General Motors melancarkan Bolt elektrik bateri, yang menjanjikan
mempunyai jarak 200-mil dan kos kira-kira $ 30,000. GM, CC BY

n usaha untuk melonjakkan penggunaan sel bahan api kenderaan elektrik, Toyota Motors awal bulan ini dibuat lebih daripada 5,600 paten sedia untuk pembuat kereta lain. Beberapa hari kemudian, General Motors memperkenalkan Bolt elektrik, sebuah kenderaan elektrik yang direka untuk menjalankan 200 miles pada bateri.

Sementara itu, pembuat mobil terus mengembangkan lagi jenis kenderaan elektrik: hibrid plug-in dan elektrik hibrid.

Kenderaan elektrik adalah alternatif yang paling menjanjikan kepada petrol konvensional dan kereta bertenaga diesel. Tetapi bagaimana setiap teknologi berbeza? Dan apakah faedah yang relatif dan cabaran komersil untuk setiap satu?

Bagaimana kita sampai di sini

Mari kita mulakan persamaan. Kenderaan elektrik bateri plug-in (BEV), kenderaan elektrik hibrid (HEV), kenderaan elektrik hibrid plug-in (PHEV), dan kenderaan elektrik sel bahan api hidrogen (FCEV) adalah semua kenderaan elektrik. Mereka semua digerakkan oleh motor elektrik dan mempunyai bateri untuk menyimpan atau membekalkan elektrik seperti yang diperlukan dan menyerap tenaga apabila mengepam kenderaan.

Sesetengah kenderaan ini juga boleh menjana elektrik di atas kapal, sama ada melalui enjin pembakaran bertenaga petrol atau sel bahan api berkuasa hidrogen.

Mereka semua mewakili pemisahan asas dari kenderaan pembakaran petrol yang kita jalankan hari ini dalam tiga cara: drivetrain adalah elektrik, bukan mekanikal; enjin di bawah hud adalah elektrokimia bukannya berdasarkan pembakaran; dan bahan bakarnya adalah tenaga elektrik dan hidrogen, dan bukan petrol.

Angkatan di belakang pergeseran teknologi ini bermula pada akhir 1980s dengan pengakuan pengeluar kenderaan bahawa ketersediaan jangka panjang petroleum adalah terhad dan platform kenderaan dan bahan bakar alternatif diperlukan untuk memastikan model perniagaan masa depan yang baik. Hidrogen dipilih sebagai bahan bakar dan laluan 25 tahun untuk pengkomersilan kenderaan sel bahan api telah ditubuhkan.

Sejak 1990, tiga kuasa tambahan telah muncul untuk selanjutnya mengesahkan keputusan untuk menyasarkan kenderaan sel bahan api hidrogen sebagai produk masa depan, termasuk perubahan iklim, dasar yang menyokong kebebasan bahan api, dan peraturan kualiti udara, terutama di California.

Bateri Kenderaan Elektrik (BEV)

Walau bagaimanapun, dalam tempoh lima tahun yang lalu, terdapat kebangkitan semula kenderaan elektrik bateri, yang semata-mata bergantung pada kuasa bateri. Contohnya termasuk Nissan Leaf, GM Spark dan Kia Soul. Selepas 40 hingga 60 batu, bateri habis dan perlu dicas semula dengan memasang litar kediaman atau 220-volt, pengecas yang dibina khas di pusat komersial atau tempat kerja. Masa pengecasan bergantung pada voltan, teknologi pengecas dan bateri "keadaan caj" (iaitu, berapa banyak bateri yang telah habis) tetapi secara amnya memerlukan satu hingga enam jam untuk mengisi sepenuhnya kenderaan.

BEV adalah menarik kerana julatnya memenuhi sebahagian besar perjalanan yang diambil oleh orang ramai, pengisian di rumah adalah mudah, dan memandu adalah bebas getaran dan tenang. Saiz kenderaannya agak kecil, memberikan kelonggaran yang baik dan tempat letak kereta yang agak mudah, dan tidak ada bahan pencemar udara semasa memandu. BEV juga mempunyai potensi untuk mengimbangi grid elektrik dengan mengecas semalaman apabila sumber grid tidak digunakan.

Bekerja terhadap BEV adalah masa yang diperlukan untuk mengecas semula kenderaan dan kebimbangan pelbagai - iaitu kebimbangan terhadap jarak memandu yang terhad - yang dialami oleh pemandu, yang dengan berkesan mengurangkan julat berguna kenderaan. Juga, pengecasan boleh menekan grid elektrik dan terdapat kes-kes di mana tiada infrastruktur pengisian yang tersedia, terutamanya untuk orang yang tinggal di pangsapuri.
Berikutan mandat kenderaan pelepasan gas sifar California, BEV pertama kali dikomersialkan dalam 1990s tetapi pasaran merosot dalam 2000s. Dengan beberapa kereta penumpang yang tersedia untuk dijual atau dipajak, pasaran sedang diuji hari ini untuk menilai permintaan awam untuk kenderaan terhad ini, tetapi mudah. Kemajuan dalam teknologi bateri berpotensi meningkatkan jangkauan.

Kenderaan Elektrik Hibrid (HEV)

Kenderaan elektrik hibrid adalah BEV dengan enjin pembakaran petrol di atas kapal untuk menjana elektrik dan menggerakkan kereta bersempena dengan motor elektrik. Mereka boleh menyediakan jangkauan orang 300-mil yang sama dengan kenderaan petrol konvensional. Dan dengan kawalan perisian canggih, enjin pembakaran berinteraksi dengan bateri untuk mencapai kecekapan tinggi dan pelepasan bahan pencemar yang rendah.

HEV telah ditawarkan untuk dijual di Amerika Syarikat sejak 2000, dengan Prius, yang pertama diperkenalkan oleh Toyota di Jepun di 1997, satu contoh yang terkenal. Di 2012 dan 2013, Prius adalah kenderaan laris di California dengan lebih daripada tujuh juta kenderaan yang dijual, mencerminkan penerimaan pelanggan yang sangat positif terhadap kenderaan itu.

Kenderaan Elektrik Hibrid Pasaran (PHEV)

PHEVs adalah HEV dengan kapasiti bateri ditambah yang boleh memberi pelbagai pemacu elektrik antara sepuluh dan 60 batu. The Chevy Volt, sebagai contoh, boleh memandu hampir 40 batu kuasa bateri sebelum penjana petrol bermula. Ini membolehkan kemudahan mengecas bateri semalaman di rumah dan pelbagai elektrik hari bahawa majoriti rakyat Amerika tidak melebihi. Dan PHEV ini menyediakan akses kepada pelbagai 300-batu yang orang ramai memandu terbiasa dengan. Plug-in Prius mempunyai bateri yang lebih besar dan mempunyai semua elektrik
jarak kira-kira 10 batu sebelum masuk ke mod hibrid. Toyota 

Hidrogen Bahan Bakar Elektrik Kenderaan Elektrik (FCEV)

Kenderaan sel bahan api adalah kenderaan elektrik hibrid dengan dua perbezaan utama. Sel bahan bakar, peranti elektrokimia yang mengambil bahan api, seperti hidrogen, dan oksigen dari udara untuk menjana elektrik, menggantikan enjin petrol di bawah hud. Sel bahan api mempunyai kecekapan yang tinggi (tiga kali ganda dari kereta petrol konvensional) dan pembebasan sifar pencemar udara ketika memandu. Produk reaksi adalah air, yang habis melalui tailpipe dengan nitrogen dan beberapa oksigen yang tersisa dari udara. Dan bukannya tangki petrol, terdapat tangki simpanan hidrogen. Masa mengisi bahan bakar sel bahan api adalah setanding dengan kereta petrol konvensional dan bahan bakar boleh diperoleh dari dalam negeri.

Beberapa cabaran yang berkaitan dengan kenderaan sel bahan api adalah bilangan stesen bahan api hidrogen yang terhad secara nasional. California mempunyai stesen penghidrogenan yang paling banyak di Amerika Syarikat, dengan 51 dijangka akan beroperasi pada akhir 2015, berbanding 70 pada akhir 2017, dan 100 oleh 2020. Enam puluh lapan stesen dianggap minimum permulaan untuk menyokong penerimaan kenderaan sel bahan api di Negeri.

Maju kehadapan

Pasaran sedang menemui bahawa BEV adalah pelengkap yang menarik (bukan pengganti) kepada kenderaan petrol konvensional. HEV yang berkuasa petrol dan PHEV sedang muncul untuk memenuhi peraturan alam sekitar sambil mengekalkan keseluruhan pengalaman memandu pelbagai dan saiz pasaran biasa.

Kos kenderaan dan kos memacu kenderaan adalah, untuk semua tujuan praktikal, kompetitif dan menarik. Bergantung pada kos elektrik dan kos petrol, kos per batu boleh memihak kepada satu atau yang lain. PHEV menyediakan pelanggan dengan pilihan untuk menggunakan sama ada elektrik atau petrol.

Kenderaan elektrik sel bahan api muncul sebagai evolusi semula jadi hibrid elektrik hibrid dan plug-in. Hasilnya, seseorang dapat meramalkan bahawa BEV dan FCEV mewakili alternatif generasi akan datang kepada kenderaan petrol konvensional dan hibrid untuk memenuhi keperluan pengangkutan ringan. The BEV menyediakan kemudahan dan kebolehlaksanaan, dan FCEV menyediakan pelbagai, fleksibiliti dalam saiz kenderaan, dan bahan api yang cepat. Kedua-dua kenderaan mencapai kemerdekaan bahan api, pemisahan dari geo-politik, dan menarik sifat alam sekitar.

Kos pembelian dan kos operasi bateri elektrik dan kenderaan sel bahan api adalah setanding hari ini. Kemungkinan kos hidrogen akan berkurang pada masa depan disebabkan persaingan pasaran dan kemajuan dalam teknologi dan kos elektrik akan meningkat. Ini bermakna kos per mil untuk mengendalikan kenderaan elektrik sel bahan api, berbanding dengan kenderaan elektrik bateri, mungkin akan menjadi lebih rendah.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan
Baca artikel asal.

Tentang Pengarang

Dr. Scott Samuelsen adalah Profesor Mekanikal, Aeroangkasa, dan Kejuruteraan Alam Sekitar di University of California, Irvine (UCI). Beliau adalah Pengarah Program Tenaga Lanjutan dan Tenaga, Makmal Pembakaran UCI, dan Pusat Penyelidikan Bahan Bakar Nasional untuk Jabatan Tenaga Amerika Syarikat dan Suruhanjaya Tenaga California. Profesor Samuelsen bersama pengerusi Collaborative Cell Fuel Cell Stationary, sebuah persatuan awam-swasta yang unik yang menangani teknologi kritikal dan halangan pasaran untuk mempercepatkan pengkomersilan sistem penjanaan kuasa maju.