5. 5.3. Παραγωγικές Δυνατότητες για τα Εξαρτήματα των Ηλεκτροκίνητων Οχημάτων

Το αμάξωμα των Η/O εξαρτάται κύρια από τους συσσωρευτές τους για την αποθήκευση της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας οι οποίοι έχουν μεγαλύτερες απαιτήσεις όγκου και βάρους σε σχέση με τα περισσότερα υγρά καύσιμα αντίστοιχης ενεργειακής απόδοσης. Για να επιτευχθεί μια σημαντική απόσταση αυτονομίας, η μείωση της μάζας των Η/Ο μπορεί να αντισταθμίσει το απαιτούμενο βάρος των συσσωρευτών. Για την αντικατάσταση του χάλυβα προσφέρονται δύο βασικά υλικά που είναι το αλουμίνιο και πολυμερή υλικά. Αμφότερα τα υλικά ευρίσκονται σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης. Το αλουμίνιο χρησιμοποιείται ήδη από μερικούς κατασκευαστές Η/Ο σε επιλεγμένα οχήματα με δυνατότητα μείωσης της τάξης 40 – 50% της μάζας του σώματος. Τα πολυμερή σύνθετα υλικά παρέχουν μεγαλύτερο ποσοστό μείωσης (55% – 60%), αλλά το προβλεπόμενο κόστος των πρώτων υλών είναι πολύ υψηλό, ενώ οι τεχνικές για τη μαζική παραγωγή τους δεν έχουν ακόμα τελειοποιηθεί. Επομένως, τα πολυμερή σύνθετα υλικά δεν αποτελούν μία ώριμη τεχνολογία για χρήση σε υψηλούς αριθμούς ηλεκτρικών οχημάτων μαζικής παραγωγής. Τα “ελαφρά υλικά” με σωστό σχεδιασμό θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τον χάλυβα σε επιλεγμένα υποσυστήματα. Επειδή αυτά τα “ελαφρά υλικά” κοστίζουν περισσότερο και απαιτούν εξειδικευμένες τεχνικές κατασκευής, η χρήση τους θα αυξήσει το κόστος των Η/Ο. Έτσι, η ανάπτυξη “ελαφρών υλικών” για να μειωθεί η μάζα των οχημάτων θα πρέπει να αξιολογείται σε σχέση με την αύξηση του κόστους παραγωγής τους.

Η σημερινή παγκόσμια τάση του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας των BEV είναι οι επαναφορτιζόμενοι συσσωρευτές. Άλλα συστήματα αποθήκευσης, όπως είναι οι υπερπυκνωτές και οι περιστρεφόμενοι σφόνδυλοι κενού, ευρίσκονται σε στάδιο ανάπτυξης αλλά είναι πιθανό να αντικαταστήσουν τους συσσωρευτές στο άμεσο μέλλον. Όμως, θα πρέπει να τονιστεί το θέμα της αξιοπιστίας λειτουργίας των συσσωρευτών σε περιπτώσεις σύγκρουσης των ηλεκτρικών οχημάτων λαμβάνοντας υπόψη το μεγάλο κόστος που απαιτείται για την αντικατάστασή τους όταν καταστραφούν. Μία προτεινόμενη λύση είναι να καταστεί ο συσσωρευτής ένα ισχυρό και άκαμπτο μέρος της βάσης των οχημάτων, λαμβάνοντας πάλι υπόψη τη κοστολογική πλευρά του θέματος.

