Przyczepka Hybrydowa

Tani, prosty i  odwracalny sposób na konwersję samochodu spalinowego

na elektryczny.

  1. Przyczepka z silnikiem elektrycznym (lub silnikami w kołach) wraz z wymienialną baterią ołowianą ( z systemem  recyklingu)
  2. Prędkość maksymalna do 130 km/h, zasięg 20 km
  3. Wymiana baterii bez wychodzenia z samochodu w ciągu 30 sekund w tzw “bateriomatach”
  4. Potrójny system “bezpieczników 80 stopniowych”, uniemożliwiających “składanie się przyczepki” oraz zwiększających komfort jazdy- system “plug and forget”

 

To, co przeczytają Państwo za chwilę, tak na dobrą sprawę nie jest żadną nowością. Poszczególne elementy systemu istnieją już i to od wielu lat. Elektryczną przyczepkę pchającą wykonał 10 lat temu szwedzki start-up Elways (dowiedziałem się o tym po fakcie, po wysłaniu do nich broszury na temat Elektrycznej Autostrady), system wymiany baterii stworzony przez Renault  działał w Izraelu przez pewien czas (dlaczego był porażką, piszę dalej). Innowacją jest połączenie ich wszystkich w jedną sensowną całość (przyczepka, zaczep, bateria, system wymiany, aplikacja itp).  Kluczowe jest odpowiedzenie na dwa  pytania: “Czemu ma to służyć?” oraz “Jak można na tym zarobić”.

Zalety Systemu Krakowskiego są ogromnie  :

1. Ekologia- brak szkodliwych emisji z rury wydechowej. Proszę sobie wyobrazić, że nagle z krakowskich ulic znika dziesiątki tysięcy silników spalinowych z taksówek, pojazdów dostawczych, autobusów miejskich, busów z okolicznych miejscowości, w tym te z wyciętym filtrem DPF.

2. Ekonomia- koszt przejechania 100 km  wynosi.. 5 zł!

Trzecie Koło.

Nie jestem inżynierem z wykształcenia, ale moim hobby jest konstruowanie pojazdów elektrycznych. W 2013 roku stworzyłem tzw Trzecie Koło, czyli sposób na szybką, tanią i odwracalną konwersję zwykłego roweru na elektryczny.

Była to przyczepka dopinana do tyłu roweru oraz komplet ołowiowych, żelowych  baterii na osobnej, odpinanej  platformie z kółkami do przewozu. Trzecie Koło można było przypiąć do dosłownie każdego roweru, baterie były odpinane i można je było doładować w domu. Z tym pomysłem dotarłem do finału konkursu Innovator Małopolski 2013, gdzie zająłem drugie miejsce w kategorii małych firm.  

Trzecie Koło pozwalało osiągnąć prędkość 42,5 km/h, zasięg wynosił 50 km a cena przejechania 100 km wynosiła.. 1 zł. Najciekawszy w pomyśle był stosunek mas. Trzecie Koło ważyło ok 25 kg, ja z rowerem 5 razy tyle. Mimo tego, udało mi się bez problemu wjechać na stromy wiadukt z ulicy Warszawskiej na Aleję 29 Listopada

(fim dostępny na https://www.youtube.com/watch?v=1BAJaZRjEzg)

Problemem była bateria- ciężka i niewygodna. Odpinanie, transport do domu, ładowanie, zapinanie- po pewnym czasie stało się to nużące, więc pociąłem Trzecie Koło i zacząłem testować inne rozwiązania. Cały czas jednak zastanawiałem się nad jednym pytaniem-

SKORO OBIEKT O MASIE 25 KG JEST W STANIE NAPĘDZIĆ OBIEKT O MASIE 125 KG, TO CZY NIE MOŻNA ZASTOSOWAĆ TAKIEJ SAMEJ ZASADY W PRZYPADKU INNYCH OBIEKTÓW? A konkretniej samochodów.

Samochód.

