NISSAN STAWIA NA AKMULATORY LITOWO-JONOWE

„Innym problemem były same akumulatory. Thorne zdecydował się na nowe akumulatory litowo-jonowe Nissana, których zaletą była wyjątkowo wysoka wydajność w stosunku do masy.”

Powyższy cytat mógłby pochodzić z wypowiedzi urzędnika państwowego dotyczącej przyszłej floty pojazdów z zerową emisją. Tymczasem jest to fragment powieści Michaela Crichtona z 1990 roku, na podstawie której nakręcono kinowy przebój „Park jurajski”.

Prawie 20 lat później Nissan wciąż jest branżowym liderem w dziedzinie rozwoju akumulatorów litowo-jonowych. Okazuje się jednak, że historia prac Nissana nad pojazdami elektrycznymi zaczęła się dużo wcześniej. Wprawdzie nie w jurze, ale w 1947 roku. Był to wyjątkowy okres dla branży motoryzacyjnej i rozwoju pojazdów elektrycznych. Z uwagi na występujące po II wojnie światowej niedobory energii rząd japoński zachęcał przedsiębiorców do produkowania pojazdów elektrycznych jako środka transportu w czasach kryzysu. 

„Samochód elektryczny Tama” (na zdjęciu powyżej) został skonstruowany przez Tokyo Electric Cars Company – jednego z poprzedników Prince Motor Co., Ltd., która później połączyła się z firmą Nissan. Tama opracowana przez inżynierów specjalizujących się w konstruowaniu samolotów wojskowych, który po wojnie stracili pracę była napędzana wymiennymi akumulatorami ołowiowo-kwasowymi (na zdjęciu poniżej) i silnikiem o mocy 3,3 kW pozwalającym rozwinąć prędkość maksymalną 35 km/h. Przy zasięgu 65 kilometrów (40 mil), pojazdy te były wykorzystywane głównie jako taksówki. Dostępna była także wersja kompaktowego pickupa.

Prairie z akumulatorem litowo-jonowym

Podobno Tama mogła rozpędzić się do 35,2 km/h (22 mph) i pokonać dystans nawet 96 kilometrów (60 mil), czyli znacznie więcej niż głosiła broszura z danymi. Osiągi te zostały potwierdzone w teście przeprowadzonym pod nadzorem ministerstwa. Samochód był w sprzedaży do 1950 roku, kiedy to gospodarka Japonii zaczęła odzyskiwać kondycję, a zaopatrzenie w ropę naftową ustabilizowało się.

Dziś, kiedy przyszłość dostaw ropy znów jest niepewna, a zanieczyszczenia obciążają środowisko, idea rozwoju akumulatorów w oczywisty sposób odpowiada potrzebom społecznym i stanowi motywację dla przedsiębiorców. A to właśnie te dwa czynniki skłaniają Nissana do kontynuowania prac nad pojazdami elektrycznymi. Stosowanie akumulatorów litowo-jonowych w motoryzacji zapoczątkowała Sony Corporation w 1990 roku. Już następnego dnia po oficjalnym komunikacie Sony, Nissan rozpoczął prace badawcze nad możliwościami wykorzystania tego typu baterii w motoryzacji a w roku 1992 rozpoczął oficjalną współpracę z Sony.

Pierwszym owocem wspólnych działań była prezentacja modelu Nissan Praire EV w 1995 roku – pierwszego samochodu elektrycznego zasilanego z akumulatora litowo-jonowego. Mimo że Praire EV był oferowany wyłącznie w sprzedaży flotowej, około 30 egzemplarzy trafiło do różnych odbiorców.

„Większość branży, w tym nawet nasi koledzy, była sceptycznie nastawiona do systemu opartego na akumulatora litowo-jonowych” – wspomina Hideaki Horie, szef ekspertów w Dziale Rozwoju Technologii Pojazdów Elektrycznych. „Zdecydowaliśmy się na akumulatory litowo-jonowe, ponieważ wierzyliśmy w ich potencjał i uważaliśmy, że znacznie lepiej nadają się do zasilania pojazdów niż popularne w tamtych czasach akumulatory niklowo-wodorkowe”.

Pojazd elektryczny na lodzie

Jednym z najniezwyklejszych zastosowań Prairie EV były lata spędzone w ekstremalnych warunkach polarnych, gdzie pojazd służył japońskiej ekspedycji badawczej na biegunie północnym. W 2000 roku, kiedy Prairie EV był testowany w niskich temperaturach na poligonie doświadczalnym Nissana na Hokkaido właściciel zajazdu, w którym zatrzymała się ekipa powiedział gościom, że międzynarodowa ekspedycja arktyczna poszukuje pojazdu elektrycznego, z którego badacze mogliby korzystać w Ny-Alesund na Svalbardzie w Norwegii, czyli w najdalej wysuniętej na północ ludzkiej osadzie, położonej na 79 stopniu szerokości północnej.

Inżynierowie Nissana uznali, że byłaby to znakomita okazja do przeprowadzenia długotrwałych testów w ekstremalnie niskich temperaturach, których wyniki można będzie monitorować z cieplejszego miejsca. Uzgodniono, że Prairie EV z akumulatorem litowo-jonowym o konstrukcji cylindrycznej zostanie wypożyczony badaczom Arktyki. Prairie EV, bez wsparcia ani obsługi ze strony firmy Nissan, służył jako codzienny środek transportu ze stacji badawczej do miasta i na lotnisko, a przede wszystkimi w trakcie obserwacji meteorologicznych. Korzystanie z pojazdów o zerowej emisji w czasie takich badań ma zasadnicze znaczenie, ponieważ pobierane próbki nie są zanieczyszczone dwutlenkiem węgla.

„Pojazd elektryczny Nissana stał się symbolem naszej deklaracji złożonej w Międzynarodowej Arktycznej Wiosce Badawczej, że prowadzenie badań nie będzie szkodziło środowisku” – wspomina dr Hajime Ito, szef NySMAC. „Dygnitarzy odwiedzających wioskę odbieraliśmy z lotniska pojazdem Prairie EV, który przewoził ich do miasta, nie emitując hałasu ani spalin. Pojazd doskonale sprawdzał się także w trakcie wypraw w celach naukowych, ponieważ umożliwiał zbliżenie się do dzikich zwierząt, nie płosząc ich hałasem ani zapachem”.

W 2006 roku, po sześciu latach bezawaryjnej służby, Prairie EV (na zdjęciach powyżej) odmówił posłuszeństwa. W Ny-Alesund – osadzie liczącej zaledwie 35 mieszkańców – nie ma dealera Nissana, dlatego pojazd odesłano do producenta w celu sprawdzenia przyczyny awarii i przeprowadzenia przeglądu. Ku radości inżynierów Nissana, okazało się, że usterka polegała jedynie na rozłączeniu się styków kondensatora. Po naprawie Prairie EV dał się bez problemu uruchomić (mimo nieco pogorszonych – ale zgodnych z prognozami – parametrów akumulatora), co potwierdziło przydatność akumulatorów litowo-jonowych i ich wytrzymałość w ekstremalnych warunkach.

Epizod w Los Angeles

W 1997 roku, dwa lata po wprowadzeniu Prairie EV, Nissan zaprezentował widoczny na zdjęciu powyżej model Altra EV (w Japonii znany jako R’nessa EV), wyposażony w akumulator litowo-jonowy. Ten cieszący się uznaniem elektryczny minivan (uhonorowany w 1999 roku tytułem „najbardziej ekologicznego samochodu” przez „Green Guide to Cars and Trucks” – „Ekologiczny przewodnik po samochodach i półciężarówkach”) można było kupić w Japonii i Stanach Zjednoczonych, chociaż wyprodukowano jedynie około 200 egzemplarzy tego samochodu. 

Pierwsze egzemplarze dostarczono firmom komunalnym, w tym Southern California Edison Company, Pacific Gas and Electric Company oraz Wydziałowi Wodociągów i Energetyki w Los Angeles. Z samochodu korzystały także policjantki kontrolujące prawidłowość wnoszenia opłat za parkowanie w Santa Monica. Przez krótki okres Altry EV miała w swojej ofercie wypożyczalnia samochodów w Międzynarodowym Porcie Lotniczym w Los Angeles.

Altra EV, łącząca cechy minivana, pojazdu sportowo-użytkowego i kombi, miała spory rozstaw osi 2799 mm i mierzyła 4869 mm wysokości, czyli była zbliżona wymiarami do Nissana Maximy z 2010 roku (rozstaw osi: 2776 mm, długość: 4841 mm). Ładowanie odbywało się z wykorzystaniem sprawdzonego, bezpiecznego i przyjaznego dla użytkownika systemu indukcyjnego, przez elektromagnetyczne złącze wsuwane w gniazdo ukryte w przedniej atrapie chłodnicy. W synchronicznym silniku o mocy 83 KM (62 kW) zastosowano bardzo wydajny wewnętrzny magnes neodymowo-żelazowo-borowy, pozwalający uzyskać sprawność operacyjną na poziomie 89 procent.

Dwunastomodułowy akumulator litowo-jonowy był schowany pod podłogą przedziału pasażerskiego i umożliwiał eksploatację Altry EV w realnych warunkach. Zasięg pojazdu (w cyklu mieszanym miejsko-autostradowym) wynosił 130 kilometrów (80 mil). Samochód wyposażony w działający na 4 koła ABS i układ hamulcowy z funkcją odzyskiwania energii rozwijał prędkość maksymalną 120 km/h (75 mph) i mógł przewieźć pasażerów i ładunek o łącznej masie około 362 kilogramów.

Kierowcy Altry EV mieli do dyspozycji takie udogodnienia, jak klimatyzacja, elektrycznie sterowane szyby boczne i centralny zamek, wysokiej jakości system audio oraz dwie poduszki powietrzne.

Elektryczna gwiazda filmowa

Wkrótce po wprowadzeniu Altry EV Nissan postawił sobie zadanie opracowania bardziej kompaktowego pojazdu elektrycznego, o nieco mniej użytkowych walorach. Efektem stosownych pracy był legendarny Hypermini (na zdjęciu poniżej), który zadebiutował w 1999 roku.

Hypermini był lekkim pojazdem zbudowanym na bardzo sztywnej aluminiowej ramie przestrzennej, wyposażonym w silnik synchroniczny z magnesami neodymowymi, zasilany bardzo wydajnymi akumulatorami litowo-jonowymi. Naładowanie akumulatorów za pomocą bezkontaktowej 200-voltowej indukcyjnej ładowarki zasilanej prądem zmiennym zajmowało około czterech godzin. Zasięg Hypermini na jednym ładowaniu wynosił 115 kilometrów (72 mile). Samochód rozpędzał się maksymalnie do około 100 km/h (62 mph). Z samochodu korzystano szeroko w Japonii i w Stanach Zjednoczonych, między innymi na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis oraz w ramach projektu współużytkowania samochodów w Jokohamie.

Mierzący zaledwie 2655 mm długości i wysoki na 1550 mm Hypermini o dynamicznej sylwetce przyciągał uwagę wszędzie tam, gdzie się pojawił. Pojazd wystąpił nawet w dwóch amerykańskich filmach fabularnych („Pamiętnik księżniczki 2” oraz „Piżama party”), a także w japońskim serialu animowanym „Shigofumi”.

Naładowany energią

Przełom wieków był także punktem zwrotnym w historii systemów akumulatorowych. Nissan dokonał ważnego postępu i wspólnie z NEC przystąpił do budowy akumulatorów litowo-jonowych o konstrukcji laminowanej, które zastąpiły dotychczasowe ogniwa cylindryczne. Nowa konstrukcja umożliwia zmagazynowanie dwukrotnie większej ilości energii przy tej samej wielkości akumulatora. Różnica wielkości przy tej samej pojemności energetycznej jest mniej więcej taka, jak między dużą butelką szampana a buteleczką sosu curry.

W ostatnim dziesięcioleciu tempo rozwoju technologii akumulatorowej bardzo przyspieszyło – w dużej mierze dzięki innowacyjnym rozwiązaniom stosowanym w domowych i osobistych urządzeniach elektronicznych, w tym zwłaszcza w telefonach komórkowych.

„Można nawet powiedzieć, że innowacje dotyczące akumulatorów to efekt zapotrzebowania zgłaszanego przez licealistki z Shibuya, które nie rozstają się ze swoimi komórkami” – żartuje Horie. „Wciąż chcą rozmawiać, wysyłać e-maile i skracać czas ładowania. Popularność telefonów komórkowych z pewnością przyspieszyła rozwój technologii akumulatorowych”.

Ciągłe zmniejszanie wymiarów akumulatorów miało wpływ nie tylko na wygląd telefonów komórkowych i komputerów, ale także zasady projektowania samochodów.

„Znikły rozmaite ograniczenia związane z elektrycznym zespołem napędowym” – wyjaśnia Shiro Nakamura, starszy wiceprezes ds. wzornictwa w Nissan Motor Co., Ltd. „Pokrywa silnika może znajdować się bardzo nisko, co pozytywnie wpływa na własności aerodynamiczne i wygląd pojazdu. Umieszczając akumulatory pod podłogą można obniżyć środek ciężkości pojazdu, a same silniki można zamontować nawet w kołach. Dzięki technologii x-by-wire można nawet oddzielić kabinę od podwozia. Swobodę w projektowaniu i mobilności chcieliśmy zaprezentować w futurystycznych modelach Pivo i Pivo2. W tych koncepcyjnych autach zastosowano między innymi obrotowe kabiny i system niezależnego poruszania wszystkimi czterema kołami”.

Oryginalny Pivo był jedną z gwiazd Salonu Motoryzacyjnego w Tokio w 2005 roku. Dwa lata później Nissan zaprezentował drugą generację modelu, czyli Pivo2 (na zdjęciu powyżej). W ramach kontynuacji tradycji prezentowania zaawansowanych koncepcji pojazdów elektrycznych na największych światowych targach motoryzacyjnych w 2007 roku na Salonie Motoryzacyjnym we Frankfurcie japoński koncern wystawił elektryczny samochód sportowy Nissan Mixim, a rok później na Salonie Motoryzacyjnym w Paryżu publiczność mogła zobaczyć nowe auto miejskie Nissan NUVU (czyt. new view – dosłownie: „nowy widok”). W NUVU umiejętnie zastosowano proekologiczne rozwiązania opracowane przez Nissana, takie jak szklany dach pokryty ogniwami słonecznymi oraz organiczne i pochodzące z recyklingu materiały użyte do wykończenia kabiny.

Z perspektywy ponad 60 lat, przez które firma była liderem w segmencie pojazdów elektrycznych, rok 2010 będzie rokiem przejścia od ery konwencjonalnej mobilności do ery mobilności z zerową emisją, którą zapoczątkuje wprowadzenie pojazdów elektrycznych marki Nissan nowej generacji.

Elektryczne Nissany coraz bardziej przybliżają nas do dnia, w którym pojazdy tej marki zasilane akumulatorami litowo-jonowymi będą efektywnie i bez zanieczyszczania środowiska poruszały się po ulicach wielkich miast.

Materiały źródłowe:
Nissan
(13.08.2009)