Για τους συσσωρευτές έχουν εντοπιστεί οι ακόλουθοι τομείς της έρευνας και ανάπτυξης οι οποίοι αφορούν προσιτές τεχνολογίες προσιτές για την παραγωγή και δυνατότητα εύκολης ανακύκλωσης συσσωρευτών και κύρια αφορούν τα υλικά καθόδου. Για τα υλικά LiFePO4 και LiMn2O2 υπάρχουν βάσιμες ενδείξεις θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ηλεκτροδίων νέας γενιάς. Μαζί με τα υλικά αναφοράς που βασίζονται στο κοβάλτιο και το νικέλιο, όπως το Li(NiMnCo)O2 και Li(NiCoAl)O2, αυτά τα υλικά καθόδου καλύπτουν τις κύριες τεχνολογικές τάσεις για το άμεσο μέλλον. Η διάθεση και ανακύκλωση των υλικών στο τέλος του κύκλου ζωής των συσσωρευτών είναι ένα θεμελιώδες ζήτημα για όλες τις εφαρμογές στην αυτοκινητοβιομηχανία οι οποίες αφορούν προηγμένες τεχνολογίες συσσωρευτών. Η απουσία ενώσεων του Κοβαλτίου και Νικελίου θα έχει θετικές επιπτώσεις στο αρχικό κόστος των συσσωρευτών αλλά δεν είναι ακόμη σαφές εάν οι διαδικασίες ανακύκλωσης θα είναι τεχνικά εφικτές και οικονομικά βιώσιμες. Για τα υλικά νέας γενιάς, το συνολικό κόστος των στοιχείων θα πρέπει να αξιολογείται (για παράδειγμα το LiFePO4). Είναι φανερό ότι οι τεχνικές επιδόσεις των στοιχείων των συσσωρευτών θα πρέπει να καλύπτουν τις απαιτήσεις της αυτοκινητοβιομηχανίας κυρίως από την άποψη του δυναμικού αποθήκευσης ανά μονάδα μάζας και όγκου, της ικανοποιητικής παροχής ηλεκτρικής ισχύος και του χρόνου ζωής στις συνθήκες λειτουργίας.

Tο σύστημα της κίνησης διαφοροποιεί σαφώς τα BEV από τα συμβατικά οχήματα. Ο ηλεκτρικός κινητήρας είναι ένα αρκετά απλό σύστημα, πολύ απλούστερος και πολύ πιο συμπαγής από τον αντίστοιχο κινητήρα των συμβατικών οχημάτων. Το σύστημα κίνησης των συμβατικών οχημάτων περιλαμβάνει τα ακόλουθα μέρη ενώ δημιουργούνται θόρυβοι και δονήσεις κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του:
• Κινητήρας
• Σύστημα αλλαγής ταχυτήτων
• Σύστημα τροφοδοσίας καυσίμων
• Σύστημα ψύξης
• Σύστημα εξαγωγής καυσαερίων
• Ηλεκτρικό σύστημα
• Διαδικασία ανάφλεξης.

Το σύστημα κίνησης των ΒEV περιλαμβάνει ουσιαστικά μόνο τον ηλεκτροκινητήρα και το ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου του κινητήρα. Υπάρχουν τρεις τύποι κινητήρων με αντίστοιχα συστήματα ελέγχου που είναι οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος, οι επαγωγικοί κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος και οι κινητήρες μόνιμων μαγνητών. Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος (Σχήμα 15) ήταν η αρχική επιλογή των ΒEV, με υψηλότερο κόστος κατασκευής, μεγαλύτερο βάρος, ελαφρώς χαμηλότερη απόδοση και υψηλότερες απαιτήσεις συντήρησης σε σύγκριση με τις άλλους δύο τύπους. Ο επαγωγικός κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος (Σχήμα 16) είναι μία εξαιρετικά απλή και στιβαρή κατασκευή, παρουσιάζει υψηλές αποδόσεις, δεν απαιτεί σχεδόν καμία συντήρηση, ψύχεται εύκολα ενώ έχει χαμηλό κόστος παραγωγής .Το μοναδικό μειονέκτημα του είναι η απαίτηση ενός πολύπλοκου συστήματος ηλεκτρονικής οδήγησης στην περίπτωση παροχής συνεχούς τάσης από τους συσσωρευτές. Ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη (Σχήμα 17) παρουσιάζει σημαντικό ενδιαφέρον αλλά το κόστος των μονίμων μαγνητών και των απαραίτητων ηλεκτρονικών ισχύος είναι σχετικά μεγάλο. Επιπρόσθετα, η μείωση του κόστους παραγωγής του απαιτεί μεγάλες επενδύσεις σε μία αγορά που δεν είναι εξασφαλισμένη.

