Πώς δουλεύει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο;

Η ηλεκτροκίνηση αποτελεί μεν τη νέα μόδα της εποχής, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα όμως δεν έχουν και πολύ μεγάλη σχέση με τα αντίστοιχα συμβατικά. Μην σας ξεγελά η εξωτερική εμφάνιση, ένα κοινό αμάξωμα, δύο πόρτες και τέσσερις ρόδες. Κάτω από το καπό κρύβεται ένας εντελώς νέος κόσμος, με τα υπέρ και τα κατά του. Και, για να είμαστε ακριβείς, αυτός ο νέος κόσμος μπορεί να μην βρίσκεται καν κάτω από το καπό…

Σε αντίθεση με τα συμβατικά οχήματα, που φέρουν ένα μόνο κινητήρα εσωτερικής καύσης, συνήθως στο μπροστινό μέρος, τα ηλεκτρικά οχήματα μπορούν να φέρουν ένα, δύο ή και περισσότερους ηλεκτροκινητήρες. Αυτό μπορεί να κάνει λίγο πιο σύνθετη την όλη εξίσωση, προσφέρει όμως και σημαντικά πλεονεκτήματα, ανάλογα με τη χρήση. Μπορεί για παράδειγμα ένας κατασκευαστής να επιλέξει να τοποθετήσει δύο ηλεκτροκινητήρες σε ένα μοντέλο του, έναν εμπρός και ένα πίσω, προσφέροντας έτσι τη δυνατότητα της τετρακίνησης. Ένας άλλος να τοποθετήσει τέσσερις ηλεκτροκινητήρες, από ένα σε κάθε τροχό, εξασφαλίζοντας έτσι πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια και έλεγχο της πρόσφυσης του αυτοκινήτου, χωρίς να απαιτούνται άξονες, διαφορικά κ.λπ.

Χοντρικά, ο κάθε ηλεκτροκινητήρας αποτελείται από δύο βασικά μέρη, το ρότορα και το στάτορα. Το ένα αποτελείται από μαγνήτες και το άλλο από πηνία. Ο τρόπος λειτουργίας του περιγράφεται στα βιβλία της φυσικής, επιπέδου Γυμνασίου/ Λυκείου, οπότε δεν θα ασχοληθούμε περαιτέρω. Θα πούμε όμως το εξής. Μηχανολογικά, είναι πολύ πιο εύκολο να εκμεταλλευτεί το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από την παροχή του ρεύματος και να παράξει μηχανική ενέργεια, σε σχέση με τη μετατροπή της χημικής ενέργειας μίας ΜΕΚ (Μονάδας Εσωτερικής Καύσης).

Παλαιότερα τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα χρησιμοποιούσαν κινητήρες συνεχούς ρεύματος (DC), πλέον όμως η τάση είναι για κινητήρες εναλλασσόμενου (AC), οπότε στην εξίσωση εισέρχεται και ένας εναλλάκτης, ο οποίος λειτουργεί ως συνδετικός κρίκος του μοτέρ με τη μπαταρία.

Όσο για τα πλεονεκτήματα, είναι πολλά και σημαντικά. Καταρχήν δεν υπάρχουν πολλά κινούμενα μέρη (σε σχέση με ένα συμβατικό κινητήρα βενζίνης ή πετρελαίου). Οι τριβές είναι πολύ μικρότερες. Υπάρχουν λιγότερα πράγματα να κινδυνεύουν να χαλάσουν, καθώς και περιορισμένες ανάγκες για συντήρηση. Ακόμα και ενεργειακά να το δει κανείς, η απόδοσή τους είναι πολύ υψηλότερη από αυτή ενός θερμικού κινητήρα. Και τα θετικά δεν σταματούν εκεί.

Στους συμβατικούς κινητήρες υπάρχει κάτι που ονομάζεται διάγραμμα ισχύος/ ροπής. Μπορεί ένα μοτέρ να λέει ότι προσφέρει 100 ίππους και 180 Nm ροπής, αυτές οι τιμές όμως αποδίδονται σε συγκεκριμένες στροφές. Πιο χαμηλά ή και στο ψηλότερο σημείο των στροφών, η απόδοση του κινητήρα είναι υποδεέστερη. Κάτι τέτοιο, ωστόσο, δεν ισχύει για τα ηλεκτρικά μοτέρ. Η μέγιστη δύναμη που μπορούν να προσφέρουν έρχεται την ίδια στιγμή που θα πατήσει ο οδηγός βαθιά το δεξί πεντάλ. Γι΄ αυτό και το YouTube έχει γεμίσει με βίντεο όπου οδηγοί Tesla πατάνε κάτω Porsche και άλλα εξωτικά σπορ αυτοκίνητα, σε κόντρες από στάση.

Αφήνοντας κατά μέρος τους ηλεκτροκινητήρες, ένα δεύτερο βασικό συστατικό αποτελούν οι συσσωρευτές. Διατάξεις οι οποίες μπορούν να δεχτούν ηλεκτρικό ρεύμα είτε από κάποιο οικιακό δίκτυο, είτε από ένα ταχυφορτιστή και με τη σειρά τους να τροφοδοτήσουν τον κινητήρα. Οι συσσωρευτές, ως, τεχνολογία, δεν θεωρούνται ακόμη ώριμοι. Για την ακρίβεια, αποτελούν την Αχίλλειο πτέρνα των ηλεκτρικών οχημάτων, αφού απαιτούν αρκετή ώρα για να φορτίσουν (πολύ περισσότερη από τον ανεφοδιασμό σε βενζίνη, ενός συμβατικού αυτοκινήτου), ενώ και η ενεργειακή τους πυκνότητα είναι σχετικά χαμηλή. Με απλά λόγια, χρειάζεται ένας ογκώδης και βαρύς συσσωρευτής για να προσφέρει μία αυτονομία της τάξης των 400-500 χιλιομέτρων.

Αναφορικά με την τάση λειτουργίας, οι συσσωρευτές συνήθως κυμαίνονται στα 360 με 450 Volt. Παράλληλα, βέβαια, συνδέονται και με ένα μετατροπέα DC-DC, που ρίχνει την τάση στα 12V, ώστε να τροφοδοτούν και τα δευτερεύοντα συστήματα του αυτοκινήτου, όπως τα φώτα και το infotainment. Τώρα για το χρόνο φόρτισης αυτός ποικίλει, ανάλογα με τη χωρητικότητα, την τεχνολογία και την παροχή στην οποία έχει συνδεθεί ο κάθε φορτιστής. Σε κάποια ηλεκτρικά μοντέλα μπορείτε να δείτε τη φόρτιση να φτάνει στο 80% σε μισή ώρα. Εάν πάλι βάλετε ένα μεγάλο Audi e-tron (των 100kWh) σε οικιακή πρίζα, θα πρέπει να περιμένετε γύρω στις 48 ώρες για να φορτίσει τελείως…

Όπως τα ρεζερβουάρ καυσίμου μετράνε τη χωρητικότητά τους σε λίτρα, οι συσσωρευτές υπολογίζουν την αποθηκευμένη ενέργεια σε kWh (κιλοβατώρες). Ενώ όμως στην πρώτη περίπτωση η πλήρωση του καυσίμου γίνεται αποκλειστικά σε κάποιο πρατήριο υγρών καυσίμων, στη δεύτερη, ένας συσσωρευτής μπορεί να φορτίζει και από την ίδια την κίνηση του αυτοκινήτου. Πρακτικά, οι ηλεκτροκινητήρες που χρησιμοποιούνται μπορούν να λειτουργήσουν και ως γεννήτριες. Έτσι, σε κάθε φρενάρισμα ή ρολάρισμα του αυτοκινήτου, επιστρέφουν ένα ποσό ενέργειας στη μπαταρία. Καλύτερη διαχείριση της ενέργειας σημαίνει μικρότερη κατανάλωση και μεγαλύτερη αυτονομία.

Μία άλλη διαφορά που έχουν τα ηλεκτρικά οχήματα, σε σχέση με τα συμβατικά, είναι ότι δεν χρειάζονται κιβώτιο ταχυτήτων. Ενίοτε διαθέτουν ένα, δύο σχέσεων, για να επιτυγχάνουν μεγαλύτερες ταχύτητες. Σε επίπεδο χρήστη, όμως, ξεχάστε τους συμπλέκτες και τα μηχανικά κιβώτια. Ξεχάστε επίσης τα στροφόμετρα, όπως προείπαμε, τις εξατμίσεις και το θόρυβο. Ο τόπος μετακίνησής μας, με τον καιρό, θα αλλάξει. Το ταξίδι θα είναι φυσικά μεγάλο. Έχουμε όμως τη χαρά να ζούμε σε ενδιαφέροντες καιρούς.