Regeneracja w erze elektryfikacji. Jakie podzespoły nadają się do ponownego użycia?
Rosnąca popularność pojazdów elektrycznych sprawia, że coraz więcej mówi się o regeneracji ich podzespołów. W artykule przygotowanym przez Rematec przedstawiono, jak zbudowany jest samochód elektryczny typu BEV (Battery Electric Vehicle), jakie elementy można w nim regenerować i czym ten proces różni się od regeneracji podzespołów w pojazdach z silnikami spalinowymi. Różnice wynikające z odmiennej architektury napędu przekładają się na inne podejście do obróbki silników, baterii czy układów elektronicznych – wszystko to w duchu zrównoważonego rozwoju i gospodarki o obiegu zamkniętym.
Kluczowe podzespoły pojazdu elektrycznego (BEV)
Samochód elektryczny typu BEV to pojazd z napędem wyłącznie elektrycznym, korzystający z energii magazynowanej w akumulatorach. Nie posiada silnika spalinowego. Poniżej przedstawiono główne elementy, które umożliwiają jego efektywne i ekologiczne działanie.
- Zestaw akumulatorów
To serce pojazdu BEV – magazynuje energię elektryczną niezbędną do napędzania silnika oraz zasilania elektroniki pokładowej. Najczęściej stosowane są ogniwa litowo-jonowe (Li-ion) lub litowo-żelazowo-fosforanowe (LiFePO4) – zapewniające dużą gęstość energii, długą żywotność i wysoką sprawność.
System zarządzania baterią (BMS) – monitoruje napięcie, temperaturę i poziom naładowania ogniw.
Układ chłodzenia – odpowiada za utrzymanie odpowiedniej temperatury, co zapobiega przegrzewaniu i wydłuża żywotność baterii. - Silnik elektryczny
Silnik przekształca energię elektryczną w mechaniczną, wprawiając koła w ruch. W BEV stosuje się różne typy silników:
– synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSM) – charakteryzuje się wysoką sprawnością i momentem obrotowym
– asynchroniczny (indukcyjny) – popularny m.in. w samochodach Tesli, trwały i mało awaryjny,
– bezszczotkowy prądu stałego (BLDC) – lekki i wydajny, często stosowany w mniejszych pojazdach.
W niektórych modelach stosuje się układ dwóch silników – po jednym na każdej osi (napęd AWD), lub czterech – po jednym w każdym kole. - Inwerter
Odpowiada za konwersję prądu stałego (DC) z baterii na prąd zmienny (AC) zasilający silnik elektryczny. Obsługuje także odzysk energii z hamowania regeneracyjnego. - Przekładnia (reduktor)
BEV nie potrzebują wielobiegowej skrzyni biegów – wystarcza jednobiegowa przekładnia redukcyjna, która dostosowuje prędkość obrotową silnika do prędkości kół, zmniejszając straty mechaniczne. - Ładowarka pokładowa
Zamienia prąd przemienny (AC) z sieci na prąd stały (DC) ładowania akumulatora. Zarządza również komunikacją ze stacją ładowania. - Układ zarządzania termicznego
Utrzymuje optymalne temperatury pracy baterii, silnika i elektroniki mocy. Obejmuje chłodzenie, ogrzewanie i wentylację. - Układ hamowania regeneracyjnego
Podczas hamowania energia kinetyczna jest odzyskiwana i zamieniana na energię elektryczną, która trafia z powrotem do akumulatora. Zwiększa to zasięg pojazdu i zmniejsza zużycie elementów hamulcowych. - Sterownik elektroniki mocy (PEC)
Steruje przepływem energii pomiędzy baterią, inwerterem a silnikiem. Optymalizuje efektywność pracy i zarządza mocą podczas przyspieszania, hamowania oraz odzysku energii. - Konwerter DC/DC
Obniża wysokie napięcie (400–800 V) z głównego zestawu akumulatorów do poziomu 12 V, potrzebnego do zasilania oświetlenia, elektroniki czy systemu infotainment. - Płyta podłogowa i zawieszenie
Wiele pojazdów elektrycznych ma tzw. „skateboard chassis” – płaską płytę podłogową zintegrowaną z baterią. Obniża to środek ciężkości, co poprawia prowadzenie i stabilność. Zawieszenie przystosowane jest do dodatkowego ciężaru akumulatorów.
