Ηλεκτρικό αυτοκίνητο: Ιστορία και τεχνικά χαρακτηριστικά

Ηλεκτρικό αυτοκίνητο (HΑ) ονομάζεται το αυτοκίνητο που χρησιμοποιεί την ηλεκτρική ενέργεια που αποθηκεύεται σε επαναφορτιζόμενες συστοιχίες συσσωρευτών (κοινώς μπαταρίες. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα χρησιμοποιούν ηλεκτρικούς κινητήρες αντί των μηχανών εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ).

Αντιθέτως, τα αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν και τα δύο (ηλεκτρικές μηχανές και ΜΕΚ) καλούνται υβριδικά αυτοκίνητα και συνήθως δεν θεωρούνται καθαρά HΑ. Τα αυτοκίνητα με συσσωρευτές που μπορούν να φορτιστούν και να χρησιμοποιηθούν χωρίς ΜΕΚ αποτελούν ένα είδος ηλεκτροκίνητων οχημάτων με συσσωρευτές (αμιγών ηλεκτροκίνητα),  ενώ δεν καταναλώνουν καύσιμα.

Τα HΑ είναι συνήθως αυτοκίνητα, ελαφριά φορτηγά, ποδήλατα ηλεκτρικά μηχανικά δίκυκλα, μικρά οχήματα γκολφ, ανυψωτικά (forklifts) και παρόμοια. Τα HΑ ήταν μεταξύ των αυτοκινήτων που εμφανίστηκαν από τις πρώτες μέρες της αυτοκίνησης και έχουν υψηλότερο συντελεστή ενεργειακής απόδοσης από όλα τα αυτοκίνητα με κινητήρες εσωτερικής καύσης.

Ορολογία 

Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι ένα είδος ηλεκτρικού οχήματος (ΗΟ). Ο όρος “ηλεκτρικό όχημα” αναφέρεται σε οποιοδήποτε όχημα χρησιμοποιεί ηλεκτροκινητήρες ως μέσο προώθησης, ενώ ο όρος “ηλεκτρικό αυτοκίνητο” γενικά αναφέρεται σε αυτοκίνητα με την δυνατότητα ανάπτυξης υψηλών ταχυτήτων που τροφοδοτούνται με ισχύ από ηλεκτρισμό. Τα χαμηλών ταχυτήτων ηλεκτρικά οχήματα, χαρακτηρίζονται ως μηχανοκίνητα τετράτροχα  στην Ευρώπη και ως NEV στις ΗΠΑ, είναι επαναφορτιζόμενα ηλεκτρικά μικρο-αυτοκίνητα ή αυτοκίνητα πόλης με περιορισμούς ως προς το βάρος τους, την ισχύ τους και την μέγιστη ταχύτητα που τους επιτρέπεται να κυκλοφορήσουν σε δημόσιους δρόμους, οπού μπορεί να διαφέρει από χώρα σε χώρα.

Παρόλο που η πηγή ενεργείας ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου δεν είναι απαραίτητα ένας ενσωματωμένος συσσωρευτής ( μπαταριά), τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με κινητήρες που τροφοδοτούνται από διαφορετικές πήγες ενεργείας συνήθως αναφέρονται με διαφορετικό όνομα. Ένα ΗΑ που φέρει ηλιακούς συλλέκτες για την τροφοδοσία του αναφέρεται ως ηλιακό αυτοκίνητο  και ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που τροφοδοτείται από γεννήτρια βενζίνης είναι μια μορφή υβριδικού αυτοκινήτου. Ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που τροφοδοτείται από εσωτερική μπαταριά αναφέρεται ως αμιγώς ηλεκτροκίνητο όχημα (BEV, Battery Electric Vehcle).

Πιο συχνά, ο όρος “ηλεκτρικό αυτοκίνητο” αναφέρεται στα αμιγώς ηλεκτροκίνητα οχήματα που τροφοδοτούνται από εσωτερική μπαταριά, αλλά μπορεί χρησιμοποιηθεί και για τα επαναφορτιζόμενα (plug- in υβριδικά οχήματα (PHEV).

