Električni automobil spolja može delovati kao vozilo koje samo zamenjuje motor sa unutrašnjim sagorevanjem baterijom. Ipak, njegovo kretanje nastaje kroz nekoliko povezanih procesa u kojima se električna energija pretvara u mehanički rad. Baterija obezbeđuje energiju, elektronika određuje koliko će je biti iskorišćeno, a elektromotor je pretvara u obrtanje koje preko pogonskog sklopa pokreće točkove.
Osnovni princip je jednostavan, ali način na koji se energija kontroliše prilično je precizan. Od trenutka kada vozač pritisne papučicu gasa do ubrzanja vozila, struja prolazi kroz više komponenti koje imaju različite zadatke. Razumevanje tog lanca objašnjava i zašto električni automobili mogu brzo da reaguju na komandu vozača i zašto se njihov pogon razlikuje od klasičnog automobilskog motora.
Baterija kao izvor električne energije
Baterijski paket čuva energiju u hemijskom obliku i tokom vožnje je isporučuje kao električnu energiju. Kod savremenih električnih automobila najčešće se koriste litijum-jonske ćelije povezane u veće module i pakete. Njihov napon i kapacitet zavise od konstrukcije baterije, a sistem upravljanja baterijom stalno prati stanje ćelija, temperaturu i druge važne parametre.
Kada vozač zatraži ubrzanje, baterija šalje električnu energiju prema pogonskom sistemu. Količina energije koja se isporučuje nije jednostavno jednaka položaju papučice, već se elektronski obrađuje prema zahtevima vožnje, stanju baterije i uslovima rada. Zbog toga automobil može precizno da dozira snagu bez potrebe za klasičnim menjanjem velikog broja stepena prenosa.
Baterija, međutim, ne pokreće točkove direktno. Između nje i elektromotora nalaze se elektronske komponente koje upravljaju naponom i strujom i omogućavaju da motor dobije odgovarajući oblik električne energije. Taj deo sistema važan je zato što elektromotor mora da dobija precizno kontrolisanu energiju kako bi razvijao traženi obrtni moment i broj obrtaja.
Elektronika određuje koliko snage stiže do motora
Jedna od ključnih komponenti pogona je inverter, odnosno energetski pretvarač. Njegov zadatak je da električnu energiju iz baterije prilagodi potrebama elektromotora. Kod mnogih pogonskih sistema baterija obezbeđuje jednosmernu struju, dok inverter iz nje stvara kontrolisanu naizmeničnu struju potrebnu za rad određenih tipova elektromotora.
Vozačev zahtev za ubrzanjem najpre se pretvara u elektronsku komandu. Upravljački sistem na osnovu nje određuje koliko struje i energije treba poslati motoru. Promenom tih električnih parametara menja se i ponašanje motora, pa automobil može veoma brzo da pređe iz mirovanja u ubrzanje.
Ovakva kontrola omogućava da se snaga ne isporučuje stalno u istoj meri. Sistem može da ograniči rad zbog temperature, napunjenosti baterije ili drugih zaštitnih razloga, dok u povoljnim uslovima može da iskoristi raspoloživu snagu za snažno ubrzanje. Elektronika zato nije samo posrednik između baterije i motora, već jedan od ključnih delova celog pogonskog sistema.
Elektromotor pretvara struju u obrtanje
Kada odgovarajuća električna energija stigne do elektromotora, u njegovim namotajima i magnetskom polju nastaju sile koje stvaraju obrtni moment. Taj moment pokreće rotor, odnosno rotirajući deo motora. Za razliku od klasičnog motora koji energiju goriva pretvara u mehanički rad kroz sagorevanje, elektromotor koristi međusobno delovanje električne energije i magnetnog polja.
Jedna od važnih osobina elektromotora jeste to što može da razvije visok obrtni moment već pri veoma malom broju obrtaja. Zbog toga električni automobil može snažno da povuče odmah nakon pritiska papučice gasa. Nema potrebe da se motor prvo popne na određeni broj obrtaja kako bi dostigao područje u kojem razvija najveću korisnu snagu.
Obrtanje rotora zatim se prenosi na pogonski sklop. Većina električnih automobila koristi jednostavniji prenos nego vozila sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem, često sa jednim fiksnim prenosnim odnosom. Reduktor prilagođava visoke obrtaje elektromotora potrebama točkova i omogućava da se njegov moment efikasno iskoristi za pokretanje vozila.
Na kraju tog lanca dolaze poluosovine i točkovi. Energija koja je počela kao hemijski uskladištena energija u bateriji sada je pretvorena u mehaničko kretanje. Deo energije se usput izgubi u obliku toplote i kroz električne i mehaničke gubitke, pa količina energije koja zaista stigne do podloge nije jednaka početnoj energiji baterije.
Kretanje može da vrati deo energije bateriji
Transformacija energije ne mora da ide samo u jednom smeru. Kada električni automobil usporava, elektromotor može da radi kao generator. To znači da se deo kinetičke energije vozila ponovo pretvara u električnu energiju umesto da se sva energija izgubi kroz trenje kočionih sistema.
Ovaj proces poznat je kao regenerativno kočenje. Prilikom usporavanja točkovi okreću pogonski motor, a električni sistem kontroliše generisanu energiju i šalje je nazad prema bateriji. Količina energije koja može da se povrati zavisi od brzine, stanja baterije, temperature i podešavanja sistema.
Regeneracija ipak ne može da vrati svu potrošenu energiju. Deo energije se izgubi tokom prvobitnog pretvaranja, deo tokom prenosa, a deo tokom ponovnog skladištenja u bateriji. Ipak, mogućnost da se deo energije pri usporavanju ponovo iskoristi predstavlja jednu od važnih prednosti električnog pogona u gradskoj vožnji, gde su ubrzavanja i usporavanja česta.
Zašto je ovaj pogon drugačiji od klasičnog
Kod električnog automobila put od energije do kretanja kraći je nego kod vozila sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem. Nema procesa sagorevanja goriva, klipova, radilice i složenog sistema prenosa sa više stepeni koji bi energiju goriva pretvarao u obrtanje. Umesto toga, baterija, energetska elektronika i elektromotor čine osnovni lanac pretvaranja energije.
To ne znači da je sistem bez gubitaka ili da je svaki električni automobil jednako efikasan. Na ukupnu potrošnju utiču masa vozila, brzina, aerodinamički otpor, temperatura, gume, način vožnje i efikasnost pojedinačnih komponenti. Baterija zato predstavlja samo početnu tačku energetskog lanca, a stvarna efikasnost zavisi od rada kompletnog pogonskog sistema.
Najjednostavnije se ceo proces može zamisliti kao niz pretvaranja: hemijska energija baterije postaje električna, elektronika tu energiju prilagođava, elektromotor je pretvara u mehaničko obrtanje, a pogonski sklop prenosi obrtni moment na točkove. Upravo ta direktna veza između električne energije i obrtnog momenta objašnjava karakterističan odziv električnih automobila i njihovo drugačije ponašanje u vožnji.