W tym samym roku rozpocząłem prace nad przyczepką samochodową, które w 2021 zakończyły się sukcesem. Tak długi okres czasu wynikał z tego, że traktowałem to jako hobby w wolnych czasie i całkowicie pochłonęły mnie projekty związane z mandatem radnego dzielnicy a potem miasta.

Projektowanie jakiekolwiek pojazdu elektrycznego musi zacząć się od baterii. Nie od karoserii, wyglądu, wielkości itp. To bateria stanowi zawsze piętę Achillesa, czyli :

1. Pojemność, zasięg, “range anxiety”

2. Cena

3. Czas ładowania

4. Recycling

5. Problem, który z czasem będzie coraz ważniejszy społecznie- wydobywanie minerałów ziem rzadkich z „upadłych państw”- na przykład praca dzieci w Afryce.  

Samochody elektryczne są horrendalnie drogie właśnie z powodu baterii- jej cena stanowi ponad połowę wartości samochodu. Ceny baterii spadają od wielu lat, zwiększa się ich pojemność, skraca czas ładowania ale moim zdaniem dotarliśmy już do ściany technologicznej. Podobnie sytuacja wygląda z procesorami. Dawniej co rok, półtora liczba tranzystorów w układzie elektronicznym ulegała podwojeniu (“prawo Moore`a)  aż dotarliśmy do granic możliwości fizyko-chemicznych krzemu. Dlatego teraz w komputerach i smartfonach mamy nie jeden, ale dwa, cztery czy osiem procesorów. Z bateriami litowymi jest podobnie- bez jakiegoś innego, radykalnie nowego procesu nie pójdziemy już dalej. Musi nastąpić przemiana technologiczna o której dzisiaj nic nie wiemy i nie jesteśmy w stanie przewidzieć. Być może taką technologią będzie wodór, ale minie co najmniej dekada, zanim to rozwiązanie stanie się finansowo opłacalne. Mamy zatem trzy wyjścia:

  1. iść śladami bogatej Norwegii i dopłacać miliardy do popularyzacji samochodów elektrycznych
  2. czekać i nic nie robić
  3. szukać innej drogi

Zanim zacznę omawiać przyczepkę pchającą, pokażę Państwu ciekawostkę z Francji od firmy EP Tender. Na zdjęciu znajduje się samochód elektryczny z przyczepą z dodatkowymi bateriami. Ona nie pcha samochodu, gdyż jest on elektryczny, jest to tylko sposób na zwiększenie zasięgu. Traktuję to jako ciekawostkę.

Target

Przyczepka Hybrydowa jest adresowana wyłącznie do jednej grupy- osób i firm  zajmujących się zawodowo transportem osób (taksówki, busy, autobusy) oraz towarów (samochody dostawcze, tiry). To nie jest produkt dla osób, które rano wsiadają w samochód do pracy, parkują 8 godzin a potem wracają do domu. To się nie opłaca. Z tego właśnie powodu upadł koncept wymiany baterii w Izraelu- po prostu mieli za mały przychód i zbyt wysokie koszty.  

Hybryda nie jest produktem dla osób, które robią 10, 20 czy 30 km dziennie, ale tych co robią 200, 300 czy 500 km dziennie. Przyczepka, nawet podpięta dwuczłonowo (o czym dalej) jest utrudnieniem. Ideą jest “podepnij i zapomnij” ale zawsze to będzie jakiś obiekt z tyłu. Dlatego aspekt ekonomiczny jest bardzo ważny. Przejechanie 100 km na napędzie elektrycznym w mieście to koszt 5 zł. Do tego dochodzi aspekt ekologiczny- wyobraźmy sobie, że wszystkie taksówki, busy i autobusy w Krakowie nie emitują ŻADNYCH spalin.

Konkrety. Założenia są następujące:

•1. Przyczepka z bateriami ołowianymi.