Ιστορία

Η εφεύρεση του πρώτου προγόνου του ηλεκτρικού αυτοκινήτου οφείλεται σε πολλά άτομα.  Το 1828, ο Ányos Jedlik από την Ουγγαρία εφηύρε έναν πρώιμο ηλεκτροκινητήρα που του επίτρεψε να κατασκευάσει ένα μικρο ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Ανάμεσα στο 1832 και το 1839, ο Σκωτσέζος Robert Anderson κατασκεύασε μια πρόχειρη ηλεκτροκίνητη άμαξα, που λειτουργούσε μη-επαναφορτιζόμενες μπαταρίες Το 1834, ο σιδηρουργός Thomas Davenpor από το Βερμόντι δημιούργησε μια παρόμοια κατασκευή η οποία κινούταν σε μια μικρή, ηλεκτροδοτούμενη, κυκλική γραμμή. Έναν χρόνο μετά, το 1835, ο Καθηγητής Sibrandus Stratingh από την Ολλανδία και ο βοηθός του Christopher Becker από την Γερμανία κατασκεύασαν και αυτοί ένα μικρο ηλεκτρικό αυτοκίνητο που λειτουργούσε μη-επαναφορτιζόμενες μπαταρίες.

Τον Νοέμβριο του 1881, ο Gustave Trouvé παρουσίασε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο στην Διεθνή Έκθεση Ηλεκτρισμού στο Παρίσι (Exposition internationale d’Électricité de Paris).

Το 1884, πάνω από 20 χρονιά πριν το Ford Model T, ο Thomas Parker κατασκεύασε ένα πρακτικό ηλεκτρικό αυτοκίνητο στο Γουλβερχάμπτον χρησιμοποιώντας επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που είχε σχεδιάσει ο ίδιος. Το Flocken Elektrowagen του 1888 σχεδιάστηκε από τον Γερμανό εφευρέτη Andreas Flocken και μπορεί να θεωρηθεί το το πρώτο ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Στα τέλη 19ου και στης αρχές του 20ου αιώνα, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα ήταν ο πιο δημοφιλές τύπος αυτοκινήτων, αφότου προσέφεραν περισσότερη άνεση και ήταν πιο εύκολα στην λειτουργία τους σε σχέση με τα τότε αυτοκίνητα εσωτερικής καύσης. Στις αρχές του 20ου αιώνα υπήρχαν περίπου 30.000 ηλεκτρικά αυτοκίνητα.

Το 1897, στην Αμερική και στην Βρετανία τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα χρησιμοποιούνταν ως ταξί. Στο Λονδίνο τα ” Walter Bersey’s electric cabs” ήταν τα πρώτα αυτοκινούμενα οχήματα, εκείνη την εποχή τα ταξί ήταν ιππήλατα.[17] Στην Νέα Υόρκη, ένας στόλος 13 αμαξωτών ταξί, βασισμένα στο Electrobat II, ήταν μέρος ενός πρότζεκτ χρηματοδοτούμενο από την Electric Storage Battery Company of Philadelphia. Οι κυριότεροι κατασκευαστές ηλεκτρικών αυτοκινήτων στα μέσα του 20ο αιώνα ήταν οι Anthony Electric, Baker, Columbia, Anderson, Edison, Riker, Milburn, Bailey Electric, Detroit Electric και άλλοι. Σε αντίθεση μετά ΜΕΚ αυτοκίνητα, τα ηλεκτρικά ήταν λιγότερο θορυβώδη και δεν χρειαζόντουσαν αλλαγές ταχυτήτων.

H εξέλιξη τον μηχανών εσωτερικής καύσης τον 20ο αιώνα έφτασαν τα πλεονέκτημα τον ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Οι πιο γρήγοροι χρόνοι ανεφοδιασμού και το χαμηλότερο κόστος παραγωγής τους τα έκαναν πιο δημοφιλή.

