Spotkaliśmy się niedawno z opinią, że samochody spalinowe lub hybrydy plug-in efektywniej wykorzystują energię, bo „silniki ważą 100 kilogramów, podczas gdy bateria w samochodzie elektrycznym to 300 kilogramów”. Innymi słowy: nie ma sensu wozić wielkiej baterii,  ideałem jest zestaw w hybrydzie plug-in. Dlatego postanowiliśmy sprawdzić, ile waży silnik spalinowy i podliczyć, czy masa baterii to rzeczywiście taki kłopot.

Masa silnika spalinowego kontra masa baterii

Zacznijmy od odpowiedzi na narzucające się, być może, pytanie: dlaczego bierzemy pod uwagę samą baterię, skoro w samochodzie elektrycznym jest jeszcze falownik czy silnik? Odpowiadamy: po pierwsze dlatego, że właśnie tak sformułowano tę kwestię 🙂 Ale również dlatego, że bateria stanowi znaczącą część masy całego napędu elektrycznego.

A teraz liczby: bateria Renault Zoe ZE 40 o pojemności użytecznej 41 kWh waży 300 kilogramów (źródło). Nissana Leafa dość podobnie. Około 60-65 procent wagi tej konstrukcji stanowią ogniwa, więc możemy albo 1) zwiększać ich gęstość (i pojemność baterii) przy niewielkim wzroście masy, albo też 2) zatrzymać się na pewnej pojemności, a stopniowo odchudzać baterię z masy. Wydaje nam się, że samochody segmentu Renault Zoe do około 50 kWh będą szły ścieżką nr 1, a następnie ścieżką nr 2.

W każdym razie dziś bateria o masie 300 kilogramów pozwala na przejechanie 220-270 kilometrów w trybie mieszanym. Nie za mało, jednak podróże po Polsce trzeba już planować.

> Samochód elektryczny i podróż z dziećmi, czyli Renault Zoe przez Polskę [WRAŻENIA, test zasięgu]

A ile waży silnik spalinowy?

Renault Zoe to samochód segmentu B, więc najlepiej zrobimy sięgając po silnik auta z podobnego segmentu. Dobrym przykładem są tutaj silniki TSI koncernu Volkswagena, którym producent chwalił się jako konstrukcjami zwartymi i wyjątkowo lekkimi. I rzeczywiście: 1.2 TSI waży 96 kg, 1.4 TSI – 106 kg (źródło, EA211). Możemy zatem przyjąć, że mały silnik spalinowy faktycznie waży około 100 kilogramów. Czyli trzy razy mniej niż bateria.

Tylko że to dopiero początek ważenia, ponieważ do tej wagi należy doliczyć:

• lubrykanty, bo silniki waży się zawsze na sucho – kilka kilogramów,
• układ wydechowy, bo bez nich ani rusz – kilkanaście kilogramów,
• chłodnicę z płynem chłodzącym, bo silnik spalinowy zawsze ponad połowę energii z paliwa przerabia na ciepło – kilkanaście+ kilogramów,
• zbiornik paliwa z paliwem i pompą, bo bez nich samochód nie pojedzie – kilkadziesiąt kilogramów (spada w czasie jazdy),
• skrzynię biegów ze sprzęgłem i olejem, bo z samochodów tylko elektryczne mają dziś jeden bieg – kilkadziesiąt kilogramów.

Wagi podaliśmy nieprecyzyjnie, ponieważ nie są one zbyt łatwe do znalezienia. Widać jednak, że cały spalinowy zestaw napędowy bez problemu przebija 200 kilogramów i zbliża się do 250 kilogramów. Różnice w masie silnik spalinowy vs bateria przy naszym zestawieniu to około 60-70 kg (20-23 procent wagi baterii), czyli niezbyt dużo. Spodziewamy się, że zatrą się one całkowicie w ciągu najbliższych 2-3 lat.

Może w hybrydach plug-in jest lepiej? Co z takim Chevroletem Voltem/Oplem Amperą?

