Επέκταση αυτονοµίας ή range extender

Μία τεχνολογία για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα που αυξάνει το εύρος της λειτουργίας τους, προσφέροντας στον οδηγό την ασφάλεια ότι δεν θα µείνει από ενέργεια.

Το σύστηµα επέκτασης αυτονοµίας ή range extender περιλαµβάνει έναν µικρό κινητήρα εσωτερικής καύσης που λειτουργεί αποκλειστικά ως γεννήτρια για τη φόρτιση της µπαταρίας και όχι για την κίνηση των τροχών.

Χαρακτηριστικά και Λειτουργία

Ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο με δυνατότητα επέκτασης αυτονομίας (γνωστό ως REX – Range Extender) ή ηλεκτρικό όχημα εκτεταμένης εμβέλειας (REEV – Range Extended Electric Vehicle) έχει:

1. Μπαταρία που αποτελεί την κύρια πηγή ενέργειας για την κίνηση.
2. Βοηθητική μονάδα ισχύος (APU), η οποία ενεργοποιείται αυτόματα όταν η φόρτιση της μπαταρίας πέσει σε χαμηλά επίπεδα, φορτίζοντας την μπαταρία χωρίς να τροφοδοτεί απευθείας τους τροχούς.

Αυτή η διαφορά καθιστά το σύστημα REX/REEV διαφορετικό από τα αυτοφορτιζόμενα και plug-in υβριδικά οχήματα, όπου ο κινητήρας εσωτερικής καύσης μπορεί να συνεισφέρει απευθείας στην κίνηση των τροχών.

Υβριδικά Οχήµατα: Παράλληλα και Σειριακά

• Παράλληλα υβριδικά (όπως το Toyota Prius): Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης και ο ηλεκτροκινητήρας συνεργάζονται για να τροφοδοτούν τους τροχούς. Μπορούν να λειτουργούν ανεξάρτητα ή συνδυαστικά.
• Σειριακά υβριδικά: Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης δεν συνδέεται με τους τροχούς αλλά λειτουργεί ως γεννήτρια για την μπαταρία, παραπέμποντας στη λειτουργία του συστήματος REX/REEV.

Στα εν σειρά υβριδικά οχήματα, το ηλεκτρικό μοτέρ είναι το μόνο σύστημα που παρέχει κίνηση στους τροχούς, ενώ ο κινητήρας εσωτερικής καύσης δεν έχει άμεση μηχανική σύνδεση με τον άξονα κίνησης. Αντίθετα, ο κινητήρας αυτός λειτουργεί ως γεννήτρια που είτε φορτίζει την μπαταρία είτε τροφοδοτεί απευθείας το ηλεκτρικό μοτέρ. Η διάταξη αυτή απαιτεί την ύπαρξη δύο ηλεκτρικών μοτέρ: ένα που λειτουργεί ως παραγωγικό (γεννήτρια) και ένα δεύτερο, το κύριο κινητήριο μοτέρ.

Πλεονεκτήµατα Εν Σειρά Υβριδικών

1. Αποκλειστική ηλεκτρική κίνηση: Η μετάδοση κίνησης γίνεται μόνο μέσω του ηλεκτρικού μοτέρ, παρέχοντας ομαλή και ήσυχη λειτουργία.
2. Αποφυγή ακινητοποίησης: Εφόσον υπάρχει καύσιμο, η γεννήτρια μπορεί να διατηρεί τη μπαταρία φορτισμένη, αποτρέποντας τον κίνδυνο ακινητοποίησης.
3. Στατική λειτουργία κινητήρα καύσης: Ο θερμικός κινητήρας λειτουργεί σε σταθερές, βέλτιστες συνθήκες απόδοσης, συμβάλλοντας σε υψηλότερη ενεργειακή αποδοτικότητα.

Τα µειονεκτήµατα ενός ηλεκτρικού οχήµατος µε διάταξη επέκτασης αυτονοµίας (range extender) περιλαµβάνουν τα εξής:

1. Πολυπλοκότητα και κόστος συντήρησης: Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης απαιτεί τακτική συντήρηση, όπως αλλαγές λαδιών και σέρβις, παρόμοια με τα συμβατικά αυτοκίνητα ή τα υβριδικά. Επιπλέον, μία έκδοση REEV είναι ακριβότερη από την αμιγώς ηλεκτρική έκδοση του ίδιου μοντέλου.
2. Ανάγκη για ανεφοδιασμό καυσίμου: Παρόλο που πρόκειται για ηλεκτρικό αυτοκίνητο, ο οδηγός χρειάζεται να επισκέπτεται τα πρατήρια καυσίμων για να γεμίσει το ρεζερβουάρ, κάτι που δεν ισχύει για τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα (EV).
3. Απώλειες αποδοτικότητας: Η πολλαπλή μετατροπή της ενέργειας οδηγεί σε απώλειες, οι οποίες συνολικά μπορεί να φτάνουν το 30%, λόγω της μειωμένης απόδοσης των εξαρτημάτων σε σειρά.
4. Πρόσθετο βάρος: Η βοηθητική μονάδα ισχύος (APU) και το καύσιμο προσθέτουν βάρος, αυξάνοντας την κατανάλωση ενέργειας από την μπαταρία, ειδικά όταν η γεννήτρια είναι ανενεργή, όπως συμβαίνει τις περισσότερες φορές.
5. Ρύπανση: Ο θερμικός κινητήρας, όταν λειτουργεί, παράγει ρύπους και CO2, αντίθετα με ένα αμιγώς ηλεκτρικό όχημα που δεν έχει εκπομπές.
6. Μικρή αύξηση αυτονομίας: Η διάταξη range extender δεν προσφέρει σημαντική αύξηση της αυτονομίας. Για παράδειγμα, στο BMW i3, η προσθήκη ενός κινητήρα 650 cc αυξάνει την αυτονομία κατά μόλις 150 χλμ, προσθέτοντας όμως 70 κιλά στο όχημα.

Ο θερµικός κινητήρας των REEV λειτουργεί µε στόχο τη διατήρηση ή την επιβράδυνση του ρυθµού αποφόρτισης της µπαταρίας, ανάλογα µε τις απαιτήσεις της οδήγησης, επιτρέποντας στο όχηµα να φτάσει σε έναν σταθµό φόρτισης πριν εξαντληθεί η µπαταρία.

Στις πρώτες μέρες των ηλεκτρικών οχημάτων (EV), η τεχνολογία των μπαταριών δεν είχε εξελιχθεί επαρκώς, με αποτέλεσμα η αυτονομία τους να είναι σχετικά μικρή. Αυτό, σε συνδυασμό με την περιορισμένη παρουσία υβριδικών οχημάτων και υποδομών φόρτισης, έκανε τα ηλεκτρικά οχήματα εκτεταμένης αυτονομίας (range-extended EVs) να φαίνονται ως μία ελκυστική λύση για την αποφυγή ακινητοποίησης, λόγω χαμηλής φόρτισης.

Σήμερα όμως, με την ταχεία βελτίωση στην τεχνολογία μπαταριών, τη συνεχή αύξηση της αυτονομίας των αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων και την ανάπτυξη εκτεταμένων δικτύων φόρτισης, η ανάγκη για οχήματα με επέκταση αυτονομίας έχει μειωθεί σημαντικά. Οι οδηγοί έχουν πλέον περισσότερες επιλογές για φόρτιση εν κινήσει, γεγονός που περιορίζει την ανάγκη για την ύπαρξη εφεδρικού κινητήρα καύσης στα ηλεκτρικά οχήματα.