Έξι ηλεκτρικά αυτοκίνητα κατείχαν το ρεκόρ ταχύτητας στην ξηρά. Ένα από αυτά ήταν το La Jamais Contente, που είχε σχήμα πυραύλου και μαζί με τον οδηγό του Camille Jenatzy, έσπασε το φράγμα τον 100 km/h φτάνοντας την ταχύτητα τον 105,88 km/h στης 29 Απριλίου 1899.

Μοντέρνα ηλεκτρικά αυτοκίνητα

Στης αρχές του 1990, οργανισμός California Air Resources Board (CARB) άρχισε να απαιτεί για αυτοκίνητα με λιγότερους ρύπους, με στόχο αυτοκίνητα με μηδενικούς ρύπους όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα.  H κατασκευάστρια αυτοκινήτων από την Καλιφόρνια Tesla Motors, ξεκίνησε να εργάζεται πάνω σε ένα ηλεκτρικό μοντέλο που αργότερα έγινε το Tesla Roadster (2008), με της πρώτες παραδώσεις να γίνονται το 2008. Το Roadster ήταν το πρώτο ηλεκτρικό αυτοκίνητο που χρησιμοποιούσε μπαταρίες ιόντων λιθίου και μπορούσε να κάνει 320 km ανά φόρτιση.[

Πολλές χώρες έχουν θέση στόχους να σταματήσουν της πωλήσεις των Βενζινοκίνητων και πετρελαιοκίνητων οχημάτων στο μέλλον, όπως: η Νορβηγία μέχρι το 2025, η Δανία μέχρι το 2030, η Κίνα μέχρι το 2030, η Ινδία μέχρι το 2030, η Γερμανία μέχρι το 2040, η Γαλλία μέχρι το 2040 και η Βρετανία μέχρι το 2040-2050.

Κόστος λειτουργίας

Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα έχουν χαμηλότερο κόστος λειτουργίας σε σχέση με τα αυτοκίνητα με μηχανή εσωτερικής καύσης  λόγω του χαμηλότερου κόστους συντήρησης και ηλεκτρικής ενέργειας, όμως έχουν υψηλότερη τιμή πώλησης.

Όσα περισσότερα χιλιόμετρα κάνει κάποιος μέσα στο χρόνο, τόσο πιο πιθανό το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου να είναι σημαντικά μικρότερο από ένα παρόμοιο ΜΕΚ αυτοκίνητο. Αυτό, μπορεί να είναι μόνο εφικτό για τα ΗΑ που έχουν ικανοποιητικό σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας της μπαταρίας, καθώς είναι απαραίτητο για την μακροβιότητα της μπαταρίας. Ακόμα, εξαρτάται αναλόγως με την φορολογία και τις επιδοτήσεις κάθε χωράς ή ακόμα και της τοπικής πόλης.

Ο κύριος παράγοντας του κόστους παράγωγής ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου είναι η μπαταρία του.

Αποδόσεις

Επιτάχυνση και σύστημα κίνησης]

Οι ηλεκτροκινητήρες μπορούν να προσφέρουν μεγαλύτερους λόγους ισχύος προς βάρος και οι μπαταρίες μπορούν να σχεδιαστούν έτσι ώστε να παρέχουν την ενέργεια που χρειάζεται για να τους τροφοδοτούν. Οι ηλεκτροκινητήρες έχουν ευθεία καμπύλη ροπής ακόμα και σε μηδενική ταχύτητα, δηλαδή μπορούν να προσφέρουν μεγάλες τιμές ροπής ακόμα και σε μικρές ταχύτητες. Για απλότητα και αξιοπιστία, πολλά ηλεκτρικά αυτοκίνητα έχουν κιβώτιο μιας ταχύτητας και δεν έχουν συμπλέκτη.

