Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

Tři etapy rozvoje elektrických vozidel v České republice

číslo 12/2003

inovace, technologie, projekty

Tři etapy rozvoje elektrických vozidel v České republice

doc. Ing. Miroslav Cenek, CSc., prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc., Ing. Zdenka Rozsívalová,
Ústav elektrotechnologie, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií,
Vysoké učení technické v Brně

V České republice došlo v posledních deseti letech k zintenzivnění rozvoje vozidel s elektrickým pohonem, a to jak v oblasti individuální, tak i hromadné ekologické dopravy. V individuální dopravě lze považovat fázi vývoje za ukončenou, neboť začala výroba elektrického skládacího skútru ROTOBIC (obr. 1) a připravuje se výroba užitkového elektrického vozidla BETA (obr. 5).

Jinak je tomu v oblasti hromadné dopravy - teprve v roce 2001 započal vývoj nízkopodlažního elektrobusu určeného pro městskou hromadnou ekologickou dopravu. Vychází se mimo jiné i ze zkušeností s provozem elektrických vozidel ve světě (St. Barbara, USA).

Obr. 1.

Význam užití vozidel s elektrickým pohonem jako ekologického dopravního prostředku stále vzrůstá, neboť tato vozidla nalézají stále šířeji své uplatnění nejen individuálně u občanů, ale i ve zdravotnictví (lázně, ozdravovny, nemocniční areály) i průmyslu (skladové prostory, výrobní haly).

Skládací elektrický skútr ROTOBIC

V letech 1999 až 2001 se ve spolupráci ústavů Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií Vysokého učení technického v Brně, BIC Brno s. r. o a firmy ROTOKOV s. r. o. Křídlovky řešil vývoj a připravovala výroba elektrického skládacího skútru ROTOBIC v rámci programu TECHNOS ministerstva průmyslu a obchodu.

Elektrický skládací skútr se vyvíjel ve dvou konstrukčních variantách, a to jako jednostopý a třístopý. Jednostopá konstrukce je určena pro mladší občany, třístopá především pro starší a zvláště pro občany s částečnými zdravotními problémy, především s problémy pohybového ústrojí.

Právě třístopá konstrukce skútru nachází široké uplatnění, protože vhodný ekologický dopravní prostředek tohoto typu byl dosud na českém trhu dostupný pouze ojediněle a navíc za vysokou cenu. Například v ČR jsou k dispozici pouze elektrické vozíky pro invalidní občany, jejichž cena se pohybuje mezi 95 000 Kč (český výrobce, firma AUDY s. r. o. Brno, obr. 2a, b) a 135 000 Kč, u vozíků dovážených až 155 000 Kč. Sporadicky je na trhu též nabízeno kolo s elektrickým pohonem TESKA (obr. 3) nebo elektrický skútr KnappCar electric (obr. 4).

Obr. 2.

K doplnění nabídky trhu technicky vyhovujícím a cenově dostupným elektrickým vozidlem přispívá jistě i skutečnost, že dotaci na nákup elektrického invalidního vozíku od zdravotních pojišťoven obdrží pouze občan, který prokáže svoji plnou invaliditu a je na provozu tohoto elektrického vozíku zcela závislý.

Výroba obou konstrukčních verzí elektrického skútru ROTOBIC začala v roce 2002. Předností je jeho nízká cena, která je pro jednostopou konstrukci stanovena na 23 900 Kč včetně DPH 22 %, pro třístopou konstrukci na 25 900 Kč včetně DPH 22 %. U třístopé konstrukce lze získat dotace na její nákup ze strany sociálních úřadů až do výše 50 % z ceny.

Dalšími přednostmi obou konstrukčních verzí jsou možnosti snadného převozu ve složeném stavu v zavazadlových prostorách automobilů a autobusů, malá hmotnost dosahující u jednostopé verze 28 kg a u třístopé konstrukce 32 kg a nízké provozní náklady – ty činí 0,70 Kč/km. Dojezd elektrického skútru ROTOBIC je 7 až 15 km (podle hmotnosti řidiče a členitosti terénu) a jeho nosnost je 130 kg.

Obr. 3.

Elektrický skládací skútr ROTOBIC má monitorovací systém stavu nabití a vybití použité akumulátorové baterie. V případě použití olověné akumulátorové baterie, při cenách obou konstrukcí uvedených výše, činí doba nabití zcela vybité akumulátorové baterie 4 hodiny, s možností jejího dobíjení všude tam, kde je k dispozici běžná střídavá elektrická síť 230 V.

Třístopá verze s přívěsným dvoukolovým vozíkem je s úspěchem provozována firmou Škoda Auto v Mladé Boleslavi v rámci vnitropodnikové dopravy při přepravě materiálů a polotovarů, jednostopá verze slouží na mezinárodním letišti v Praze-Ruzyni. Obě konstrukční verze mají v zadní části umístěny nákupní košíky.

V současné době se vyvíjejí nové varianty skútrů s niklkadmiovou a niklmetalhydridovou baterií, které při vyšší ceně těchto baterií umožní zkrátit dobu nabití zcela vybitých baterií na 1 hodinu nebo 2 hodiny při snížení hmotnosti elektrického skládacího skútru o 8 % až 14 % a prodloužit životnost těchto baterií o 100 % až 200 %.

Z hlediska legislativní podpory širšího uplatnění obou konstrukčních verzí by bylo vhodné snížit DPH ze stávajících 22 % na 5 %.

Obr. 4.

Elektrická užitková vozidla BETA

V letech 1996 až 1998 vyvinula firma ŠKODA ELCAR s. r. o. Ejpovice za finanční podpory Státního fondu životního prostředí užitkové elektrické vozidlo BETA (obr. 5). Elektrické vozidlo BETA vzniklo ze zkušeností uvedené firmy získaných přestavbou vozidla se spalovacím motorem ŠKODA Favorit na elektrická vozidla ELTRA 151L a ELTRA 151 pick-up náhradou spalovacího motoru za elektromotor. K vývoji elektrického vozidla BETA bylo použito niklkadmiových baterií francouzské firmy SAFT, a to na základě negativních zkušeností s použitím olověných baterií při provozu elektrických vozidel ELTRA 151L a ELTRA 151 pick-up.

Vozidlo BETA používá šestivoltových bloků Ni-Cd typu 5STM.100 o jmenovité kapacitě 100 A·h, s možností centrálního doplňování elektrolytu a vodním chlazením používaných akumulátorových baterií.

Výsledkem vývoje jsou čtyři verze elektrického vozidla BETA, lišící se napětím použité baterie Ni-Cd:

  • BETA EL 126, baterie Ni-Cd 126 V s dojezdem 70 km na jedno nabití, s užitečným zatížením 420 kg,
  • BETA EL 144, baterie Ni-Cd 144 V s dojezdem 85 km a užitečným zatížením 390 kg,
  • BETA EL 162, baterie Ni-Cd 166 V má dojezd 100 km a užitečné zatížení 350 kg,
  • BETA EL 180, baterie Ni-Cd 180 V má dojezd 115 km a užitečné zatížení 310 kg.

Základním předpokladem praktické konstrukceschopnosti dvoustopých elektrických vozidel v městském provozu oproti vozidlům se spalovacími motory je výrazné zkrácení doby nabití zcela vybitých akumulátorových baterií z dosavadních 6 až 8 hodin na 30 až 90 minut – podle výkonu nabíjecího zařízení.

Obr. 5.

Rychlonabíjecí zařízení dvoustopých elektrických vozidel vyrábí v České republice firma EPRONA a. s. Rokytnice nad Jizerou (obr. 6 – o tzv. rychlém nabíjení pojednává článek uvedený v č. 10/s. 18–19). Během dlouhodobého provozu elektrického vozidla PROTOEL X1 obsahujícího baterii Ni-Cd, 96 V, tvořenou šestivoltovými bloky Ni-Cd typu 5STM.140 o jmenovité kapacitě 136 A·h, bylo měřením kapacity jednotlivých šestivoltových bloků zjištěno, že střední hodnota kapacity jednotlivých bloků dosahuje po ujetí 45 630 km 101,3 % kapacity, bez nutnosti vyřazení kteréhokoliv z užitých šestivoltových bloků Ni-Cd.

Naopak u dlouhodobých provozních zkoušek olověné baterie BÄREN o celkovém napětí 84 V v elektrickém vozidle ELA 2 bylo použitím rychlého nabíjení po ujetí 11 947 km zjištěno, že 7 kusů šestivoltových olověných bloků muselo být vyřazeno, a to vlivem poklesu kapacity pod 50 % jmenovité hodnoty, zatímco 7 kusů šestivoltových olověných bloků vykazovalo kapacitu pohybující se mezi 87,1 až 90,1 % jmenovité hodnoty, a jsou tedy schopny dalšího provozu.