Volt/Ampera to bardzo zły i niekorzystny przykład dla wyznawców tezy, że „lepiej wozić silnik spalinowy niż 300 kg baterii”. Dlaczego? Owszem, silnik spalinowy samochodu waży 100 kg, ale przekładnia w pierwszych wersjach ważyła, uwaga, 167 kg, a od modelu 2016 – już „tylko” 122 kilogramy (źródło). Jej masa bierze się z tego, że to interesujący przykład zaawansowanej inżynierii, który łączy w jednej obudowie kilka trybów pracy sprzęgających na różne sposoby silnik spalinowy z elektrycznym. Dodajmy, że duża część przekładni byłaby zbędna, gdyby w samochodzie nie było silnika spalinowego.

Po doliczeniu układu wydechowego, chłodnicy z płynem, zbiornika z paliwem bez problemu dobijemy do 300 kilogramów. Przy nowszej przekładni, bo przy starszej przeskoczymy tę granicę o dobre kilkadziesiąt kilogramów.

> Chevrolet Volt wypada z oferty. Zniknie też Chevrolet Cruze i Cadillac CT6

A wariant minimum, na przykład BMW i3 REx?

BMW i3 REx faktycznie jest ciekawym przykładem: znajdujący się w samochodzie silnik spalinowy pełni wyłącznie funkcję generatora energii. Nie ma fizycznej możliwości, by napędzał koła, dlatego skomplikowana i ciężka przekładnia z Volta nie jest tu potrzebna. Silnik ma pojemność 650 cm³ i nosi oznaczenie W20K06U0. Co ciekawe: produkuje go tajwańskie Kymco.

Trudno w internecie znaleźć jego wagę, ale na szczęście istnieje prostsza metoda: wystarczy porównać masę BMW i3 REx oraz i3, które różnią się tylko spalinowym generatorem energii. Jaka jest różnica? 138 kilogramów (dane techniczne tutaj). W tym przypadku w silniku jest już olej, a w zbiorniku paliwo. Czy lepiej wozić taki silnik, czy może 138 kilogramów baterii? Przytoczmy pewne istotne informacje:

• w trybie ciągłego doładowywania baterii silnik spalinowy hałasuje, więc o ciszy elektryka nie ma mowy (ale powyżej 80-90 km/h różnice przestają być odczuwalne),
• w trybie ładowania niemal pustej baterii moc silnika spalinowego jest niewystarczająca do normalnej jazdy; auto z trudem rozpędza się powyżej 60 km/h i potrafi zwolnić na wzniesieniach (!),
• z kolei te 138 kilogramów zestawu spalinowego dałoby się teoretycznie* wymienić na 15-20 kWh baterii (19 kWh opisywanej na górze baterii Renault Zoe), które wystarczyłyby na przejechanie kolejnych 100-130 km.

Elektryczne BMW i3 (2019) ma około 233 kilometry zasięgu. Gdyby zagospodarować dodatkową masę silnika spalinowego BMW i3 REx (2019), samochód mógłby przejechać 330-360 kilometrów na jednym ładowaniu.

My wybieramy baterie. Gęstość energii w ogniwach cały czas rośnie, jednak żeby prace były kontynuowane, muszą istnieć ludzie, którzy zdecydują się zapłacić za etapy przejściowe.

> Jak się zmieniała gęstość baterii przez lata i czy naprawdę nie zrobiliśmy w tej dziedzinie postępu? [ODPOWIADAMY]

*) bateria BMW i3 wypełnia praktycznie całe podwozie samochodu. Dzisiejsze technologie produkcji ogniw nie pozwoliłyby na wypełnienie przestrzeni po silniku spalinowym baterią o pojemności 15-20 kWh, bo jest jej tam za mało. Jednak tę nadmiarową masę możemy coraz lepiej zagospodarowywać rok w rok wykorzystując ogniwa o coraz to wyższych gęstościach energii. Wydarzyło się to zresztą w generacjach (2017) i (2019).

Ilustracja otwierająca: Audi A3 e-tron, czyli hybryda plug-in z silnikiem spalinowym, elektrycznym i bateriami

Nie przegap nowych treści, KLIKNIJ i OBSERWUJ Elektrowoz.pl w Google News. Mogą Cię też zainteresować reklamy poniżej: