Napęd elektryczny. Różne formy napięcia

Motocykli elektrycznych przybywa, ale bardzo wolno. Po 122 latach prób w produkcji seryjnej jest kilkanaście modeli

Na skróty:

Pewnego dnia, zupełnie niedawno, wstałem rano, włączyłem radio i dowiedziałem się, że studenci AGH zbudowali motocykl z napędem elektrycznym. Bardzo się ucieszyłem, że Polacy biorą aktywny udział w technologicznym wyścigu, który ma uniezależnić nas od ropy naftowej i jej wszelakich przetworów.

Powyżej i poniżej: polski wkład w elektryczne motocykle i gwiazdy SmartMoto Challenge 2017 w Barcelonie: E-Moto studentów AGH w Krakowie i LEM Falcon studentów Politechniki Wrocławskiej.

Fot. materiały prasowe

Polski wkład

Powyżej: honda ev-neo, czyli skuter zaprojektowany do zastosowań czysto komercyjnych. Poniżej: elektryczne skutery mają zwykle bardzo skromne zestawy wskaźników, ale w EV-neo potrzebnych jest znacznie więcej informacji. Ten model stworzono bowiem z myślą o dystrybucji w formie leasingu dla firm, zwłaszcza kurierskich.

Fot. Honda

Nie pierwszy to polski akcent w dziedzinie elektrycznego motocyklizmu, z czego można się tylko cieszyć. Bo w niektórych państwach nie podjęto takich prób, mimo powszechnej mody na pojazdy elektryczne, podsycanej bardziej przez media niż przez nabywców, którzy chętnie wykładaliby pieniądze na proekologiczne pojazdy.

Wcześniej niż studenci AGH i Politechniki Wrocławskiej z prądem zaprzyjaźniła się w naszym kraju firma Romet, która już w 2012 r. wprowadziła do sprzedaży model EV 1 zasilany tylko akumulatorami. Ma silnik o mocy 3 kW, rozpędza się do 45 km/h i wciąż jest dostępny za prawie 7000 zł. Ale to jednak tylko mały skuterek, jakieś 2,5 krotnie droższy od porównywalnego modelu z silnikiem spalinowym. To, co zrobili młodzi konstruktorzy na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, ma zupełnie inny ciężar gatunkowy.

Motocykl typu enduro, który rozpędza się do „setki” w zaledwie 5 sekund, przeszedł już solidny sprawdzian podczas międzynarodowych zawodów SmartMoto Challenge w Barcelonie. Zespół E-Moto AGH wraz ze swoją maszyną okazali się najlepsi w trzech dyscyplinach: autocross, czyli przejazd toru przez dwóch kierowców, slalom na asfalcie oraz rozwiązania mechaniczne motocykla i układ hamulcowy. Poza tym E-Moto AGH uznano za najlepiej prezentujący się, nowy zespół w tej imprezie. Na tym nie koniec. W tej samej imprezie wystartowali studenci z Politechniki Wrocławskiej na swoim elektrycznym motocyklu LEM Falcon, wygrywając kategorie dynamiczną oraz biznesplan, a także klasyfikację generalną. Polak, jak widać, potrafi, a nowoczesne technologie ma w małym palcu.

Powolny proces

Powyżej i poniżej: KTM freeride-e, enduro z napędem elektrycznym, ma silnik tam, gdzie zazwyczaj jest silnik spalinowy i baterię w miejscu baku. Zamiast tablicy rozdzielczej – wskaźnik naładowania akumulatora.

Fot. KTM

Gdyby elektryczne enduro trafiło do produkcji seryjnej, byłoby trzynastym motocyklem elektrycznym w europejskiej ofercie jednośladów. Jak widać, liczba propozycji w tym segmencie jest niezwykle skromna. Tak skromna, że wywody i przewidywania entuzjastów elektrycznego napędu brzmią cokolwiek śmiesznie.

Fot. KTM

Pierwsze, opatentowane pomysły na elektryczność w napędzie jednośladu pojawiły się w 1895 i 1897 r.

Były to co prawda pojazdy bazujące na konstrukcji roweru bezpedałowego, ale przecież pierwsze jednoślady spalinowe również wyglądały jak rowery. Minęły 122 lata i oto mamy w Europie 12 seryjnych motocykli i kilkanaście małych skuterów z napędem elektrycznym. Sprzedaż jest jednostkowa, bo ceny zwalają z nóg. Kilka marek zdążyło już zniknąć z rynku w ciągu ostatnich trzech lat, więc nie wygląda to najlepiej.