Negativní vliv rychlého nabíjení olověných akumulátorů byl zjištěn na základě zvýšené sulfatace desek v důsledku horšího rozdělení proudu v ploše elektrodových desek, neboť větší nabíjecí proud má za následek menší proudy ve spodní části elektrod vlivem rozdílné koncentrace elektrolytu ve vybitém a nabitém stavu olověných akumulátorů. Rychle nabíjené olověné články mohou zvláště trpět nedostatečným nabíjením spodní části elektrod.

Při srovnání s výsledky hodnocení shodného typu olověných akumulátorových bloků BÄREN bylo zjištěno, že po ujetí 13 640trnácti šestivoltových olověných akumulátorových bloků při klasickém způsobu nabíjení po dobu 6 až 8 hodin kapacity pohybující se v rozmezí 64,4 až 77,9k vyřazení všech olověných bloků z provozu elektrického vozidla ELA 2.

Obr. 6.

Pozitivní vliv rychlého nabíjení akumulátorů Ni-Cd elektrických vozidel vede k dosažení denního dojezdu 180 km v městském provozu a dále ke zvýšení účinnosti nabíjecího procesu použité akumulátorové baterie ze 70 až 85 %, podle typu baterie na 95 až 98 % při použití rychlého způsobu nabíjení.

Rychlé nabíjení akumulátorových baterií, vyjma baterií olověných, současně umožňuje prodloužit jejich životnost o 100 % až 200 % vůči klasickému způsobu nabíjení. Při srovnání provozních nákladů elektrického vozidla BETA EL 180 a automobilu BETA CL 1.3 se spalovacím motorem bylo zjištěno, že při spotřebě energie ze sítě 285,7 Wh/km, ceně elektrické energie 2,45 Kč/kW·h a životnosti baterie Ni-Cd 6 let, tj. ujetí 120 000 km, činí provozní náklady elektrického vozidla BETA EL 180 0,70 Kč/km oproti provozním nákladům klasického automobilu BETA CL 1.3 se spalovacím motorem Hyundai 1.3 MFI při spotřebě paliva 9,0 litru/100 km (městský cyklus podle metodiky EHK), průměrné ceně paliva 29 Kč/litr (NATURAL 95), které činí u tohoto klasického automobilu 2,61 Kč/km.

Z hlediska legislativní podpory širokého uplatnění elektrického vozidla BETA EL 180 by bylo vhodné dosáhnout snížení DPH ze stávajících 22ále by bylo vhodné zajistit pro vyšší nákupní ceny akumulátorů Ni-Cd jejich nákup formou leasingu, čímž by se snížila nákupní cena celého elektrického vozidla BETA EL 180.

Nízkopodlažní elektrobus

V roce 2001 byl zahájen v rámci programu KONSORCIA ministerstva průmyslu a obchodu tříletý projekt vývoje nízkopodlažního elektrobusu. Projekt koordinuje firma ČAS-SERVICE a. s. Znojmo, provozující městskou autobusovou dopravu ve Znojmě a meziměstskou autobusovou dopravu v celé České republice.

Na projektu se dále podílejí ústavy Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií a Fakulty strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně, Institut dopravy strojní fakulty VŠB – Technické univerzity Ostrava, ELIS s. r. o. Plzeň, EPRONA a. s. Rokytnice nad Jizerou, ČSAD Telnice Servis a Ústav pro výzkum motorových vozidel Praha.

Na základě 8letých provozních zkušeností s provozem elektrobusů u Dopravního podniku města Santa Barbara v USA bude použito k provozu vyvíjeného elektrobusu akumulátorové baterie Ni-Cd tvořené šestivoltovými bloky Ni-Cd typu 5STM.180 o kapacitě 180 A·h. Ty budou nabíjeny rychlonabíjecím zařízením firmy EPRONA a. s. Rokytnice nad Jizerou, pracujícím na shodném principu jako rychlonabíjecí zařízení používané v Santa Barbaře. Tato rychlonabíjecí zařízení umožňují denní dojezd elektrobusů v délce 240 km. V Santa Barbaře bylo zjištěno, že provozní náklady elektrobusů jsou pouze o 6žití elektrobusů.

Z hlediska legislativní podpory by bylo vhodné dosáhnout u elektrobusů pouze 5% DPH. Dále by bylo vhodné zajistit pro vyšší nákupní ceny baterií Ni-Cd jejich nákup formou leasingu, čímž by se snížila nákupní cena elektrobusů.

Po vývoji nízkopodlažního elektrobusu by bylo vhodné zahájit vývoj hybridního nízkopodlažního autobusu kombinujícího spalovací motor používající etylalkohol jako palivo a elektromotor s akumulátorovými bateriemi Ni-Cd.