Nedávno proběhla hodně médii informace o prvním skutečně prakticky použitelném elektromobilu Tesla Roadster, který poskytuje jízdní výkony i dojezd blížící se klasickému sportovnímu autu se spalovacím motorem. V žádném článku jsem však nenarazil na bližší informace o konstrukci tohoto zajímavého auta. Nakonec jsem přece něco našel a protože si myslím, že je to zajímavé napsal jsem tento článek.

Výkony a parametry elektroauta Tesla Roadster

Na začátek bych uvedl několik informací o výkonech a proporcích auta Tesla Roadster, aby bylo jasné, proč je toto elektroauto tak výjimečné:

• Akcelerace z 0 na 100 km/h: cca 4 sekundy
• Max. rychlost: přes 200 km/h
• Výkon motoru: až 185 kW
• Rozměry (d x š x v): 3950 x 1870 x 1130 mm
• Rozvor: 2350 mm
• Váha: 1135 kg
• Dojezd: přes 400 km
• Životnost baterií: přes 1.6 miliónů km a až 15 let

Struktura auta

Automobil s klasickým spalovacím motorem, ať již benzínovým nebo dieselovým, obsahuje několik stovek různých mechanických pohyblivých částí, čímž se celý systém stává nespolehlivým. Naproti tomu elektroautomobil využívající elektromotor jich má jen minimum, což při správném dimenzování všech komponent výrazně zvyšuje spolehlivost pohonu auta.

Celý poháněcí systém elektroautomobilu Tesla Roadster se skládá z následujících částí:

• "Super-akumulátoru" ESS (Energy Storage System)
• Měniče a jednotky řízení napájení PEM (Power Electronics Module)
• Jednoho výkonného elektromotoru
• 3rychlostní sekvenční ruční převodovky

Srdcem auta je velký elektromotor

Jako je srdcem běžného auta spalovací motor, v případě vozu Tesla Roadster je to téměř 32 kg těžký velký indukční elektromotor umístěný nad zadní nápravou. Konkrétně jde o 3fázovou 4pólovou konstrukci s plnou elektronickou regulací otáček poskytující velký točivý moment s plochou charakteristikou prakticky skoro již od nulových otáček, což je hlavní rozdíl a obrovská výhoda elektroautomobilů, protože není nutné používat převodovku vůbec nebo jen v jednoduché podobě, třeba dvourychlostní. Dalšími výhodami jsou velký rozsah otáček, kdy elektromotor může točit i přes 13 000 otáček/min, což umí je závodní spalovací motory, prakticky okamžitá reakce na stisk pedálu "plynu", výrazně vyšší účinnost (až 2.18 km/MJ) a skoro absolutní tichost běhu (jen sviští). Průměrná spotřeba elektrické energie je přitom 110 Wh/km, i když při prudké akceleraci je příkon až 200 kW. Navíc je rozjezd tak plynulý, že pokud je spuštěné rádio a cestující v autě je do něčeho zabrán, ani si nevšimne, že se rozjel.

Taková charakteristika motoru snižuje potřebu náročné převodovky. Konkrétně Tesla Roadster využívá třírychlostní převodovku, dvě rychlosti pro pohyb dopředu a zpátečka. Převodovka je manuální, ale neobsahuje spojku. To znamená, že odpadá možnost poruchy spojky a její prokluzování.

Energií auta jsou Li-Ion akumulátory a výkonný IGBT měnič

Na místě spalovacího motoru (v zadní části auta před elektromotorem - viz modrý blok na vedlejším obrázku) má Tesla Roadster sadu baterií označenou jako ESS (Energy Storage System). Zatímco ostatní výrobci a vývojáři elektromobilů zkoušejí kde co, firma Tesla využila technologii využívanou pro napájení notebooků, tedy nabíjecí lithium-Ion baterie. Roadster jich obsahuje 6 831 článků průměru 18 mm a délky 65 mm umístěných v 11 sekcích po 621 bateriích. Každý sektor je řízen jedním procesorem, který řídí jeho "hladké" nabíjení a vybíjení. Celková hmotnost "super" lithiové baterie je úctyhodných cca 450 kg a má kapacitu 53 kWh.

S ESS je pak úzce spojen další modul PEM (Power Electronics Module), což je výkonový měnič a nabíjecí systém, který převádí stejnosměrné napětí poskytované bateriemi na klasických 12 V stejnosměrného napětí pro elektroniku auta a na střídavé napětí 375 VAC pro napájení elektromotoru. K tomu využívá 72 IGBT výkonových tranzistorů (Insulated Gate Bipolar Transistors). Ty také dostávají pěkně zabrat, protože při akceleraci je odběr motoru až 200 kW. Proto baterie i měnič také dost "topí", což je jedna z velkých nevýhod tohoto auta (proto se také říká, že kvůli tomu byl automobil navržen právě jako roadster a ne jako uzavřená karoserie...). Navíc PEM modul reguluje velikost napětí, frekvencí řídí rychlost (počet otáček/min), točivý moment motoru a provádí nabíjení a rekuperaci přebytečné pohybové energie (například při jízdě z kopce nebo při brždění) na elektrickou energii, kterou dobíjí Li-Ion baterie. Celková účinnost systému, tzn. elektromotoru s PEM a ESS je 85 až 95% a poskytuje autu výkon až 185 kW.

Nabíjet baterie lze buď ze speciální elektrické síťové přípojky 230 V AC, která musí být schopna dodat až 70 A a pak nabíjené trvá cca 3.5 hodiny, nebo pomocí nabíjecího kitu, který se dá připojit na běžnou elektrickou zásuvku 230 VAC, ale pak je doba nabíjení samozřejmě mnohonásobně delší. Z pohledu bezpečnosti je celý systém navržen tak, aby ani přehřátí kteréhokoliv baterie nebo mechanický náraz nezpůsobil explozi baterií, které jinak k tomu mají sklon. Proto je také celý ESS složen z tolika malých jednotlivých článků, protože porucha nebo problém jedné takto malé jednotky způsobí méně škody a problémů než větší verze článku. Navíc každý článek má vlastní odporový teplotní snímač (PTC termistor) připojený na procesorovou řídící jednotku. Jejich primární úlohou je zjistit případný zkrat. Druhým stupněm ochrany je modul CID (Current Interrupt Device), který kontroluje vnitřní tlak uvnitř každého článku a v případě nebezpečného přetlaku článek automaticky odpojí.

Závěr

I když k běžnému použití tohoto elektroauta v té podobě, jak dnes využíváme běžná spalovací auta, ještě zbývat vyřešit několik detailů (snížení zahřívání Li-Ion baterií a IGBT měniče nebo zlepšit jejich chlazení), je dle mého názoru velký pokrok v oblasti elektroaut, tak jak by je chtěl vidět a používat běžný člověk. Auto totiž vypadá opravdu jako plnokrevné auto, ne žádná křehká nebo extravagantní konstrukce, a využívá současné dostupné a již běžné technologie, což dává možnost věřit udaným výkonům auta a výrobní náklady nejsou astronomické a tedy i prodejní cena by neměla být přemrštěná.

Více informací pak najdete na krásném multimediálním webu výrobce auta - http://www.teslamotors.com/

Download & Odkazy

• Stránky výrobce auta Tesla Roadster - http://www.teslamotors.com
• Stánky o všem možném - http://www.howstuffworks.com/

• Další články o motorech a řídích obvodech najdete na serveru automatizace.HW.cz