Πολλά ηλεκτρικά αυτοκίνητα έχουν μεγαλύτερη επιτάχυνση από τα μέσα αυτοκίνητα εσωτερικής καύσης, αυτό οφείλεται κύριος στης μικρότερες απώλειες ενεργείας και στην άμεση ροπή τον ηλεκτροκινητήρων. Παρ’ όλα αυτά τα μηχανοκίνητα τετράτροχα μπορεί να έχουν μικρότερη επιτάχυνση λόγω τον πλέον αδύναμων ηλεκτροκινητήρων.

Κάποια ΗΑ έχουν τους ηλεκτροκινητήρες τους απείθειας συνδεόμενους με τους τροχούς, με αυτόν τον τρόπο, επιτρέπει την χρήση του ηλεκτροκινητήρα ως μέσο προώθησης και ως μέσο πέδησης. Περαιτέρω, αυξάνει την μέγιστη δύναμη και την πρόσφυση.

Συσσωρευτές

Τα ΗΑ συνήθως χρησιμοποιούν μπαταρίες ιόντων λιθίου, λόγω της μεγαλύτερης ενεργειακής πυκνότητας τους. Άλλοι τύποι μπαταριών που χρησιμοποιούνται είναι οι μπαταρίες μεταλλικού υβριδίου του νικελίου (NiMH), που έχουν μικρότερη ισχύ προς βάρος σε σχέση με της μπαταρίες ιόντων λιθίου, άλλα είναι πιο οικονομικές. Μπαταρίες με διαφορετική χημική σύνθεση είναι υπό ανάπτυξη, όπως οι μπαταρίες αέρος-ψευδάργυρου που θα μπορούν να είναι πολύ πιο ελαφριές.

Αυτονομία

Η αυτονομία ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου εξαρτάται από το πόσες μπαταρίες χρησιμοποιεί και των τύπο τους και όπως με όλα τα οχήματα, το βάρος του, την χρίση του και τον καιρό[

Η πλειονότητα τον ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι εξοπλισμένα με συστήματα που ενημερώνουν τον οδηγό για την εκτιμώμενη αυτονομία του αυτοκινήτου. To σύστημα αυτό μπορεί να λαμβάνει υπ’ όψιν διάφορες μεταβλητές, όπως, ο τρόπος οδήγησης του οδηγού, τον τύπο των ελαστικών και την κατανάλωση της μπαταρίας. Παρ’ όλα αυτά, αφού η μεταβλητές μπορούν να αυξομειώνονται κατά την διάρκεια της διαδρομής, η εκτίμηση μπορεί να διαφέρει από την πραγματική αυτονομία. Το σύστημα αυτό επιτρέπει στον οδηγό να κάνει συνειδητές επιλογές, όσο αναφορά την ταχύτητα του οχήματος και αν χρειάζεται να κάνει στάση για φόρτιση.

Φόρτιση

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος φόρτισης ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι κατά τη διάρκεια της νύχτας μέσω ενός φορτιστή που είναι εγκαταστημένος στο σπίτι του ιδιοκτήτη, ή μέσω ταχυφορτιστών που είναι εγκαταστημένοι σε δημόσιους χώρους και επιχειρήσεις.

Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα φορτίζονται κατά κύριο λόγο την νύχτα με ενέργεια που προσφέρεται από το ηλεκτρικό δίκτυο.  Η ενέργεια αυτή μπορεί να παράγεται μεσώ, της καύση διαφόρων ουσιών όπως ο άνθρακας, υδροηλεκτρισμού, πυρηνικής ενέργειας και άλλα. Πηγές ενέργειας όπως τα φωτοβολταϊκά  πάνελ και η αιολική ενέργεια μπορούν να χρησιμοποιηθούν.

Οι σταθμοί φόρτισης έχουν διαφορετικές ταχύτητες φόρτισης ανάλογα με της χρίσεις τους. Οι πιο αργοί φορτιστές συνήθως χρησιμοποιούνται στα σπίτια και οι πιο γρήγοροι φορτιστές χρησιμοποιούνται σε δημόσιους δρόμους και κατά μήκος των αυτοκινητοδρόμων.

