii litowo-jonowych
Zaawansowane akumulatory litowo-jonowe (li-ion) charakteryzują się zastosowaniem anod, które są wykonane z krzemu lub metalicznego litu, elektrolitów stałych i katod o wysokiej zawartości niklu. Ich zaletami jest wysoka gęstość energii, długi cykl życia i niskie samorozładowanie. Są także stosunkowo lekkie i mają możliwość szybkiego ładowania.
W porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami kwasowo-ołowiowymi te litowo-jonowe mają większą gęstość energii i są bardziej efektywne w wykorzystaniu energii. Ponadto baterie Li-Ion są bardziej ekologiczne, ponieważ nie zawierają toksycznych metali ciężkich, takich jak ołów czy kadm, które są szkodliwe dla środowiska i zdrowia ludzi. Wiele wskazuje, że tego typy baterie jeszcze przez pewien czas utrzymają dominującą pozycję na rynku.
W ciągu najbliższych lat można się jednak spodziewać dalszego ulepszania elektrod, konstrukcji ogniw i gęstości energii, co pozwoli na zwiększenie zasięgu pojazdów elektrycznych i skrócenie czasu ładowania. Według producentów akumulatorów samochodowych do 2030 r. powinny pojawić się na rynku ogniwa o pojemności do 400 Wh/kg. W ostatnich latach można też zauważyć trend w kierunku większych rozmiarów ogniw oraz niemodularnych konstrukcji ogniw i pakietów baterii.
Takie rozwiązanie spowoduje zmniejszenie liczby połączeń, szyn zbiorczych między poszczególnymi ogniwami a modułami, co wpłynie na zwiększenie niezawodności i trwałości pakietów baterii. Dodatkowo rozwijane są także nowe materiały do interfejsów termicznych, klejów, uszczelek, impregnacji, pottingu, wypełniaczy i innych, które pomogą w tworzeniu akumulatorów o wyższej jakości.
2. Bezprzewodowe ładowanie pojazdów
Bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych to obecnie jeden z głównych trendów technologicznych, który może zrewolucjonizować motoryzację. W większości przypadków, aby naładować baterie samo-spochodu z napędem elektrycznym, trzeba kablem podłączyć auto do stacji ładowania. Technologia ładowania bezprzewodowego za pomocą pola elektromagnetycznego umożliwia ładowanie pojazdów bez potrzeby korzystania z kabla.
Taka forma ładownia powinna przyczynić się rozwoju bardziej ekologicznych form transportu, co stanowi ważny krok w kierunku zrównoważonej mobilności. Obecnie bezprzewodowe ładowanie samochodów elektrycznych jest wciąż w fazie rozwoju. Choć badania nad bezprzewodowym ładowaniem samochodów elektrycznych nadal trwają, już teraz niektóre firmy zaczynają wprowadzać tę technologię do swoich pojazdów.
Przykładem są Tesla Model S oraz BMW i8, które wyposażono w bezprzewodowy system ładowania. W miarę postępu prac nad tą technologią można oczekiwać, że bezprzewodowe ładowanie stanie się powszechniejsze i łatwiejsze w użyciu. To jeden z ważnych kroków w kierunku rozwoju elektromobilnosci, który może przyczynić się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i poprawy jakości powietrza.
3. Elektronika mocy
Do zwiększenia zasięgu pojazdów elektrycznych i poprawy ich osiągów niezbędna jest poprawa układu napędowego. Kluczowy dla osiągnięcie tego celu może być postęp w elektronice zasilającej (falowniki, ładowarki pokładowe, konwertery DC-DC). Wprowadzenie nowych materiałów i technologii – takich jak tranzystory MOSFET z węgli-ka krzemu i platformy pojazdów wysokonapięciowych o napięciu 800 V lub wyższym – mogą pomóc w osiągnięciu większej wydajności poprzez zmniejszenie strat mocy.
Wysokonapięciowe platformy pozwolą na szybsze ładowanie i zwiększenie mocy silnika, co przyczyni się do poprawy ogólnej wydajności pojazdu. Wiele firm motoryzacyjnych, takich jak Renault, BYD, GM i Hyundai, zapowiedziało wykorzystanie MOSFET-ów z węglika krzemu w swoich układach elektronicznych na platformach pojazdów o napięciu 800 V lub wyższym w ciągu najbliższych kilku lat.
Wyzwania związane z przejściem na platformy o wyższym napięciu i wykorzystanie przetwornic statycznych od dużej mocy z elementami SiC w układach zasilających wymaga innowacji w materiałach do budowy modułów mocy. Zwiększone wymagania wobec częstotliwości przełączania, gęstości mocy i temperatur pracy mogą skutkować skróceniem żywotności tych modułów. Jednak nowe konstrukcje chłodzenia dwustronnego, połączenia przewodów miedzianych i ramki ze stopu ołowiu pozwolą na osiągnięcie celów, które wiążą się ze zwiększeniem zasięgu pojazdów elektrycznych i poprawy ich osiągów.
4. Silniki elektryczne
Rozwój nowych konstrukcji samochodowych silników elektrycznych koncentruje się przede wszystkim na poprawie wydajności energetycznej. To ważne, ponieważ zwiększenie gęstości mocy i momentu obrotowego pozwala na lepszą dynamikę jazdy przy mniejszej wadze i objętości silnika – co z kolei prowadzi do zwiększenia zasięgu pojazdu przy tej samej pojemności baterii.
