V tem trenutku je težko primerjati električna vozila s trenutno še vedno popularnimi vozili z motorji z notranjim zgorevanjem (v nadaljevanju ICEV), saj so slednji še vedno cenejši in zanesljivejši. V preglednici 3.1 lahko vidimo primerjavo med ICEV in EV v nekaterih glavnih lastnostih.
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
22
Preglednica 3.1: Primerjava med ICEV in EV [10]
Parameter ICEV EV
Cena Cenejši Trenutno draga
Učinkovitost ICE motorji imajo trenutno 20-40 % izkoristek motorja
Do 90 % učinkovitosti motorja zaradi manjših izgub
Emisije Toplogredne in strupene emisije
Brez emisij
Vzdrževanje Veliko vzdrževanja Malo vzdrževanja
Zanesljivost Visoka zanesljivost, večji doseg
Slabša zanesljivost zaradi dolgega časa polnjenja, manjši doseg Teža Največkrat težji Obstajajo lažje zasnove, baterije
lahko prispevajo zelo velik del k teži vozila
3.1.1 Zahteve in izzivi pri EV in HEV
V zadnjem obdobju je bilo objavljenih veliko število člankov na temo EV in HEV [11], prav tako pa tudi na temo maziv za to vrsto vozil. Izzivov pri izdelavi EV je veliko, najbolj pomembna vprašanja pa se pojavljajo pri dosegu vozila z enim polnjenjem, času polnjenja in dostopnosti polnilnic ter seveda ceni. Trenutno cena baterije za EV znaša približno 45,3 % celotne cene avtomobila, kupce pa seveda skrbi tudi učinkovitost in vzdrževanje vozila.
Z vidika mehanskih lastnosti tehnologija EV/HEV predstavlja kar nekaj izzivov na področju tribologije. Velika težava so odpovedi ležajev, ki predstavljajo kar 40 % vseh okvar v motorjih električnih vozil [12]. Poleg tega se težave pojavljajo pri odpravi neželenega hrupa in vibracij, seveda pa je potrebno izpostaviti tudi težavo z mazivi, ker ni mogoče predpostaviti, da bo ena vrsta maziva dovolj dobra za vsa električna vozila (EV, HEV). Prav tako je treba preučiti uporabo določenih modifikatorjev trenja in ostalih aditivov, saj se pri EV srečujemo z drugačnimi težavami pri trenju in obrabi (primer tega je modifikator trenja MoDTC, ki bi v primeru uporabe v električnem vozilu zmanjšal učinkovitost s povečanjem prevoženih kilometrov). Primer prilagoditve je mazivo pri menjalniku HEV vozila, kjer se je z dodajanjem optimalne količine disperzanta v mineralno olje doseglo dobro zaviranje rje in nizko električno prevodnost [13].
3.1.2 Glavni povodi za izdelavo EV 3.1.2.1 Energijska učinkovitost
Proizvajalci originalne opreme (angl. OEM – Original Equipment Manufacturer), ki izdelujejo in prodajajo avtomobile, so dolžni podati informacijo o tem, koliko energije potrebuje vozilo, da prevozi 100 km. Proizvajalci električnih vozil trdijo, da je ta vrednost od 15 do 25 kWh energije na 100 km. Če to vrednost primerjamo z ICEV na bencinski pogon s porabo 6 l/100 km, dobimo vrednost 57 kWh na 100 km [13].
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
23
3.1.2.2 Potencial za nižje CO
2emisije
EV ne proizvajajo lastnih CO2 emisij, le-te nastanejo v elektrarni, ki proizvaja elektriko.
Upoštevati pa je potrebno tudi emisije CO2, ki nastanejo med proizvodnjo avtomobila. Če je elektrika proizvedena s premogom, so emisije CO2 primerljive s tistimi, ki jih proizvede avtomobil z motorjem z notranjim zgorevanjem na bencinski pogon in porabo 6 l/100 km (približno 17 kg emisij CO2 na 100 km). Daleč najmanj emisij dobimo, če elektriko pridelujemo z vetrno ali jedrsko energijo (med 0,5 in 1 kg na 100 km) [13].
3.1.2.3 Zmanjšanje emisij trdnih delcev in NO
XMedtem ko emisije CO2 predstavljajo globalno težavo, na lokalni ravni problem predstavlja onesnaževanje zraka. Konvencionalna vozila, predvsem tista z dizelskimi motorji, oddajajo visok delež trdnih delcev (angl. PM – Particulate Matter) in razne vrste dušikovih oksidov (splošno imenovani NOX). Številni deli sveta imajo omejitve tovrstnih emisij, v nekaterih mestih pa je bilo mogoče opaziti trend prepovedi uporabe starejših vozil. Z uporabo BEV bi bistveno izboljšali kakovost zraka, z uporabo PHEV pa bi zmanjšali tovrstne emisije, saj jih vozilo med električnim načinom vožnje ne bi oddajalo [13].
3.1.2.4 Potencial za nižje cene lastništva
V osnovi imajo BEV manj sestavnih delov kot ICEV, kar pomeni, da potrebujejo manj servisiranja. Dodatek k temu je tudi podatek o ceni elektrike, oziroma cena na 100 km.
Primerjava je narejena na podlagi podatkov za Združeno kraljestvo, kar pomeni, da se cene nekoliko razlikujejo od cen v Evropi. Za 100-km vožnjo s konvencionalnim avtomobilom na dizelski pogon bi odšteli 7,20 GBP. Za polnjenje avtomobila in 100-km vožnjo bi z električnim avtomobilom odšteli 3,60 GBP. Če bi upoštevali, da je avtomobil lahko napolnjen z uporabo sončnih celic, pa bi ta razlika postala še večja. Res je, da so EV trenutno dražja od ICEV, toda z upoštevanjem vseh zgoraj naštetih razlogov bi se nam nakup EV na dolgi rok obrestoval. Pričakovano je, da bodo električna vozila postala cenejša med letoma 2025 in 2030 [13].
3.2 Maziva v EV
Maziva v vozilih nasploh igrajo zelo pomembno vlogo. V zadnjih letih je bilo mnogo raziskav na to tematiko, napredek pa so opazili pri bioloških in mineralnih oljih. Glavna področja raziskovanja maziv za EV so [10]:
višji odpor proti koroziji bakra,
kompatibilnost s polimeri v komponentah EV/HEV,
nižja viskoznost,
izboljšava toplotnih in električnih lastnosti.
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
24
3.2.1 Karakteristike maziv za EV
V prejšnjem poglavju so bila maziva predstavljena ter opisana njihova sestava in delovanje.
Maziva v EV morajo imeti višjo električno izolacijo, da lahko preprečijo iskrenje, saj so v neposrednem kontaktu z električnim motorjem in ostalimi električnimi deli v vozilu. Prav tako je mazivo v EV v stiku z različnimi materiali, kar lahko privede do lomov in razpok delov vozila. Veliko sestavnih delov je narejenih iz bakra, saj je le-ta dober električni prevodnik, zato je zaželeno, da je mazivo dobro kompatibilno z bakrom.
Delovni pogoji v EV in v ICEV se razlikujejo. V električnih vozilih se srečujemo z višjimi delovnimi obrati kot pri ICEV. Višji obrati pomenijo tudi višjo delovno temperaturo, kar pa posledično pomeni tudi višjo stopnjo oksidacije. Dodatna težava pri EV pa je tudi abrazija delcev v olju. Da lahko električno vozilo deluje pri takšnih pogojih, mora mazivo skozi celotno dobo delovanja vzdrževati svoje dielektrične lastnosti. Naloga maziv v EV je, da poskrbijo za glavni odvod toplote, saj lahko temperature dosežejo vrednost 180 °C [10]. Za lažji pregled je primerjava lastnosti med EV/HEV in ICEV prikazana v preglednici 3.2.