^[1]

Σχήμα 15. Κινητήρας συνεχούς ρεύματος

^[2]

Σχήμα 16. Επαγωγικός κινητήρας εναλλασσομένου ρεύματος

^[3]

Σχήμα 17. Κινητήρας μόνιμου μαγνήτη

Μπορεί να θεωρηθεί ότι τα ΒEV είναι ένα κινούμενο ηλεκτρικό σύστημα ισχύος, όπου η τάση εξόδου των συσσωρευτών τους είναι διαφορετική από αυτή που απαιτείται για την τροφοδοσία των βασικών στοιχείων του. Επομένως, ο κύριος στόχος ανάπτυξης είναι η κατασκευή των υποσυστημάτων του με τάση λειτουργίας που μπορεί να είναι τεχνικά δυνατή. Σε διαφορετική περίπτωση, απαιτείται σχεδίαση μετατροπέων υψηλού βαθμού απόδοσης λαμβάνοντας υπόψη το κόστος τους τουλάχιστον έως τα ΒEV να αποκτήσουν σημαντικό μερίδιο στην αγορά των οδικών μεταφορών. Προφανώς όλα τα ηλεκτρικά συστήματα και εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στα συμβατικά οχήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στα ΒEV, ανεξάρτητα από τη τάση εξόδου του συστήματος των συσσωρευτών τους.

Όταν τα ΒEV ευρίσκονται σε κατάσταση στάσης, ο κινητήρας απενεργοποιείται και δεν υπάρχει πηγή παροχής ενέργειας για τις βοηθητικές λειτουργίες. Επομένως, απαιτείται μία επιπρόσθετη ανεξάρτητη πηγή εναλλασσόμενης τάσης ενώ η απαιτούμενη κατανάλωση ενέργειας μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι ανεκτή, λόγω της υπάρχουσας μείωσης των μηχανικών και υδραυλικών μερών και των μόνιμων καταναλώσεων των ΒEV σε σχέση με αυτή που υφίσταται στα συμβατικά οχήματα. Ένα σημαντικό μέρος της κατανάλωσης ισχύος από τη δεύτερη πηγή αποτελεί το σύστημα κλιματισμού, το οποίο έχει απαίτηση κατανάλωσης ισχύος της τάξης των 2kW λόγω του συμπιεστή. Επίσης, ο συσσωρευτής απαιτεί συνεχή έλεγχο της θερμοκρασίας του και το σύστημα επιτήρησης του πρέπει να λειτουργεί με τέτοιο τρόπο ώστε να αποφεύγονται οι ακραίες τιμές θερμοκρασίας στο εσωτερικό του.

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι ιδιομορφίες των ΒEV αποτελούν αφορμή για την έρευνα και ανάπτυξη εναλλακτικών λύσεων. Αρκετές επιλογές είναι ιδιαίτερα διαθέσιμες στα θέματα διεύθυνσης, ανάρτησης, φρένων, ανάκτησης ισχύος, κ.λ.π.

