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

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

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…

Více aktualit

Vliv obnovitelných zdrojů na rozvoj ekologické alternativní dopravy elektrickými a hybridními vozidly

číslo 2/2006

Vliv obnovitelných zdrojů na rozvoj ekologické alternativní dopravy elektrickými a hybridními vozidly

doc. RNDr. Miroslav Cenek, CSc., prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc., Ing. Zdenka Rozsívalová,
ústav elektrotechnologie, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, VUT Brno

1. Úvod

Rozvoj elektrických a hybridních vozidel doznal v České republice hmatatelných výsledků. V průběhu posledních dvanácti let se mnoho vědeckých pracovníků věnovalo rozvoji elektrických a hybridních vozidel v individuální a hromadné dopravě. Tyto aktivity vyvíjela zejména Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysokého učení technického v Brně.

Obr. 1. Obr. 2.

Obr. 1. Mobilní rychlonabíjecí zařízení akumulátorových baterií vyráběné firmou Eprona, a. s., Rokytnice nad Jizerou
Obr. 2. Stacionární rychlonabíjecí zařízení akumulátorových baterií vyráběné firmou Eprona

Rozvoj elektrických a hybridních vozidel je významný s ohledem na ochranu životního prostředí při použití obnovitelných zdrojů, a to elektrické energie z provozu vodních elektráren pro nabíjení akumulátorových baterií elektrického pohonu elektrických vozidel a elektrického pohonu hybridních vozidel, dále bioetanolu a bionafty v podobě paliv spalovacích motorů hybridních vozidel.

Z hlediska výrazného zkrácení doby potřebné k nabití akumulátorových baterií elektrického pohonu elektrických a hybridních vozidel se používá rychlé nabíjení těchto baterií pomocí rychlonabíjecích zařízení, která vyrábí česká firma Eprona, a. s., Rokytnice nad Jizerou. Rychlonabíjecí zařízení akumulátorových baterií jsou instalována v každém elektrickém a hybridním vozidle. Pro další zkrácení doby potřebné k nabití uvedených baterií elektrických a hybridních vozidel se vyrábějí, s ohledem na možnost zajištění vyššího výkonu rychlonabíjecích zařízení, mobilní rychlonabíjecí stanice, jež jsou určeny pro firmy vlastnící větší počet elektrických a hybridních vozidel (obr. 1), nebo stacionární veřejné rychlonabíjecí stanice k veřejné instalaci v jednotlivých městech (obr. 2).

Obr. 3a.
Obr. 3b.

Obr. 3a. Elektrický skládací skútr ROTOBIC v jednostopém konstrukčním provedení vyráběný firmou Rotokov s. r. o. Křídlůvky u Znojma
Obr. 3b. Elektrický skládací skútr ROTOBIC ve třístopém konstrukčním provedení vyráběný firmou Rotokov
Obr. 4. Elektrické vozidlo BETA vyráběné firmou KnapCar-International spol. s r. o. Olomouc

Vedle výrazného zkrácení doby potřebné k nabití akumulátorové baterie z dosavadních 6 až 8 h na 30 až 90 min podle výkonu rychlonabíjecího zařízení umožňuje rychlé nabíjení akumulátorových baterií i výrazné zvýšení účinnosti jejich nabíjení z dosavadních 70 až 85 % podle typu baterie na 95 až 98 %. Současně rychlé nabíjení akumulátorových baterií dovoluje prodloužit životnost těchto baterií o 50 až 80 %, a to stabilizací původní jemné struktury elektrodových hmot používaných akumulátorových baterií.

