O ile sama jednostka napędowa jest urządzeniem dosyć prostym w konstrukcji i użytkowaniu, nie da się tego powiedzieć o jej zasilaniu. Tu cały czas trwa wyścig o najlepsze rozwiązanie. Wyścig, na którego czoło wysunęli się Amerykanie z Pennsylvania State University…
Obecny rynek pojazdów elektrycznych to dopiero wstęp do tego, co czeka nas za kilka lat. Elektryfikacja niestety boryka się z zasadniczymi problemami, jakimi są zasięg i czas ładowania ogniw stosowanych do zasilania silników elektrycznych. Sprawy nie ułatwia też masa takiego zespołu oraz jego żywotność.
Dwa najpopularniejsze typy ogniw
Pośród ogniw stosowanych obecnie w systemach wbudowanych możemy wyszczególnić dwa najpopularniejsze, jakimi są akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion) i litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4). Mimo podobnego składu obu baterii mają one jednak odmienne charakterystyki ładowania oraz rozładowania. Oba ogniwa wymagają odpowiednich warunków do tego, by sprawnie przyjmować i oddawać zgromadzone w sobie ładunki.
Ogniwa Li-Ion wymagają systemu aktywnego układu chłodzenia, szczególnie podczas ładowania. Pozwala to na uzyskanie maksymalnej szybkości napełnienia baterii. Dodatkowy system do tworzenia i kontroli takich warunków oznacza wzrost masy i objętości całego zespołu.
Z kolei akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe zyskują uznanie w produkcji masowej z powodu mniej toksycznych i tańszych materiałów, jak również ze względu na ich stabilność przy wyższych temperaturach. Niestety ogniwa LFP posiadają też swoje wady, a do głównych z nich, w porównaniu z chociażby ogniwami NCA/NCM, należy zaliczyć niską gęstość energii oraz mniejszą możliwość przyspieszania ładowania.
Problem? Rozwiązanie!
Wygląda jednak na to, że inżynierowie z Penn State w USA znaleźli sposób by sprawnie podnieść moc ładowania baterii litowo-żelazowo-fosforanowych. Opakowali oni ogniwa baterii w cienkie niklowe folie, które podłączyli do jednej z elektrod baterii. W ten sposób stworzyli, niezależny od reakcji chemicznych zachodzących w ogniwie, element grzewczy.
Jak to działa?
W momencie startu ładowania przez nikolowe folie przepuszczany jest prąd elektryczny. Folie rozgrzewają ogniwa (we wnętrzu baterii) do 60 stopni Celsjusza i dopiero wtedy startuje proces uzupełniania energii. Właśnie w takich warunkach akumulator litowo-żelazowo-fosforanowych ładuje się najsprawniej. O ile w samochodach elektrycznych rozbudowuje się układ klimatyzacji, by zapewniał optymalne warunki podczas pracy i przy ładowaniu baterii, to w motocyklach, z ich ograniczoną przestrzenią i masą, na takie rozwiązanie nie możemy sobie pozwolić.
Harley-Davidson LiveWire 2020 – jazda pod napięciem [TEST, OPINIA, CENA, DANE TECHNICZNE]
Jak to się przekłada na motocyklową praktykę?
Otóż naukowcy twierdzą, że z podgrzanymi ogniwami będą w stanie uzupełnić baterię o 400 kilometrów zasięgu w 10 minut. Przy takiej eksploatacji sama degradacja ogniwa ma nastąpić dopiero po około 3,2 mln km przebiegu. Posiadając te parametry możemy, więc pokusić się o tezę, że taka bateria wystarczy na około od 6000 do 8000 pełnych cykli pracy.
Żeby to zobrazować przeliczmy to na warunki testowanego przez nas Harleya LiveWire, który obecnie posiada pakiet baterii litowo-jonowych o pojemności 15,5 KWh, chłodzonych przepływem powietrza. Motocykl, przy tej pojemności baterii, generuje 77 kW (106 KM) a jego zasięg, czysto teoretyczny, to 235 km. Gdyby tak wyposażono go jednak w baterię LFP z opisanym powyżej rozwiązaniem, to uzyskalibyśmy moc na tylnym kole, po uwzględnieniu strat, rzędu ok 190 kW (258 KM). Do tego żywotność baterii na poziomie chociażby tych minimalnie zakładanych 6000 cykli oraz 10 minutowa przerwa na ładowanie, bez potrzeby dokładania dodatkowych systemów usprawniających procesy chemiczne – czyli przy zachowaniu obecnej masy własnej pojazdu. Prawda, że takie wyniki robią wrażenie?
To dopiero początek!
Opisywane zagadnienie obrazuje potencjał, jaki drzemie w maszynach elektrycznych, oraz pokazuje kierunek ich rozwoju. Inna sprawa, że wyzwaniem byłoby zachowanie trakcji takiego monstrum – tutaj jednak mamy do dyspozycji najnowszą elektronikę… Trzeba jednak przyznać, że wyżej opisane parametry robią wrażenie. Zapewne jest to niedaleka przyszłość i w końcu właściciele motocykli elektrycznych staną się w większej mierze użytkownikami tych maszyn, a nie tylko ich posiadaczami. Motocykl ma dawać wolność a niestety w chwili obecnej tę wolność zakłócają nam dwie rzeczy: czas ładowania oraz zasięg. Wygląda jednak na to, że z rozwojem technologii ograniczeniami powoli stanie się tylko, jak w przypadku motocykli spalinowych, nasza wyobraźnia. Ale wszystko jeszcze przed nami.