Poprawa wydajności energetycznej silników może być osiągnięta poprzez innowacyjne konstrukcje i zastosowanie różnych technologii, takich jak nowe materiały i zoptymalizowane sterowanie. Silniki o strumieniu osiowym, tak jak silniki synchroniczne o magnesach trwałych, są jednym z przykładów nowych konstrukcji, które mogą zastąpić tradycyjne silniki asynchroniczne.
Ponadto różne firmy OEM pracują nad alternatywnymi rozwiązaniami, takimi jak silniki indukcyjne lub silniki zasilane magnesami z ferrytu. Duże znaczenie ma również zmniejszenie zależności od materiałów ziem rzadkich. Wiele silników elektrycznych wykorzystuje magnesy trwałe z neodymu, które zawierają pierwiastki ziem rzadkich, takie jak neodym i prazeodym.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Współczesne elektromobilne systemy sterowania silnikami i zarządzania energią pozwalają na optymalne wykorzystanie energii elektrycznej z baterii w celu uzyskania większej wydajności i zasięgu pojazdu. Dzięki inteligentnym systemom sterowania silnik elektryczny będzie pracować w optymalnych warunkach, co zwiększy oszczędność energii i wydajność pojazdu. Zarządzanie energią pozwoli też na efektywniejsze ładowanie baterii i kontrolę nad procesem ładowania w celu przedłużenia jej żywotności.
5. Ogniwa paliwowe
Ogniwa paliwowe dzięki wysokiej wydajności i zerowej emisji zanieczyszczeń stanowią jedną z najbardziej obiecujących technologii związanych z elektromobilnością. Mimo występujących ograniczeń rynki samochodowe wciąż rozwijają się dzięki wsparciu rządów i innych organizacji. Niektórzy z producentów samochodów – tacy jak Toyota, Honda, Hyundai, BMW, Daimler i General Motors – zainwestowali znaczne środki w badania i rozwój ogniw paliwowych oraz we wdrożenie tej technologii w swoich pojazdach.
Toyota jest uważana za pioniera w tej dziedzinie i od lat inwestuje w rozwój samochodów wodorowych opartych na ogniwach paliwowych. W ciągu kilku lat wprowadziła dwie generacje pojazdu Mirai (w języku japońskim nazwa „Mirai” oznacza „przyszłość”). Także Hyundai angażuje się w prace badawczo-rozwojowe związane z tą technologią, co zaowocowało wprowadzeniem na rynek wodorowego Hyundai Nexo.
Z kolei Honda jest producentem pojazdu Clarity Fuel Cell o napędzie wodorowym. W rozwój tej technologii inwestują także BMW, Daimler i General Motors, planując wprowadzenie na rynek swoich aut wodorowych w najbliższej przyszłości. Kluczową zaletą samochodów napędzanych wodorem jest to, że ich tankowanie trwa tylko kilka minut. Jednak wdrażanie pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi wiąże się z kilkoma wyzwaniami.
Jednym z nich są koszty produkcji i infrastruktury, bo wymagają one dużych inwestycji w instalacje produkujące wodór i sieć jego dystrybucji. Innym wyzwaniem jest bezpieczeństwo, ponieważ wodór jest bardzo łatwopalny, a więc wymaga specjalnych środków ostrożności przy produkcji, magazynowaniu, transportowaniu i tankowaniu. Ponadto w porównaniu z tradycyjnymi silnikami spalinowymi ogniwa paliwowe są wciąż stosunkowo nową technologią oraz wymagają dalszych badań i rozwoju.
6. Poziomy autonomiczności
Pojazdy autonomiczne to pojazdy, które mogą poruszać się bez udziału kierowcy lub z jego minimalnym udziałem. Są to pojazdy wyposażone w różnego rodzaju czujniki, kamery, radary czy skaner LiDAR, które umożliwiają obserwację i analizę otoczenia oraz podejmowanie na tej podstawie decyzji. Dzięki zaawansowanym algorytmom sztucznej inteligencji pojazdy tego typu mogą zmniejszyć liczbę wypadków drogowych, poprawić wydajność transportu i przyczynić się do zmniejszenia korków. Mogą też poprawić mobilność i jakość życia osób starszych i niepełnosprawnych.
Większość nowych samochodów autonomicznych oferuje jedynie funkcje asystujące, takie jak systemy ostrzegania przed kolizją, kontrola prędkości, asystent pasa ruchu itp., które zwiększają bezpieczeństwo kierowcy i pasażerów, ale nie są to pełnoprawne funkcje autonomiczne. Jedynie niektóre luksusowe modele pojazdów oferują funkcje autonomiczne na poziomie 2 lub 3.
Obecnie samochody autonomiczne są w fazie rozwoju i testowania i nadal wymagają nadzoru kierowcy. Mają też ograniczenia związane z prędkością, warunkami atmosferycznymi i innymi czynnikami, które wpływają na ich działanie. Ponadto wciąż nie ma na rynku samochodów autonomicznych na poziomie 4 lub 5, co oznacza, że kierowca nadal musi mieć kontrolę nad pojazdem.
Przyszłość samochodów autonomicznych wydaje się bardzo obiecująca. Przed ich pełnym wdrożeniem na drogi należy jednak rozwiązać wiele problemów, takich jak kwestie regulacyjne, kwestie bezpieczeństwa, kwestie odpowiedzialności i kwestie etyczne. Konieczne jest też opracowanie systemów łączności między pojazdami oraz systemów zapewniających niezawodność i bezpieczeństwo samochodów autonomicznych. Warto jednak pamiętać, że rozwój technologii autonomicznych postępuje bardzo szybko, więc powyższe informacje mogą przestać być aktualne wraz z pojawianiem się nowych rozwiązań.
Źródło: Materiały redakcyjne
O Autorze