Nadaljnji kontakt olja z bakrom poleg visokih temperatur še dodatno pospešuje oksidacijo [14, 15]. Baker je namreč znan kot katalizator, ki pospešuje oksidacijo olja. Uporablja se na primer kot katalizator pri testu RBOT (angl. Rotating Bomb Oxidation Test), da se pospeši oksidacijo olja [16].
Preglednica 3.2: Primerjava lastnosti med EV/HEV in ICEV [10, 17]
EV/HEV vs. ICEV Lastnost
Več električnih kontaktov Potrebna višja električna izolacija Več kontaktov z bakrom Mazivo mora biti kompatibilno z bakrom Delovanje pri višjih obratih Mazivo mora boljše odvajati toploto Obratovanje pri visokih temperaturah Mazivo mora boljše varovati pred
oksidacijo
3.2.2 Uporaba maziv v vozilih
Če hočemo doseči kar se da učinkovito delovanje vozila, je potrebno optimizirati vse sestavne dele pogonskega sklopa. Prav zato so raziskave opravljene na področju maziv zelo pomembne. V konvencionalnem avtomobilu z motorjem na notranje zgorevanje za mazanje uporabljamo motorna olja, maziva za menjalnike in mast. Motorno olje zagotovi hidrodinamično mazanje motorja, ščiti kontaktne površine pred obrabo in nudi hlajenje notranjih delov. Pri mazanju menjalnikov ima pomembno vlogo tip menjalnika (ročni, avtomatski, DCT, CVT), pri čemer je naloga maziv povsod ustvarjanje dovolj debelega mazalnega filma, ki preprečuje direktne kontakte med površinami, ter tako ščiti pred obrabo in pomaga pri odvajanju toplote iz kontakta.
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
25 Glavna naloga masti pa je, da zmanjšujejo izgube, ki nastanejo zaradi trenja (npr. pri ležajih) [10]. V preglednici 3.3 je prikazan povzetek maziv, ki so potrebna pri ICEV, HEV in EV.
Preglednica 3.3: Uporaba maziv v ICEV, HEV in EV [10]
Maziva ICEV HEV EV sestavnih delov, ki so mazani, ter razporeditve le-teh. HEV ima poleg motorja z notranjim zgorevanjem tudi električen motor. V primerjavi z ICEV je motor z notranjim zgorevanjem manjši, medtem ko se velikost baterije povečuje. Pri EV imamo v celoti samo električen motor. Najbolj učinkovit menjalnik je menjalnik z dvojno sklopko (angl. DCT – Dual Clutch Transmission), zato ima večina HEV tak menjalnik. Pri teh vozilih je električen motor direktno povezan z menjalnikom in je hlajen z mazivom za menjalnike. Ker je mazivo v kontaktu z električnimi deli, je priporočljivo, da ima mazivo boljše električne lastnosti, kot so na primer: električna prevodnost, dielektrična konstanta in dielektrična moč [10].
Kot smo že povedali, EV nima motorja z notranjim zgorevanjem, toda naloge maziva ostajajo enake. V prihodnosti lahko pričakujemo vgraditev električnega motorja v ohišje skupaj z menjalnikom in osema. V tem primeru gre pričakovati težave s korozijo bakra, saj bi prihajalo do kontaktov z bakrenim navitjem električnega motorja znotraj ohišja. Pri navitju bi prišlo do visokih temperatur, kar predstavlja dodaten izziv za sposobnost odvoda toplote in toplotno stabilnost maziva [10].
Primerjava mazanih sklopov in maziv med pogonom z motorjem z notranjim zgorevanjem in električnim pogonom
26
Slika 3.2: Prikaz glavnih sestavnih delov v EV, HEV in ICEV, kjer je potrebno mazanje (zgoraj –