•2. Przyczepka jest uniwersalna ale zapięcie jest indywidualne w zależności od modelu (na hak lub w dwóch miejscach)

•3. Bezobsługowy system wymiany baterii wraz ze specjalną aplikacją. Pojazd podjeżdża , kamera odczytuje numer rejestracyjny, mechanizm zabiera baterię i daje naładowaną. Wszystko bez wychodzenia z pojazdu w ciągu 30 sekund

Najważniejszą zaletą jest CENA, CENA i jeszcze raz CENA.        Nawet jeżeli baterie gwałtownie zwiększą pojemność, skróci się czas ładowania oraz spadnie ich cena, to System Krakowski nadal będzie konkurencyjny cenowo- właściwie bez konkurencji. Analogią jest wyścig  VHS vs Betacam w latach 80 zeszłego stulecia. Betcam był o wiele lepszy, miał o wiele wyższą jakość ale był znacznie droższy od VHS, dlatego przegrał.

Cały pomysł omówię na jednym, indywidualnym przykładzie, gdyż tak będzie łatwiej zrozumieć filozofię systemu.

Pan Tomasz jest taksówkarzem od wielu  lat. Jeździ 10 letnią Toyotą Avensis. Żeby skorzystać z programu, zamontował w swoim samochodzie hak, na co  otrzymał zwrot 500 zł z Urzędu Miasta Krakowa w ramach Programu Ograniczania Drogowej Emisji (PODE). Mieszka na ulicy Strzelców i pracuje głównie w dzień. Po śniadaniu:

1. zalogował się w aplikacji PODE w podsekcji „Stacja Główna” i zarezerwował elektryczną przyczepkę. Od momentu rezerwacji ma 30 minut na jej odbiór.

2. Następnie pan Tomasz wsiadł w samochód i pojechał na ulicę Powstańców, gdzie przy pętli autobusowej znajduje się bezobsługowa stacja wypożyczalnia elektrycznych przyczepek pchających. Takich stacji jest ok 25-30, po jednej, dwie w każdej dzielnicy. Wysiadł z samochodu, odblokował przyczepkę i przypiął do haka. W tym momencie napęd przejmuje całkowicie przyczepka, pan Tomasz używa silnika samochodowego wyłącznie do  wspomagania kierownicy, radia, świateł itp, czyli silnik jest „na luzie” (1 litr benzyny na 1 godzinę pracy dodatkowo) , ale można też tak przerobić instalację elektryczną w starszych samochodach, nie będących już na gwarancji, że silnik spalinowy  może być całkowicie wyłączony.  Od przyczepki przez dach i szybę (lub przez bagażnik) idzie kabel, który kończy się na kierownicy (można też pomyśleć o sterowaniu bezprzewodowym) . Do kierownicy samochodu pan Tomasz dopina mały sterownik, którym reguluje pracę silnika przyczepki i prędkość pojazdu. Składa się on z czterech  przycisków- “szybciej”, “wolniej”, “bieg wsteczny” i  “tempomat”.  Naciśnięcie pedału hamulca w samochodzie wyłącza silnik elektryczny do czasu ponownego naciśnięcia przycisku prędkości

3. Pierwszy kurs jest z ulicy Dobrego Pasterza do Nowej Huty, na Plac Centralny. Przez całą drogę napęd zapewniała przyczepka i zamontowane w niej baterie. Po przejechaniu trasy  zostało jeszcze 30% pojemności. To jest bardzo ważna informacje. Zamontowane w przyczepce baterie zapewniają tylko zasięg na poziomie 10-20 km w zależności od pory roku i samej trasy.  Można dać baterie, które dadzą zasięg 50 czy 100 km, ale po co? Lepsze jest rozwiązanie wymiany- po prostu jest tańsze. Nad wszystkim czuwa aplikacja.

4. Następny kurs jest z Nowej Huty na Azory, pod sklep Ikei. Wsiada pasażer, pan Tomasz wpisuje dane kurs. System wyświetla informację: „Po drodze zatrzymaj się na Opolskiej przy Stacji Wymiany nr 7”. Przy drodze, właśnie przy ulicy Opolskiej, znajduje się stacja, gdzie można wymienić baterie, bez wychodzenia z samochodu. Stacji jest na tyle dużo, że nie ma potrzeby nakładania trasy lub jej zmiany. W każdym mieście jest kilkadziesiąt ulic, przez które zawsze trzeba przejechać, bez względu na trasę. Pasażer taxi traci tylko minimalną ilość czasu z powodu wymiany baterii, ale za o wiele niższą cenę przejazdu, o czym piszę dalej.

5. Pan Tomasz podjeżdża pod stanowisko nr 3, z boku stacji wysuwa się rama, która zabiera baterie, odkłada do ładowania i montuje nowe. Całość zajmuje dokładnie 30 sekund od momentu zatrzymania do odjazdu. System cały czas ma podgląd sytuacji w cały mieście. Jeżeli nie ma w pełni naładowanej baterii przy stacji nr 7, to system wyświetla informację, aby pan Tomasz wymienił baterię przy stacji nr 8 znajdującej się 500 metrów dalej. Wyładowana bateria trafia automatycznie do ładowarki, która ładuje ją przez 4-5 godzin. Nie musimy korzystać z super-szybkich ale drogich ładowarek, wystarczą zwykłe, o wiele tańsze. Baterie również nie są drogie, gdyż nie musimy zapewniać zasięgu na 200-300 km tylko 10-20 km. Poza tym można użyć nie baterii litowych ale ołowianych, głębokiego wyładowania, gdyż i tak przyczepka musi coś ważyć aby pociągnąć samochód. To jest właśnie najpiękniejsze w tym pomyśle- największa wada baterii żelowych, czyli waga, zamienia się w zaletę.

6. Wieczorem pan Tomasz wybiera dowolną Stację Główną z całego miasta, na przykład w Swoszowicach, gdyż tam miał ostatni kurs, oddaje przyczepkę  i wraca do domu.

Jedną z największych zalet tego systemu jest to, że pan Tomasz nie musi kupować samochodu elektrycznego aby jeździć na prąd. Co więcej, nie są wymagane żadne zmiany w konstrukcji samochodu poza hakiem i przeciągnięciem kabla sterującego między kierownicą samochodu a przyczepką (lub można zrobić bezprzewodowo z zabezpieczeniem, do rozważenia jest  możliwość podpięcia się pod magistralę CAN samochodu i pobieranie danych z położenia pedału przyspieszenia i hamowania bezpośrednio z magistrali). Po odpięciu przyczepki samochód wraca do pełnej funkcjonalności i pan Tomasz może jechać z rodziną do Zakopanego na weekend. U nas, w przeciwieństwie do Londynu czy Nowego Yorku, nie ma osobnych taksówek, samochód pana Tomasza służy jednocześnie jako sposób zarobku jak i pojazd rodzinny.

Busy międzygminne

System można modyfikować i dostosowywać do innych potrzeb. Na przykład w przypadku busów z Miechowa czy Myślenic, można Stacje Główne umieścić na rogatkach Krakowa, gdzie kierowca dopina przyczepkę innego typu, większą i mocniejszą, jedzie na dworzec, zabiera pasażerów i oddaje przyczepkę przy wyjeździe z Krakowa. Można iść jeszcze dalej i Stację Główną umieścić w Myślenicach a co 10 km umieścić Stacje Wymiany na identycznych zasadach. I tak busy zatrzymują co pewien czas na przystankach, aby zabrać ludzi, więc można połączyć obie rzeczy. W ten sposób cała trasa odbywa się na napędzie elektrycznym. Proszę pamiętać, że bus w każdej chwili może też dysponować mocą pochodzącą z silnika spalinowego. Jeżeli góra okaże się za stroma albo skończy się prąd w bateriach, zawsze można wcisnąć pedał gazu.

Autobusy

Ostatnim elementem służącym do przewozu osób są autobusy miejskie, na przykład linia 105. Tutaj sytuacja jest najprostsza. Każda trasa jest zawsze taka sama, więc wystarczy wymienić baterię na stacji początkowej i końcowej.

Stacja wymiany baterii.

Przejdźmy teraz do elementu związanego z wymianą baterii. Takich punktów powinno być kilkadziesiąt w Krakowie zlokalizowanych przy głównych drogach, tam gdzie jest odrobina miejsca przy zewnętrznym pasie.

Sama stacja to jest po prostu kontener, który stawiamy przy drodze i podłączamy do prądu. Najlepszą analogią jest paczkomat. Po przyjechaniu “łapki” zabierają baterię, winda (działająca w poziomie i pionie) odstawia baterię na półkę, gdzie jest ładowana a następnie podaje świeżą baterię. Wszystko w ciągu 60 sekund. Baterii jest zawsze więcej niż przyczepek, nawet pięć razy więcej, gdyż są tanie, nie musimy zatem korzystać z drogich super-ładowarek, możemy je ładować nawet w kilka godzin. To kolejna zaleta systemu.

Jedna rzecz jest bardzo ważna. Mamy dwa typy przyczep- słabsza do taksówek, mocniejsza do busów,  autobusów i samochodów dostawczych (jest jeszcze jedna, do tirów, poza miastem, ale o tym piszę osobno). Nie ma jednak  osobnych baterii do taksówek, busów czy autobusów. Jest jeden, uniwersalny model a różnica polega jedynie w liczbie - jedna bateria do przyczepki w taksówce, dwie do busika, cztery do autobusu przegubowego.

Korzyści natury ekologicznej są tak potężne, że każde miasto w Polsce powinno być zainteresowane systemem. Można iść jeszcze krok dalej. Żeby dodatkowo zachęcić taksówkarzy i inne osoby, miasto może pokrywać …koszt wypożyczenia przyczepki i prądu. Cały system można zrobić komercyjnie, na zasadach abonamentu za wypożyczenie przyczepki i opłaty za prąd, ale z punktu widzenia dużego miasta wydanie kilku milionów złotych rocznie za drastyczne zmniejszenie smogu drogowego jest grą wartą świeczki. Przejechanie 100 km przyczepką szacuję na poziomie ok 5 zł, więc nie są to duże kwoty, ale DARMOWE TANKOWANIE PRĄDU może jeszcze bardziej uatrakcyjnić ofertę. Proszę sobie wyobrazić, że „znikają” z ulic 20 letnie busy i samochody z wyciętym filtrem DPF . To znaczy, one nadal są, ale napędzane już innym, ekologicznym paliwem.

Tiry i autobusy między miastami

Czy tego typu pomysł mógłby mieć również zastosowanie jako system napędowy między miastami? Weźmy pod uwagę autostradę A4 między Krakowem a Katowicami.  Tir spala 30 litrów paliwa na 100 km, więc tutaj oszczędności mogą być gigantyczne. Nawet jeżeli co 50 km musiałby zatrzymywać się na wymianę baterii, co trwa 60 sekund, to i tak jest to opłacalne. Nie trzeba kupować przyczepki, można ją wypożyczyć za bramkami w Balicach i oddać przy wjeździe do Katowic. Tir, który jedzie w drugą stronę, zabierze ją ze sobą.

Możliwości technicznych jest wiele. Zamiast je opisywać, zamieszczę po prostu schematy zmodyfikowanej przyczepki z czterema kołami.

Montaż przyczepki z przodu- do rozważenia.

Ta sama przyczepka, ale tym razem autobus

W przypadku Tira jest jeszcze jedna możliwość- nie przyczepka, ale łącznik pomiędzy przyczepą a naczepą. W ten sposób mamy większą stabilność.

Jeśli pilotaż zakończy się sukcesem, to wtedy przyjdzie czas na całą Polskę. Proszę sobie wyobrazić, że montujemy kontenerowe, prefabrykowane punkty wymiany baterii przy wszystkich autostradach i drogach ekspresowych w Polsce.

Zalety:

  1. Po pierwsze, nie musimy kupować samochodu elektrycznego, aby korzystać z korzyści napędu elektrycznego. Co więcej, nie musimy nawet kupować przyczepy elektrycznej, wystarczy ją wypożyczyć.  
  2. Cały proces jest w pełni odwracalny. W tygodniu samochód służy do pracy, w weekend jak rodzinny. W przypadku tira czy autobusu, przy zjeździe z autostrady oddajemy przyczepkę
  3. Nie ma już obawy przed “range anxiety”. Jeżeli ominiemy stację wymiany i skończy się prąd, to jedziemy dalej na benzynie.

Model 1, Model 2, Model 3

Na dotychczasowe prace wydałem środki wystarczające do zakupu małego, używanego samochodu osobowego. To co widzimy na zdjęciu, to Model 1, który miał pokazać tylko zasadę- “mały elektryczny obiekt jest w stanie napędzać dużo cięższy obiekt z przodu”. Na Modelu  2 będę chciał przetestować m.in  inny sposób podpinania do haka. Albo jakaś sztywna nakłada, ograniczająca zakres ruchu na samym haku tylko góra-dół (bez boków) i to koła w przyczepie są skrętne albo podłączenie do samochodu w dwóch miejscach i skrętna przyczepka.

Model 3 to już jest system wymiany baterii. To już wykracza znacznie poza moje możliwości techniczne i finansowe, dlatego konieczne jest wsparcie zewnętrzne.

Zresztą do rozważenia jest wiele kwestii :

  1. czy przyczepka powinna mieć dwa koła czy cztery?
  2. może zamiast wymiany baterii lepiej i taniej zrobić system wymiany całej przyczepki w określonych punktach?
  3. jak powinna wyglądać aplikacja i jakie mieć opcje

Nie jestem inżynierem, mnie interesuje cel, jeżeli ktoś powie mi, że to co proponuję jest złe i ma lepszy pomysł, chętnie go wysłucham i dokonam modyfikacji. Mam otwarty umysł do innowacji i wszelkich zmian, kot ma łowić myszy i nie ma znaczenia, czy jest czarny czy biały.  Uważam, jednak, że mamy dopracowane wszystkie elementy systemu, technologicznie jesteśmy gotowi. To co jest nowością, to połączenie wszystkiego w jedną całość. Przy odpowiednim wsparciu, jestem w stanie skonstruować system, który zrewolucjonizuje transport miejski i międzymiastowy. Rocznie miliony litrów benzyny i diesla mniej  oraz radykalne ograniczenie emisji C02 i tlenków azotu- to wszystko jest możliwe.

Potrzebna jest kwota ok 150 000 zł na opracowanie Modelu 2 i Modelu 3:

  1. o znacznie zmniejszonej długości przyczepki, nawet o ⅔
  2. umożliwiającej osiągnięcie prędkości 90 km/h i utrzymanie jej na dystansie 20 km. Wymaga to silnika o znacznie większej mocy, do przyczepki widocznej na pierwszym zdjęciu zamontowany został silnik o mocy zaledwie 2 KW. Mimo tego, jest w stanie poruszyć z niewielką prędkością samochód o masie 1500 kg.
  3. posiadającej tempomat oraz bieg wsteczny w panelu sterowania
  4. z innym systemem zapinania,  dwupunktowym lub jednopunktowym, ale z ogranicznikami, zapewniającym większą stabilność przyczepki, bez możliwości “składania”, coś w rodzaju “przypnij przyczepkę i prawie zapomnij”
  5. dwie wymienialne baterie, jedna na przyczepce, druga zapasowa do wymiany. Wymiana na razie ręczna, gdyż w tej kwocie nie da się opracować bateriomatu, to będzie jednak następny krok (Model 3)

Wszystko zależy od osób lub firm, które będą chciały wyjść poza schemat i wspólnie ze mną rozpocząć Nową Drogę ( w przenośni i dosłownie). Niedawno przeczytałem pewne chińskie powiedzenie: “Ile jeszcze trzeba czekać, aż przyjdą zmiany? Jeżeli będziemy tylko czekać, to nigdy nie przyjdą” 

Program pilotażowy- Lotnisko Balice- Kraków. 1  taksówka, dwa bateriomaty (uproszczone, częściowo manualne), bez miejsca do składowania przyczepek, tylko taksówkarz z domem z ogrodem lub garażem.