Πλεονεκτήματα και περιορισμοί

Σε σύγκριση με τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα, τα ΗΑ παρουσιάζουν πολλά εμφανή σημεία υπεροχής, αλλά και σημαντικούς περιορισμούς.

Πλεονεκτήματα

  1. Δεν παράγουν κανενός είδους ρύπους εξάτμισης.
  2. Προκαλούν την ελάχιστη δυνατή ρύπανση σε μακροχρόνια βάση, υπό τον όρο ότι χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Υπό αυτή την προϋπόθεση, μπορούν να μετριάσουν την παγκόσμια θέρμανση που προκαλείται από το φαινόμενο του θερμοκηπίου και να μειώσουν την εξάρτηση από το πετρέλαιο.
  3. Είναι πιο αθόρυβα από τα αυτοκίνητα εσωτερικής καύσης, μειώνοντας την ηχορύπανση στις πόλεις και δημιουργώντας μικρότερη επιβάρυνση στα φυσικά οικοσυστήματα.
  4. Επιτυγχάνουν σχεδόν σταθερή ροπή από την ακινησία έως το μέγιστο όριο στροφών λειτουργίας.
  5. Έχουν ευχέρεια να λειτουργούν σε πιο υψηλές στροφές από τους βενζινοκινητήρες, συχνά ακόμα και ως τις 14.000 στροφές το λεπτό.
  6. Έχουν χαμηλότερο κόστος μετακίνησης, καθώς η τιμή του ρεύματος είναι αρκετά χαμηλότερη ανά μονάδα ενέργειας από τη βενζίνη, η οποία μάλιστα επηρεάζεται από την κάθε τόσο αύξηση της τιμής του πετρελαίου. Επιπλέον, τα ΗΑ σχεδιάζονται έτσι ώστε να αυτο-φορτίζονται κατά τις επιβραδύνσεις του οχήματος (regenerative braking), βελτιώνοντας παραπάνω τον δείκτη κατανάλωσης, ενώ κατά τη στάση (πχ φανάρια) δεν καταναλώνουν καθόλου ενέργεια.
  7. Χρειάζονται πολύ λιγότερο σέρβις και συντήρηση, καθώς:
    1. δεν απαιτούν τις τακτικές αλλαγές λαδιών.
    1. δεν έχουν σύστημα εξαγωγής καυσαερίων και διάταξη εξάτμισης, ούτε σιγαστήρα (σιλανσιέ) προ της εξάτμισης, καταλύτη ή φίλτρο καπνού.
    1. δεν απαιτούν αντικατάσταση ή έστω συντήρηση σε μηχανικά μέρη, όπως σύστημα ανάφλεξης, πιστόνια, βαλβίδες ή εκκεντροφόρους, διότι στα HΑ δεν υπάρχουν, ενώ οι μηχανές εσωτερικής καύσης έχουν πάνω από 100 κινούμενα μέρη.
  8. Οδηγούνται πιο εύκολα (δεν έχουν συμπλέκτη και ταχύτητες, επιβραδύνουν αφήνοντας το γκάζι)
  9. Δημιουργούν μικρότερη θερμική επιβάρυνση στον πλανήτη, καθώς δεν απαιτούν το σύστημα ψύξης των μηχανών εσωτερικής καύσης.

Μειονεκτήματα

  1. Υψηλές δαπάνες κατασκευής, με αποτέλεσμα την υψηλή τιμή πώλησης.
  2. Περιορισμένη απόσταση ταξιδιού μεταξύ κάθε επαναφόρτισης της μπαταρίας. Στο παρελθόν κάθε 60 – 100 χιλιόμετρα χρειάζονταν επαναφόρτιση. Ωστόσο, τα πιο σύγχρονα μοντέλα επιτυγχάνουν αυτονομίες που ξεκινούν από 100 έως 120 χιλιόμετρα στα αυτοκίνητα πόλης και φτάνουν στα 250 – 300 χιλιόμετρα ή και παραπάνω, σε αυτοκίνητα μεγάλης ισχύος ( Τesla Model S: 630 χλμ).

Πρόσφατα

Δημοφιλή