Fot. KTM

Oczywiście ktoś, kto patrzy przez różowe okulary, może mówić o gigantycznym wzroście w ciągu ostatnich 10 lat. W 2007 r. segment „elektryków” liczył zaledwie cztery małe skutery, a teraz można kupić motocykle różnych klas („golasy”, enduro, trial, sport, supermoto, skuter) z silnikami o mocach 15, 22, 34, 44, 48, 69, 95 czy nawet 136 KM. Procentowo te przyrosty być może wyglądają rewelacyjnie, lecz w liczbach bezwzględnych – kiepsko. Dodajmy, że salonowe prezentacje bardzo spektakularnych konstrukcji z napędem elektrycznym przechodzą praktycznie bez echa.

Warto jeszcze zauważyć, że do elektryczności w napędzie słabo garną się wielcy wytwórcy. Jedynie koncern BMW podjął się od 2014 r. seryjnej produkcji „e-skutera”

(C-Evolution), a KTM wytwarza seryjnie od trzech lat małe enduro Freeride. Harley-Davidson z dużym rozgłosem prezentował przed trzema laty swój projekt motocykla elektrycznego, ale faza testów jak na razie nie została zakończona.

Dwa światy

Powyżej: model livewire to wizja motocykla elektrycznego spod znaku Harleya-Davidsona. Poniżej: pierwsza gitara elektryczna była inspiracją dla twórców stylizacji Harleya LiveWire.

Fot. Harley-Davidson

Tam, gdzie elektryczne jednoślady cieszą się dużą popularnością, czyli w Azji, dominują małe, lokalne firmy, które z tanich i łatwo dostępnych na miejscu komponentów produkują głównie małe i tanie mopedy i motorowery oraz niewielkie motocykle elektryczne. Tam sprzedaż sięga kilkunastu milionów elektrycznych jednośladów rocznie, głównie w Chinach.

Duży udział w tej liczbie mają także Indonezja i Singapur. Ale elitarnych konstrukcji motocyklowych „na prąd”, o wysokich mocach i dobrych osiągach, próżno tam szukać. „Elektryki” zaspokajają tam potrzebę powszechnego transportu, uniezależniając ludzi od paliw ropopochodnych. Jak mocno dominują w tym Chiny, widać w raporcie amerykańskiej firmy Pike Research, według której łączna sprzedaż elektrycznych jednośladów na świecie w latach 2010-2016 zamknęła się liczbą ponad 450 mln sztuk. Lecz aż 95% tej liczby wchłonęły Chiny.

Poniżej: Elektryczny harley ma silnik o mocy 74 KM i rozpędza się do „setki” w niecałe 4 sekundy. Od trzech lat pozostaje w fazie testów.

Fot. Harley-Davidson

Nie tylko zalety

Napęd elektryczny ma wiele zalet. O silniku rozwijającym maksymalny moment obrotowy od najniższych obrotów twórcy spalinowych jednostek napędowych mogą tylko pomarzyć. Nie wymaga stosowania skrzyni biegów, jest niemal bezszelestny i ma według producentów zerową emisję spalin. Niestety, tylko pozornie.

Pobieranie energii z sieci, do uzupełniania zawartości akumulatorów, wiąże się z emisją dwutlenku węgla, tak ostro w tej chwili „tępionego”. To, co nie wydobywa się z rury wydechowej, generowane jest przez kominy elektrowni albo sprawia inne kłopoty (utylizacja odpadów radioaktywnych z elektrowni jądrowych). Z dwutlenkiem węgla jest jeszcze jeden problem. Różnice w emisji dwutlenku węgla sięgają nawet 40% w zależności od sprawności zakładu. Jeśli korzystamy z energii będącej w sieci zasilanej przez kiepską elektrownię, nasz udział w wyrzucie dwutlenku węgla do atmosfery będzie bardzo duży. Oczywiście są wyjątki, gdy energii dostarczają elektrownie wodne czy wiatrowe, ale te są w mniejszości.

Do tego trzeba dodać kłopoty i koszty związane choćby z utylizacją baterii. Są też problemy, które użytkowników elektrycznych jednośladów dotykają w sposób bezpośredni. Takie choćby jak długi czas ładowania baterii i wysoka cena. Nawet przy zasięgu rzędu 200 km trzeba liczyć się z procesem ładowania baterii. Jeśli prąd czerpiemy po prostu z domowego gniazdka, potrwa ono 7-8 godz. Szybkie ładowarki, „napełniające” akumulatory w 2-3 godziny, albo nawet w kilkadziesiąt minut, kosztują krocie, znacząco podnosząc i tak bardzo wysoki koszt zakupu motocykla.