2. Elektrická vozidla

Elektrický skládací skútr ROTOBIC
Na základě výsledků výzkumu ústavu elektrotechnologie Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně začala v roce 2002 ve firmě Rotokov, s. r. o., Křídlůvky u Znojma, výroba elektrického skládacího skútru ROTOBIC. Jde o jednostopou (obr. 3a) a třístopou (obr. 3b) konstrukční verzi, jejichž ceny jsou pro uživatele příznivé (jednostopá verze se dodává za 23 900 Kč vč. DPH 19 %, třístopá stojí 25 900 Kč vč. DPH 19 %). V obou případech je to velmi pohodlný elektrický skládací skútr, který lze ve složeném stavu snadno přepravovat v zavazadlových prostorech automobilů individuální dopravy i v autobusech hromadné dopravy. Elektrický skládací skútr ROTOBIC je vhodný ekologický dopravní prostředek pro široké použití, zejména v městské dopravě. Třístopá konstrukční verze je určena především pro přepravu starších osob a zejména pro občany s částečným postižením pohybového ústrojí. Provozní náklady jednostopé i třístopé verze činí 0,70 Kč/km při dojezdu 7 až 15 km podle hmotnosti řidiče a reliéfu terénu. V současnosti je možné k pohonu tohoto skútru používat olověný akumulátor, který bude postupně nahrazen nikl-kadmiovou nebo nikl-metalhydridovou akumulátorovou baterií. Zcela vybitou olověnou baterii lze nabít za 4 h, nikl-kadmiovou baterii za 40 min a nikl-metalhydridovou baterii za 2 h. Obr. 4. Hmotnost jednostopé verze elektrického skládacího skútru ROTOBIC je 29 kg, hmotnost třístopé verze je 32 kg při použití olověné akumulátorové baterie. Je-li použita nikl-kadmiová baterie, zmenšuje se hmotnost obou konstrukčních verzí o 2,5 kg, při použití nikl-metalhydridové baterie je hmotnost obou konstrukčních verzí menší o 4,5 kg. Nosnost obou verzí je 110 kg. Elektrický skládací skútr ROTOBIC se v jednostopé podobě již používá na mezinárodním letišti v Praze-Ruzyni a třístopá verze je využívána pro vnitropodnikovou dopravu u společnosti Škoda Auto v Mladé Boleslavi.

Elektrické vozidlo BETA
V současné době se připravuje výroba užitkového elektrického vozidla BETA (obr. 4), které vyvinula firma Škoda Elcar s. r. o. Ejpovice. Nabití tohoto elektrického vozidla bude možné za 60 až 90 min, podle napětí použité nikl-kadmiové akumulátorové baterie (výroba francouzské firmy SAFT), s využitím rychlonabíjecího zařízení, které vyrábí česká firma Eprona, a. s., Rokytnice nad Jizerou.

Velmi zajímavé je porovnání provozních nákladů elektrického vozidla BETA EL 180 a vozidla BETA CL 1.3 se spalovacím motorem shodné konstrukce, lišící se tedy pouze použitým motorem. Bylo zjištěno, že při spotřebě elektrické energie ze sítě v objemu 285,7 W·h/km, ceně elektrické energie 2,45 Kč/kW·h a ujetí 120 tis. km, garantovaných výrobcem nikl-kadmiových baterií (firmou SAFT), provozní náklady elektrického vozidla BETA EL 180 jsou 0,70 Kč/km. U vozidla se spalovacím motorem BETA CL 1.3 při spotřebě paliva 9 l/100 km (městský cyklus podle metodiky EHK – Evropské hospodářské komise při Organizaci spojených národů (OSN)) a průměrné ceně paliva 27 Kč/l (Natural 95) jsou provozní náklady 2,43 Kč/km. Z uvedených podkladů vyplývá, že po ujetí 120 tis. km jsou provozní náklady elektrického vozidla BETA EL 180 pouze 84 tis. Kč oproti provozním nákladům na automobil BETA CL 1.3 se spalovacím motorem, které dosahují 291 600 Kč – jsou tedy o 207 600 Kč nižší. Obr. 5. Při možnosti druhotného použití nikl-kadmiových akumulátorových baterií po ujetí 120 tis. km v elektrickém vozidle BETA EL 180 po poklesu jejich kapacity na hodnotu 80 % jmenovité kapacity při prodejní ceně 262 035 Kč je nutné doplatit za nákup nové nikl-kadmiové akumulátorové baterie pro další provoz elektrického vozidla BETA EL 180 pouze 65 505 Kč. Úspora nákladů na provoz elektrického vozidla BETA EL 180 oproti klasickému automobilu BETA CL 1.3 se spalovacím motorem je tudíž při nákupu nikl-kadmiové baterie po ujetí 120 tis. km o 142 605 Kč nižší. Ujetí 120 tis. km s nikl-kadmiovou baterií v elektrickém vozidle BETA EL 180 (garantované firmou SAFT) je zcela reálné, neboť Dopravní podnik Santa Barbory v Kalifornii (USA) dosáhl u nikl-kadmiových baterií firmy SAFT při použití jejich rychlého nabíjení v nízkopodlažních elektrobusech provozní životnosti 213 tis. km. Druhotné použití nikl-kadmiových baterií firmy SAFT po jejich provozu v elektrických vozidlech je možné v podobě náhradních zdrojů elektrické energie nabíjených z rozvodů elektrické sítě nebo z obnovitelných zdrojů, tj. vodních nebo větrných elektráren menších výkonů a fotovoltaických článků.