Από επισκέψεις σε συνέδρια και εκθέσεις έχει διαπιστωθεί ότι, εκτός από τις παρουσιαζόμενες δραστηριότητες στην ηλεκτροκίνηση από μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες που συνασπίζονται για να μειώσουν το κόστος ανάπτυξης των Η/Ο και των συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας, υπάρχουν πολλές μικρότερες επιχειρήσεις στην Ευρώπη που ασχολούνται με την τροποποίηση των συμβατικών οχημάτων σε ηλεκτρικά. Τέτοια παραδείγματα είναι οι εταιρείες, που μετατρέπουν αυτοκίνητα μαζικής παραγωγής σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα (π.χ. Suzuki, KIA, κλπ.), Επίσης, μεταξύ άλλων, η Πολωνική εταιρεία λεωφορείων SOLARIS αναπτύσσει ηλεκτρικά συστήματα κίνησης των λεωφορείων που ήδη παράγει και σύντομα αναμένεται να προσφέρει στην αγορά μαζί με τα συμβατικά και υβριδικά οχήματα. Σημειώνεται ότι στην Ελλάδα ήδη κυκλοφορούν 300 συμβατικά λεωφορεία της εταιρείας SOLARIS. Για την υποβοήθηση της ανάπτυξης της παραπάνω κατασκευαστικής δραστηριότητας στην Ελλάδα, η Επιτροπή προτείνει την τροποποίηση της ΚΥΑ ΣΤ/20270/12.07.1973 (ΦΕΚ Β’ 884) περί “αλλαγής κυρίων χαρακτηριστικών των αυτοκινήτων” όπως ισχύει με νέα Απόφαση του ΥΠΠΟΜΕΔΙ. Σκοπός της τροποποίησης αυτής θα πρέπει να είναι ο εκσυγχρονισμός του οικείου κανονιστικού θεσμικού πλαισίου με συμπερίληψη διατάξεων που θα επιτρέπουν την τοποθέτηση ηλεκτρικών κινητήρων, συσσωρευτών και λοιπών υποσυστημάτων ή και υβριδικών συστημάτων σε συμβατικά οχήματα με την προϋπόθεση ότι αυτά τα τροποποιημένα ηλεκτρικά οχήματα θα υφίστανται τεχνικό έλεγχο και θα λαμβάνουν έγκριση τύπου [15].

Επιπρόσθετα, η Επιτροπή προτείνει το σχεδιασμό και τη χρηματοδότηση κατάλληλων αναπτυξιακών προγραμμάτων που θα αφορούν την εκδήλωση ενδιαφέροντος για κατάθεση προτάσεων από ενδιαφερόμενες κοινοπραξίες φορέων, στις οποίες θα απαιτείται η συμμετοχή κυρίως Ελληνικών επιχειρήσεων, με αντικείμενο το σχεδιασμό και την κατασκευή οχημάτων, ηλεκτρικών κινητήρων, ηλεκτρονικών ισχύος και διαχείρισης των συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας. Ιδιαίτερη σημασία θα πρέπει να δοθεί στην υλοποίηση σχεδίων ανάπτυξης και κατασκευής πρωτοτύπων ηλεκτρικών οχημάτων για εξειδικευμένες αγορές (niche markets) που θα έχουν υψηλή προστιθέμενη αξία στην Ελλάδα (π.χ. μεγαλύτερη από 70%). Ένα δεύτερο αντικείμενο εφαρμογών θα μπορούσε να είναι η ανάπτυξη και κατασκευή φορτιστών και προηγμένων συστημάτων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας (συσσωρευτών) για Η/Ο σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα που διαρκώς εξελίσσονται.

Αυτά τα προγράμματα για πρόσκληση εκδήλωσης ενδιαφέροντος από κοινοπραξίες θα πρέπει να προβλέπουν δύο διακριτές φάσεις. Η πρώτη φάση θα αφορά έρευνα αγοράς και τεχνο-οικονομική μελέτη για τα προϊόντα που θα αναπτυχθούν. Η δεύτερη φάση θα περιλαμβάνει την ανάπτυξη των προϊόντων ενώ η υλοποίησή της θα αρχίζει εφόσον εγκριθεί η επιτυχής περάτωση της πρώτης φάσης. από κατάλληλη επιτροπή. Είναι σημαντικό να δραστηριοποιηθούν οι Ελληνικές βιομηχανίες και βιοτεχνίες στα σχετικά γνωστικά αντικείμενα σε συνεργασία με τους εκπαιδευτικούς και ερευνητικούς φορείς της χώρας.