Regeneracja podzespołów w pojazdach elektrycznych (BEV)
Wraz z rosnącą popularnością BEV rośnie także potrzeba zarządzania cyklem życia ich części. Regeneracja (remanufacturing) staje się coraz ważniejszym narzędziem w ograniczaniu odpadów i wykorzystaniu surowców wtórnych. Proces ten różni się jednak znacznie od regeneracji w pojazdach spalinowych, co wynika z zupełnie innej architektury układu napędowego.
Główne różnice w regeneracji BEV i ICV
| Aspekt | BEV | SPALINOWE |
|---|---|---|
| Kluczowe podzespoły | Silniki elektryczne, baterie, inwertery, ładowarki | Silniki spalinowe, turbosprężarki, wtryskiwacze, skrzynie biegów |
| Magazynowanie energii | Akumulatory litowo-jonowe lub LiFePO4 | Zbiorniki paliwa (benzyna, diesel) |
| Główne elementy zużycia | Ogniwa baterii, elektronika, silniki elektryczne | Tłoki, wały korbowe, zawory, turbosprężarki |
| Użycie płynów | Minimalne (płyn chłodniczy, hamulcowy) | Znaczne (olej silnikowy, przekładniowy, paliwo, chłodziwo) |
| Złożoność podzespołów | Mniej elementów mechanicznych, więcej elektroniki | Duża złożoność mechaniczna, mniej zaawansowanej elektroniki |
| Testowanie | Sprawność elektryczna, zarządzanie termiczne, rekuperacja | Sprężanie, ciśnienie oleju, emisje spalin |
| Utylizacja | Recykling ogniw i odzysk metali rzadkich | Recykling złomu, odzysk katalizatorów |
Technologiczne różnice BEV vs ICV
Układ napędowy:
BEV nie posiadają silników spalinowych, układów wydechowych ani klasycznych skrzyń biegów. Regeneracja koncentruje się na elektronice i podzespołach wysokiego napięcia. W spalinowych skupia się na odbudowie mechaniki silnika i przekładni.
Magazyny energii:
Akumulatory w BEV zużywają się inaczej niż zbiorniki paliwa. Ich regeneracja wymaga balansowania napięcia i kontroli termicznej. W spalinowych układ paliwowy jest prostszy do renowacji.
Zużycie i serwis:
BEV mają mniej części ruchomych – brak wymiany oleju, rozrządu czy świec zapłonowych. Wymagają za to przeglądu okablowania i chłodzenia. Spalinowe zużywają się mechanicznie – konieczna jest obróbka i składanie silnika.
Testowanie:
Regenerowane komponenty BEV poddawane są testom elektrycznym (np. rezystancja izolacji, sprawność inwertera). W spalinowych sprawdza się m.in. kompresję, emisję spalin i moc.
Wartość dodana regeneracji BEV
Zrównoważony rozwój:
Regeneracja zmniejsza ilość odpadów i zużycie surowców. Odbudowa baterii lub silnika pozwala uniknąć emisji tysięcy kilogramów CO₂.
Niższe koszty:
Odtwarzanie komponentów do standardów OEM jest tańsze niż produkcja nowych części – korzyść zarówno dla producenta, jak i użytkownika.
Oszczędność zasobów:
Odzysk cennych materiałów, jak lit, kobalt czy metale ziem rzadkich, ogranicza zależność od wydobycia i wpływ na środowisko.
Wydłużenie życia produktu:
Regeneracja zwiększa trwałość pojazdów i wspiera gospodarkę o obiegu zamkniętym – części są ponownie używane, a nie utylizowane.
Podsumowanie
Regeneracja stanowi fundament zrównoważonego rozwoju w motoryzacji. Choć proces ten w BEV i ICV opiera się na podobnych zasadach (demontaż, kontrola jakości, odbudowa), to regenerowane podzespoły i wymagania testowe różnią się zasadniczo. W autach elektrycznych główną rolę odgrywa elektronika i magazynowanie energii, w spalinowych – mechanika i systemy spalania. Obie ścieżki prowadzą jednak do tego samego celu: redukcji wpływu motoryzacji na środowisko i obniżenia kosztów użytkowania pojazdów.