Nízkopodlažní elektrobus
V oblasti hromadné ekologické dopravy elektrickými vozidly byl v roce 2003 ukončen vývoj a začala výroba nízkopodlažního elektrobusu (obr. 5) za spolupráce několika významných institucí (Čas-Service a. s. Znojmo, VUT v Brně, Škoda Plzeň a. s., Elis Plzeň a. s.). Nízkopodlažní elektrobus, jehož jízdní vlastnosti se testují během dlouhodobého provozu v rámci městské hromadné dopravy ve Znojmě, je při celkové délce 11,5 m a hmotnosti 18 000 kg určen pro přepravu 70 osob, z toho 29 sedících. Na jedno nabití (rychlonabíjecím zařízením) baterie Ni-Cd tuzemské firmy Eprona dosahuje dojezdu 110 až 130 km, maximální rychlosti 70 km/h a stoupavosti 8 %. Provozní náklady nízkopodlažního elektrobusu jsou 0,80 Kč/km. Oproti provozním nákladům autobusu se spalovacím motorem, které činí 7 Kč/km, je tedy jeho provoz mnohem ekonomičtější.

Obr. 6.

Obr. 5. Nízkopodlažní elektrobus vyráběný firmou ČAS-SERVICE a. s. Znojmo
Obr. 6. Hybridní vozidlo MINIMOBIL vyráběné firmou DI-ELCOM s. r. o. Plzeň

3. Hybridní vozidla

Vysokou účinnost vykazují hybridní vozidla, jejichž pohon je tvořen elektromotorem a spalovacím benzinovým nebo naftovým motorem – od roku 2005 palivo s obsahem 2 % bioetanolu a od roku 2010 s 5,75 % bioetanolu – jak je požadováno směrnicí EU. Bylo ověřeno, že spalovací motor může používat pouze 95 % bioetanolu, jak to vysledovala ve svých autobusech švédská firma Scania, nebo směs 85 % bioetanolu a 15 % benzinu, jak to prokázala americká firma Ford. Použití bioetanolu jako přísady paliva do spalovacího motoru umožňuje postupnou náhradu dosud výhradně dovážených paliv ze zahraničí. Současně se projeví výrazné omezení vlivu jejich nestabilní ceny na světových trzích a především se umožní využití obnovitelného paliva – bioetanolu – pěstováním nepotravinářské zemědělské produkce (v ČR krmné pšenice) na 900 tis. ha neobdělané zemědělské půdy v České republice.

V současné době se v České republice řeší ve spolupráci s rakouskými partnery projekt hybridního vozidla v rámci programu EU nazvaného Eureka. Garantem tohoto projektu za českou stranu je firma DI-ELCOM s. r. o. Plzeň. Cílem projektu je vývoj a následná výroba čtyřkolového hybridního vozidla MINIMOBIL, které umožňuje přepravu až tří osob nebo nákladu. Jeho maximální rychlost je 90 km/h a dojezd 300 km při použití spalovacího motoru a 30 až 60 km při použití elektromotoru.

Ve vývoji hybridních vozidel je nejdále japonská automobilka Honda. Zatím nejznámější vozidlo s hybridním pohonem je Honda Insight (cena v ČR je asi 600 tis. Kč). Dalšími hybridními vozidly jsou Honda Civic a Toyota Prius.

Alternativní doprava elektrickými a hybridními vozidly technologicky postupuje značně kupředu. Proto je pro budoucnost žádoucí zajistit legislativní podporu tomuto perspektivnímu druhu ekologické dopravy, aby tento technologický vzestup mohli znatelněji vnímat i občané.

Poznámka redakce: V USA začalo platit vyšší daňové zvýhodnění pro ekologická auta. Daňový základ si tak jejich majitelé mohou snížit až o 3 150 dolarů (téměř 80 tis. Kč). Daňové zvýhodnění automobilů s kombinovaným benzinovým a elektrickým motorem je závislé na ohodnocení šetrnosti ve spotřebě klasického paliva.

Bližší informace získáte na:
tel.: 541146291, 724 055 510
fax: 541146147
e-mail: prosova@feec.vutbr.cz

Doc. RNDr. Miroslav Cenek, CSc., se v letech 1963 až 1989 zabýval výzkumem palivových článků a nikl-kadmiových akumulátorů s kapsovou konstrukcí elektrod, které vyrábí česká firma Saft-Ferak a. s., Raškovice. Od roku 1989 je jeho výzkumná činnost zaměřena na oblasti použití nikl-kadmiových akumulátorů, a to v elektrických a hybridních vozidlech alternativní ekologické dopravy, a na akumulaci elektrické energie z obnovitelných zdrojů.
Miroslav Cenek je dlouholetým členem profesorského sboru VUT v Brně. V současné době zde působí jako docent – jeho přednášky jsou tematicky zaměřeny na obory ekologie, dopravy a energetiky.
Je autorem a spoluautorem nejméně 115 odborných a vědeckých prací, které byly publikovány v České republice nebo v zahraničí.

Jiří Kazelle, CSc., ukončil v roce 1968 vysokoškolské studium na FEL VUT v Brně, v oboru technická kybernetika, specializace samočinné počítače. V roce 1998 byl jmenován profesorem a poté postupně zastával funkci proděkana a děkana na FEL a v letech 2000 a 2003 byl prorektorem VUT v Brně.
Ve vědeckovýzkumné oblasti se nejdříve zaměřoval na automatizaci měření, elektroizolační materiály, piezoelektřinu a piezoelektrické rezonátory, po roce 1980 na elektrochemické zdroje elektrické energie. Je členem vědecké rady VUT v Brně, dále FEKT, FCH a FP VUT v Brně a členem vědecké rady ČVUT v Praze. Je autorem a spoluautorem asi 110 vědeckých prací z oblasti elektroizolačních, piezoelektrických, speciálních keramických materiálů a z oblasti elektrochemických zdrojů elektrické energie a spoluautorem čtyř patentů v ČR.

Ing. Zdenka Rozsívalová absolvovala v roce 1975 FEL VUT v Brně, obor elektrotechnologie, poté nastoupila jako technický pracovník do ústavu elektrotechnologie FEKT VUT v Brně, kde od roku 1983 až doposud působí jako odborný asistent.
Výukově je zaměřena na oblasti elektrotechnických materiálů, diagnostiky a zkušebnictví, řízení jakosti a metrologie.
Ve výzkumu se zaměřuje na diagnostiku dielektrických materiálů, alternativní zdroje elektrické energie, elektrická a hybridní vozidla.
V současné době rovněž působí jako studijní poradce ústavu elektrotechnologie FEKT VUT v Brně. Je členkou oborové rady oboru mikroelektronika a technologie v bakalářském studijním programu elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika.