רכב חשמלי מונע מצבר

רכב חשמלי מונע מצבר הוא סוג של כלי רכב חשמלי שבו משתמשים באנרגיה כימית האצורה בחבילת מצברים נטענים. המצבר הנפוץ בעשור השני של המאה ה-21 לשימוש בכלי רכב חשמליים מבוסס על סוללת ליתיום-יון (lithium ion). ההספק הנחוץ עבור רכב חשמלי מונע מצבר מתקבל מהמנוע החשמלי בלבד, כך שברכב זה אין צורך במנוע בעירה פנימית, במכל דלק או בתא דלק. לעומת זאת, כלי רכב שבהם מצויים שני סוגי המנועים (חשמלי ובעירה פנימית) נקראים "כלי רכב היברידיים" ואינם נחשבים לכלי רכב חשמליים מונעי-מצבר.

בישראל

את המצבר אף לא נזכיר, אם כי הוא הוא, בלי ספק, יורש העצר; כבר יש לכבדו, אולם עדיין אין הוא שולט. יבוא יום הפלאים והמצבר החשמלי יעלה לשלטונו. עצמת הרוח והגל ארוזה בתיבה קטנה-ומשוגרת. כוחות טבע לאין סוף הנסערים לריק נכלאו והועמדו לשירות האדם למאור ולעבודה ולרווחה - איזה חלום! האגדות הקרובות ללבנו שוב אינן פותחות עתה במילים: "הָיֹה הָיָה"... אלא: "הָיֹה יִהְיֶה"
— בנימין זאב הרצל, "האבטומוביל" (1899)
הראשון שניסה לייצר מכונית חשמלית תוצרת הארץ היה א. שנאפ, "מומחה ותיק לייצור מצברים". המכונית הראשונה שבנה יכלה להסיע מטען של 300 ק"ג למרחק של 125 ק"מ במהירות של 65 ק"מ לשעה, כך דווח. במאי 1948 התפרסמו ידיעות על תוכנית להקמת חברה לייצור מכוניות חשמליות ע"פ תוכניותיו. מחיר מכונית חשמלית בינונית הוערך ב-350–400 לירות.
ב-2004 ניסתה חברת החשמל לפתח רכב חשמלי מונע מצבר מתוצרת בדפורד הבריטית. החברה התכוונה לשתף פעולה עם משרד התחבורה ועיריית תל אביב, אך "מסיבות תקציביות וביורוקרטיות" בוטל המיזם.
במסגרת תוכנית "מסדרון השלום" בין ישראל וירדן שקידם שמעון פרס, התגבש מיזם להקמת מפעל לייצור מכוניות חשמליות. הוגה הרעיון ומקדמו היה שי אגסי על ידי חברת בטר פלייס. בנובמבר 2007 הכריזה ממשלת ישראל על תמיכתה העקרונית במיזם המכוניות החשמליות הידידותיות לסביבה של שי אגסי, כולל הקמת צוותי עבודה לקידום הנושא. המיזם נכשל והחברה נסגרה באמצע שנת 2013 לאחר שהושקעו בפרויקט קרוב ל-3 מיליארד שקלים, וגרם להפסדים של מאות מיליוני אירו לחברת "רנו" הצרפתית.

סוללות נטענות

הטכנולוגיה של כלי רכב חשמליים מונעי מצבר מבוססת על הנעה ישירה מסוללה נטענת. נכון לעשור השני של המאה ה-21 הסוללה הנטענת הנפוצה ביותר הייתה סוללת ליתיום-יון (lithium ion). כלי הרכב החשמליים הראשונים שיוצרו התבססו על סוללת העופרת-חומצה (lead-acid battery) שסיפקה טווח נסיעה מוגבל לכלי רכב (כ-100 קילומטר) בין טעינות. סוללה זו בעלת צפיפות הספק יחסית נמוכה (כ-30–40 וואט לקילוגרם), לכן כלי רכב המבוססים על סוללה זו יחסית כבדים ופחות יעילים. לזמן מה, ובצורה מוגבלת, ההנעה החשמלית בכלי רכב התבססה על סוללות ניקל מתכת-הידריד (NiMH batteries) עם קיבול וטווח נסיעה דומים לסוללת העופרת-חומצה, אך צפיפות הספק גבוהה יותר (כ-30–80 וואט לקילוגרם). בנוסף היה לה זמן חיים יחסית ארוך של כ-160,000 ק"מ. אולם בעיות שונות כגון ביצועים ירודים בטמפרטורות קרות, פריקה עצמית גבוהה ואי יכולת פיתוח ומסחור עקב עיכובי פטנטים הגבילו את הפיתוח והיישום של סוללה זו.
כאמור, סוללה המבוססת על ליתיום-יון היא בעלת צפיפות הספק גבוהה מאוד (כ-250–340 וואט לקילוגרם). חסרונה הוא יוקר חומרי הגלם (בראשם ליתיום) ומספר מחזורי פריקה-טעינה נמוך יחסית (כ-2,000–4,000). ישנן גם בעיות בטיחות כגון סכנת התלקחות.
פרט לטעינת המצברים על ידי חיבורם לרשת החשמל, טכנולוגיית הבלימה המטעינה (regenerative brake) תורמת גם היא להטענת המצברים. מנגנון אחזור האנרגיה שבבלימה המטעינה מאט רכב או עצם אחר על ידי המרת אנרגיה קינטית לסוג אנרגיה אחר הניתנת לשימוש מיידי או לאגירה. ברכב החשמלי אנרגיה זו נאגרת במצברי הרכב או בקבוצת קבלים על ידי הטענתם. טכנולוגיה זו פותחה עבור כלי רכב בשנת 1967.
כיום, בין ראשי החוקרים של מכוניות חשמליות מונעות מצבר ניצב פרופסור הירושיי שיניזו מאוניברסיטת קאייו היפנית, שהצליח ליצור ב-2003 מכונית חשמלית המכונה "אליקה", המגיעה ל-370 קמ"ש ולמרחק של 300 ק"מ בטעינה אחת. בנובמבר 2004 שיניזו הפתיע שוב כאשר אליקה עקפה את התאוצה של פורשה 911 טורבו והגיעה מ-0 ל-100 קמ"ש ב-4 שניות. בשנת 2008 הגיע דגם משופר יותר של אליקה למהירות של 400 קמ"ש. למכונית שמונה גלגלים בעלי מנועים נפרדים, בתפוקה כוללת של 600 כוחות סוס. עקב האכילס של המכונית היא עלותה: למכונית 320 סוללות ליתיום-יון שעלותם כ-20 מיליון ין. אף שביפן ישנה הטכנולוגיה המפותחת ביותר בתחום, דווקא בסין ישנו יישום מסחרי של טכנולוגיה זו. חברה סינית מייצרת מוניות חשמליות, המבוססות גם הן על סוללות ליתיום-יון. המהירות המקסימלית שלהן היא 120 קמ"ש, והן בעלות טווח נסיעה של 350 ק"מ לטעינה אחת.
לאחרונה חברה אמריקאית בשם "פניקס מוטורקארס" החלה לייצר מכוניות חשמליות המבוססות על הסוללה החדשנית והידידותית לסביבה של חברת "אלטרנאנו" מארצות הברית המבוססת ליתיום, טיטניום וחלקיקים מתעשיית הננוטכנולוגיה. הסוללה מאפשרת טעינה מהירה של עד 10 דקות המקנה טווח נסיעה של 200 ק"מ לטעינה בדגם הקודם ועד 400 ק"מ בדגמי 2009. יתרונה הנוסף הוא באורך חייה שמגיע עד ל-400,000 ק"מ נסיעה מצטברת תוך כדי 15,000 מחזורי פריקה וטעינה.
אחת מהסנוניות המצליחות של כלי רכב חשמליים, היא טסלה רודסטר היוקרתית של חברת "טסלה" הקליפורנית, מכונית הספורט החשמלית הראשונה. הממשל האמריקני קבע כי זו המכונית החסכונית ביותר בארצות הברית, בציון שמשקף צריכת דלק של 47.3 ק"מ לליטר. הטסלה מצוידת במנוע חשמלי בעל 288 כ"ס, וטווח הנסיעה האופטימלי שלה, על פי נתוני היצרן, מתקרב ל-400 ק"מ.
בשנת 2012 לחלק נכבד מחברות המכוניות ישנו דגם מסחרי של רכב חשמלי. אחד הפופולריים שבהם הוא ניסאן ליף של חברת "ניסאן מוטורס", בעלת מנוע חשמלי בהספק של 107 כ"ס. מכונית זאת זכתה לתואר מכונית השנה בשנת 2011 עוד בטרם החלה להימכר. כמו כן, קיימת רנו פלואנס של חברת "רנו" הצרפתית, שהסוללות שבה מותקנות (לפחות בגרסה הישראלית) באופן שיהיו שליפות באמצעות רובוט במספר דקות. חברת "BMW" החלה במכירת סדרת i החשמלית בסוף שנת 2013.
כלי רכב חשמליים נוספים הקיימים בשנת 2014 הם: פורד פוקוס אלקטריק, רנו זואי שמגיעה לטווח של 209 ק"מ לטעינה, מרצדס SLS AMG אלקטריק דרייב שמגיעה לטווח של 250 ק"מ בטעינה, ובי. ואי.די e6 הסינית שמתהדרת בטווח של 300 ק"מ לטעינה. ברכבי מיני: שברולט ספארק EV, ורנו טוויזי. וברכבי מיקרו סמארט פורטו ED.

