E-mobilita a baterie Li-ion - Terminologie

DPS 6/2023 | Články
Autor: RNDr. Karel Jurák, Ph.D., Ing. Zuzana Nejezchlebová, CSc.

Článek je zaměřen na terminologii z oblasti nekolejových elektrických vozidel s bateriemi Li-ion, které dnes dominují jako zdroj energie pro pohon elektrických vozidel všech druhů a kategorií.

Článek navazuje na předchozí terminologická témata Inteligentní dopravní systémy atp. Text vychází z dokumentů normalizačních komisí IEC/TC 21, IEC/TC 69 a ISO/TC 22/SC 37, webů českých škol a dále z článků české a anglické wikipedie.

Elektrochemické zdroje energie

Primární článek (primary cell) v elektrotechnice – článek, který dodává elektrický proud jako výsledek chemické reakce, která není dostatečně reverzibilní, tj. článek nelze znovu nabíjet.
Sekundární článek, akumulátor (secondary cell, rechargeable battery) – článek, který lze po vybití znovu nabít. Tento typ článku je vhodný pro pohon e-vozidel.
Baterie (batteries) – jeden nebo více článků vybavených prvky nezbytnými pro použití, např. pouzdrem, pólovými vývody, značením a ochrannými prvky. Baterie může sestávat z velkého počtu bateriových modulů, což umožní dojezd v řádu stovek kilometrů.
Lithium ion akumulátorová baterie, lithium iontová baterie (lithium ion battery) – akumulátorová baterie, jejíž elektrolyt je organické rozpouštědlo a kladná a záporná elektroda využívají interkalovanou sloučeninu s lithiem (viz obr. 1). Tato baterie neobsahuje kovové lithium.
Olověná akumulátorová baterie (automotive battery) – sekundární galvanické články s elektrodami na bázi olova, jejichž elektrolytem je roztok kyseliny sírové. Tyto baterie jsou používány pro startování „klasických“ automobilů a cca do roku 2018 se používaly také pro pohon e-koloběžek atp.

Elektrická vozidla

Elektrické vozidlo (electric vehicle, e-vehicle) – motorové vozidlo na elektrický pohon, kde elektromotor je jediným pohonným ústrojím. Energii mu dodává akumulátorová baterie nebo palivový článek.

Hybridní vozidlo (hybrid vehicle) – vozidlo, které využívá více zdrojů pohonu, např.

hybridní e-vozidlo (hybrid e-vehicle) – zahrnuje spalovací motor, kterému sekunduje elektromotor; nabíjení je realizováno za jízdy, nepotřebujete externí zásuvku;
plug-in hybridní e-vozidlo (plug-in hybrid) – proti hybridu je elektrický motor výkonnější a baterie, dobíjená ze zásuvky, má větší kapacitu.

Elektromobilita (e-mobility) – pohyb (vozidel) pomocí elektrické energie nebo provoz dopravních prostředků s elektrickým pohonem, např.:

elektrický autobus (e-bus);
elektrický automobil, elektromobil (e-mobile);
elektrický motocykl (electric motorcycle) – elektrické vozidlo typu plug-in se 2 nebo 3 koly;
elektrický skútr (e-scooter) – e-vozidlo typu plug-in, konstrukčně obdobné benzinovému skútru, resp. koloběžce;
Mars Curiosity rover – „vozítko“, které jezdilo v roce 2011 na povrchu Marsu;
sněžný elektroskútr (electric snowmobile), např. Taiga TS2.

Mikromobilita – způsob osobní dopravy ve městech na kratší vzdálenosti, zahrnuje např.:

elektrická jízdní kola, e-kola (electric bicycles, e-bikes) – konstrukční varianta jízdního kola, velmi populární ve verzi bike-sharing;
elektrické koloběžky (electric kick scooter, e-scooter) – konstrukční varianta koloběžky, velmi populární ve verzi sdílených koloběžek (scooter-sharing);
vozítka pro osoby se sníženou pohyblivostí (mobility e-scooters, e-wheelchairs);
osobní e-přepravníky se samovyvažováním:
Segway: 2 kola + opěrka pro ruce;
Hoverboard: 2 kola bez opěrky pro ruce (viz obr. 2);
Solowheel: 1 kolo.

Jízdní kolo s pomocným elektrickým pohonem (electrically power assisted cycle); norma ČSN EN 15194 rozlišuje:

městský a trekingový bicykl (city and trekking bicycle);
horský bicykl (mountain-bicycle);
závodní bicykl (racing-bicycle);
lehokolo (recumbent bicycle) pro polohu vleže;
jízdní kolo pro mládež (young adult bicycle).

Uspořádání hybridního pohonu:

paralelní hybridní pohon, resp. plný hybridní pohon, např. spalovací motor + elektromotor současně nebo samostatně;
sériový hybridní pohon – např. spalovací motor pohání generátor elektrické energie;
sériově-paralelní pohon – oba pohony jsou připojeny k převodovému ústrojí;
mild hybridní pohon – elektrický pohon je pouze pomocný;
plug-in hybridní pohon – možnost dobíjení akumulátoru ze zásuvky.

Plug-in e-vozidla (plug-in e-vehicle) – e-vozidla, jejichž baterii lze dobíjet z vnějšího zdroje (that can charge the battery from an external electric source);

Dobíjecí stanice (chargeup stations) pro e-mobily:

firemní dobíjení: rychlonabíječka, ½ h až 2 h;
veřejné dobíjení: veřejná rychlonabíječka, ½ h až 2 h;
domácí dobíjení: přes noc.

E-autobusy podle zdroje energie:

bateriové e-busy (battery e-bus);
superkapacitorové e-busy (capacitor e-bus);
palivočlánkové e-busy (fuel cell e-bus);
e-bus na diesel-hybridní pohon (diesel-hybrid e-bus).

Související legislativa EU a ČR odpovídá kategoriím vozidel (vehicle categories), např. kategorie:

L: motorky a tříkolky (less than fourwheels);
L1: e-kolo (e-bicycle);
M: osobní vozidla (carriage of passengers);
N: nákladní vozidla (carriage of goods).

Legislativa EU

Nařízení (EU)168/2013, o schvalování (2, 3 a 4)kolových vozidel/vozítek.
Nařízení (EU) 2017/2400, pro středně těžká a těžká nákladní vozidla a těžké autobusy (medium and heavy lorries and heavy buses).
Nařízení (EU) 2022/1379 doplňuje do nařízení (EU) 2017/2400 další elektrická vozidla, včetně právních definic termínů pro tato e-vozidla.

Legislativa ČR

Zákon 361/2000 Sb., o provozu na pozemních komunikacích. Novelizované znění zahrnuje (gyroskopický) osobní přepravník se samovyvažovacím zařízením pod pojem osobní technický prostředek.
Zákon 542/2020 Sb., o výrobcích s ukončenou životností, upřesňuje místa zpětného odběru baterií a akumulátorů v ČR. Toto souvisí zejména s obtížnou recyklovatelností článků Li-ion.

Studium související problematiky

ČVUT v Praze, FD, Projektová výuka, Elektromobilita; Laboratoř dopravní energetiky;
ČVUT v Praze, FEL, Katedra elektrotechnologie, kurz Úvod do lithium-iontových baterií (Introduction to Lithium-ion Batteries);
Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta, předmět Akumulátor Li-ion;
VUT v Brně, FEKT, kolokvium: Technické výzvy a vize pro e-mobilitu.

Související technické komise

IEC/TC 21, Akumulátorové články a baterie (Secondary cell and batteries).
IEC/TC 69, Systémy pro napájení/přenos elektrické energie pro silniční vozidla a průmyslové vozíky s elektrickým pohonem (Electrical power/energy transfer systems for electrically propelled road vehicles and industrial trucks).
ISO/TC 22/SC 37 Vozidla s elektrickým pohonem (Electrically propelled vehicles).

Související normy, příklady

ČSN EN 15194:2019, Jízdní kola – Jízdní kola s pomocným elektrickým pohonem (Cycles – Electrically power assisted cycles)
ISO/TR 8713:2019 Electrically propelled road vehicles – Vocabulary
ČSN EN 50604-1, Akumulátorové lithiové baterie pro lehká EV (elektrická vozidla) – Část 1: Obecné bezpečnostní požadavky a metody zkoušek (Secondary lithium batteries for light EV (electric vehicle) applications – Part 1: General safety requirements and test methods)
ČSN IEC 60050-482, Mezinárodní elektrotechnický slovník – Část 482: Primární a akumulátorové články a baterie (Part 482: Primary and secondary cells and batteries)
ČSN EN IEC 61851, Systém nabíjení elektrických vozidel vodivým propojením (Electric vehicle conductive charging system)
ČSN EN IEC 61980, Systémy bezdrátového přenosu elektrické energie (WPT) elektrického vozidla (Electric vehicle wireless power transfer (WPT) systems)

Další související termíny

Gigafactory Plzeň-Líně má v záměru výrobu článků Li-ion, která souvisí s připravovanou těžbou lithia na Cínovci.
Plug-in unit (zásuvná jednotka) – podsestava (subassembly), kterou lze zasunout do sestavy.
Segway Navimow – typ robotické sekačky trávy (robotic lawn mower), která nevyžaduje kladení hraničních drátů.
Spalovací motory (Internal Combustion Engines) používají jako palivo benzin nebo naftu, ale i plyn, propan-butan nebo zemní plyn.
Systém sdílení kol (bikesharing) je systém půjčování jízdních kol, které si lze na jednom místě půjčit a na jiném vrátit. Nejčastěji se počítá s půjčováním kol ve městě pro dopravu na krátkou vzdálenost, respektive na krátký čas, existují ale i systémy pro regionální turistiku.
Systém sdílení koloběžek (scooter-sharing system) – sdílená přepravní služba používající elektrokoloběžky, které jsou k použití na krátkodobý pronájem (viz obr. 3).
Tesla Gigafactory Berlin-Brandenburg – výroba e-vozů Tesla a článků Li-ion.
Vodíkový elektromobil (hydrogen vehicle) – varianta elektromobilu s palivovými články. V nich elektrochemicky vzniká elektřina pro elektromobil a vodní pára vycházející z výfuku.