Zestaw napięć

Powyżej: u góry znajdują sie dwa moduły baterii litowo-jonowych, a u dołu trzeci. Połączone wytwarzają napięcie 133V. Masa całego zestawu – ok. 115 kg.

Niektórzy producenci inwestują w napęd elektryczny i wierzą w jego przyszłość. Nie przejmują się, że świat ciągle nie ma pomysłu na pokonanie podstawowych problemów związanych z energią elektryczną. Jej wytwarzanie na skalę przemysłową wciąż jest kłopotliwe i kosztowne. Każda nowa elektrownia to ogromne wydatki i kłopoty natury logistycznej, społecznej czy ekologicznej.

Energii elektrycznej nie ma w nadmiarze, popyt na nią rośnie szybciej niż jej podaż. Podczas prezentacji pojazdów z napędem elektrycznym producenci nie chcą rozmawiać o bardzo napiętym, światowym bilansie energetycznym. Wciąż bardzo droga jest produkcja baterii. Gdyby słuchać kolejnych zapewnień speców od motoryzacyjnej elektryczności, wygłaszanych w ciągu ostatnich lat, to dzisiaj baterie do pojazdów elektrycznych powinny kosztować grosze. Bez komentarza.

I jeszcze jeden problem, którego nie można szybko rozwiązać – długi czas ładowania akumulatorów, drastycznie ograniczający funkcjonalność „elektryka” (sprawdza się na krótkich, codziennych dystansach). Jak widać sprawy związane z napędem elektrycznym budzą poważne napięcia. Kto wie, czy nie większe niż w instalacjach, oplatających ramy jednośladów „na prąd”.

Współczesna historia „elektryków”

Powyżej: elektroniczny wyświetlacz początkowo miał formę niewielkiego prostokąta i był mało czytelny. Po modernizacji zyskał większe rozmiary.

W 1941 r. belgijska spółka Socovel wyprodukowała ok. 400 elektrycznych skuterów w odpowiedzi na racjonowanie benzyny w warunkach wojennych. W 1967 r. rozgłos zyskały konstrukcje Karla Kodescha oraz prototyp elektrycznego Indiana. Po kilku dekadach, elektryczne jednoślady zaproponowała w 1991 r. holenderska firma MTC. W 1994 r. pojawiły się elektryczne hulajnogi z Niemiec i Włoch – MZ Charlie i Malaguti E.T. W 1995 r. niemiecki Hercules zaproponował modele Electra City i Electra Classic. Rok później pojazdy elektryczne wprowadził do oferty niemiecki Sachs. W 1997 r. do grona producentów jednośladów elektrycznych dołączyła niemiecka firma EMR z modelem E-Bike oraz francuskie MBK z AX-ion. Z Tajwanu pochodziły sprzedawane w Europie K?Zwo w odmianach Clean, Aria i Ecospeed. Peugeot wprowadził w 1997 r. model Scootelec. Napęd zastosował nawet Simson, wykorzystując swojego doskonale znanego w Polsce skutera serii SR.

W elektrycznych jednośladach mamy także polski akcent – hulajnogę Lelek z 2001 r., podobną nieco do MZ Charlie i Malaguti E.T. W 1993 r. Honda pokazała podczas Tokio Motor Show studyjny model ES-21 z bateriami wodorkowymi i napędem hydraulicznym. W 1998 r. Yamaha zaproponowała XPC 26 (rok później także XPC 083), a w 2000 r. pojawił się na rynku Celco CIP 025. Rok później Honda pokazała składany pojazd Caixa oraz niewielki skuter Mobimoba. Napęd elektryczny zdobył dużą popularność w 2004 r., gdy wprowadzono do sprzedaży Yamahę Passol, pokazaną na Tokio Motor Show 2001. Szereg pojazdów serii Yamaha Art Of Engineering również otrzymało napęd elektryczny (Pocke, Divide, Deinonychus), ale były to prototypy. Do produkcji seryjnej trafił skuter Vectrix, produkowany pod Wrocławiem. To kolejny polski akcent wśród elektrycznych jednośladów. Najpierw firmowany przez Amerykanów, od marca 2011 r. w rękach chińskiej firmy Gold Peak a skuter nazywa się Govecs. Nie trafia jednak na polski rynek. Sezon 2014 przyniósł nowości w postaci skutera BMW C-Evolution i enduro KTM Freeride. Rok później zadebiutowała sportowa Energica o mocy 136 KM, a wśród producentów elekrycznych motocykli znalazły się takie firmy jak EM, Lito, Sachs, Tacita, Zero.