היברידיות נטענות

הבעיה העיקרית של מכוניות חשמליות מונעות מצבר היא טווח הנסיעה. בעוד שטווח הנסיעה של מכונית משפחתית ממוצעת מונעת בנזין הוא כ-400 ק"מ למכל דלק ואף יותר, במכונית חשמלית ממוצעת טווח הנסיעה הוא פחות מ-200 ק"מ, ובניסאן ליף אף פחות מ-150 ק"מ. דבר זה דרבן את יצרניות המכוניות לייצר מכונית "משולבת" ובה מנוע חשמלי וגם מנוע בעירה פנימית (רכבי פלאג-אין).
במכוניות אלו קיים גם מנוע חשמלי שמופעל על סוללות חשמליות נטענות, וגם מנוע בנזין ליצור חשמל שיכול לטעון את הסוללות (פועל כגנרטור) או להניע את המכונית כאשר הדבר נדרש. הדבר מכוון במיוחד למכוניות שנועדו לטווחי נסיעה ארוכים. דגמים לדוגמה שקיימים כיום בשוק הם הטויוטה פריוס היפנית, השברולט וולט האמריקאית, האופל אמפרה הארופאית, הונדה אקורד (נסועה חשמלית בין 16 ל-25 ק"מ), פורד C-MAX אנרג'י (מנוע חשמלי בהספק של 192 כוחות סוס), פולקסוואגן גולף פלאג אין, מיצובישי אאוטלנדר היברידי (נסועה חשמלית של כ-50 ק"מ), וקיה סול פלאג אין.
הקונספט של השברולט וולט מבוסס על שלושה מנועים וסוללה. שני מנועים חשמליים, מנוע בעירה שלישי, וסוללת ליתיום-יון בעלת הספק של 16 קילוואט שעה. המנוע החשמלי הגדול מייצר הספק של 149 כוח סוס (כ"ס), והוא האחראי העיקרי להנעת המכונית. המנוע החשמלי הקטן מייצר 49 כ"ס, ואילו מנוע הבעירה שמשמש כגנרטור נועד לטעון את סוללת הליתיום-יון לטווח נסיעה של כ-56 ק"מ נוספים - אך בשעת הצורך מאפשר לקבל עוד 80 כ"ס נוספים. על פי דיווחי החברה, צריכת הדלק הממוצעת של הוולט היא כ-100 ק"מ לליטר.
נראה שזוהי אחת המגמות שאליה הולך השוק המסחרי בתחילת העשור הראשון של המאה העשרים ואחת, מכיוון שטווח הסוללות האפקטיבי מוגבל, ועומד על פחות ממחצית מטווח נסיעתן של מכונית מונעת בנזין.

תא דלק

תא דלק הוא תא אלקטרוכימי, אשר ממיר אנרגיה כימית לזרם חשמלי. חשמל נוצר בתוך התא על ידי תגובה כימית בין דלק וחומר מחמצן המסופקים אל התא מבחוץ בנוכחות אלקטרוליט וזרז.
רכב חשמלי מונע תא דלק (Fuel Cell Electric Vehicle) הוא סוג של רכב חשמלי העושה שימוש בתא דלק לצורך הנעת המנוע החשמלי או הטענת המצבר. תא הדלק ברכב מסוג זה יוצרים חשמל להנעת המנוע החשמלי על ידי שימוש במימן כדלק ובחמצן שבאוויר כמחמצן.
תא הדלק ברכב מתפקד כמנוע ומפיק חשמל אשר מניע את המנוע החשמלי או טוען את המצבר. כמות האנרגיה שניתן להפיק מתא הדלק, תלויה בכמות המימן והחמצן שנמצאים במכלים מתאימים.
נכון ל-2014, לא ידוע על רכב מסחרי נפוץ בשוק והנושא נתקל בבעיות מסוגים שונים ובעיקר, הקושי להבטיח מספר גדול של הפעלות בתנאי סביבה "אמיתיים" ולחזות את האמינות הצפויה באופן שיאפשר לתמחר נכון את ירידת הערך על רקע הירידה בביצועים כתלות במשך החיים של תא הדלק.
רכב המתודלק במימן טהור פולט מעט מזהמים לסביבה ומפיק בעיקר מים ואנרגיה (חום וחשמל ההופך לתנועה). אף על פי כן, הפקת המימן יוצרת מזהמים וגזי חממה, אלא אם המימן מופק בדרכים בנות-קיימא.

סוללה שלא נטענת בחשמל המבוססת אבץ-אוויר

שיטה נוספת המבוססת על סוללת אבץ אוויר פותחה על ידי חברת "דלק חשמלי" מירושלים. בתהליך זה אבץ מתכתי מתרכב עם החמצן שבאטמוספירה. בראקציה זו נוצרת תחמוצת אבץ, בתהליך המשחרר אנרגיה. החיסרון של שיטה זו, הוא הצורך בהחלפת המצברים לאחר פריקתם, כיוון שלא ניתן לטעון אותם בחשמל. לשם כך יש להקים מערך של "תחנות דלק" שמחליפות את הסוללות. החלפת הסוללות אורכת כיום כ-10 דקות, אך החברה שואפת להגיע לשתי דקות. שיטה זו מתאימה יותר לחברות גדולות שיש להם מערך לוגיסטי מתאים לבצע את החלפות המצברים. השיטה נוסתה בגרמניה בידי רשות הדואר הפדרלית. חברת החשמל הישראלית רכשה את הזיכיון לשימוש בדלק חשמלי במזרח התיכון. לשיטה זו פוטנציאל במנועים של מכשירים חד פעמיים כמו למשל טילי טורפדו ימיים. כיום שיטה זו איננה נפוצה.

כלי רכב אחרים

כלי רכב חשמליים מונעי מצבר משמשים למטרות נוספות פרט לכלי רכב פרטיים. ניתן למצוא כלי רכב אלו בשימושים שונים החל מאוטובוסים בקווי תחבורה ציבורית וכלה באופניים חשמליים.

אוטובוס חשמלי

אוטובוס חשמלי הוא אוטובוס המונע באמצעות מצברים הנישאים על ידי האוטובוס עצמו, בשונה מטרוליבוס המונע באמצעות כבלי חשמל המתוחים לאורך מסלול האוטובוס בעיר.
בצ'טנוגה, טנסי, ארצות הברית פועלים תשעה אוטובוסים חשמליים מונעי מצבר ללא תשלום מייצור מקומי אשר נכנסו לשירות כבר בשנת 1992.
בתחילת קיץ 2000 נמל התעופה הבינלאומי של הונג קונג החל להפעיל אוטובוס חשמלי של חברת מיצובישי המסוגל לשאת 16 נוסעים. בסתיו 2000 העיר ניו יורק החלה לבחון אוטובוס חשמלי מונע מצבר לצורכי הסעת ילדים לבית הספר. באולימפיאדת בייג'ינג (2008) נעשה שימוש בצי של 50 אוטובוסים חשמליים בעלי טווח נסיעה של 130 קילומטר. הסוללות באוטובוסים אלו הוחלפו בסוללות טעונות בתחנות ההטענה על מנת לאפשר נסיעה רציפה 24 שעות ביממה.
אוטובוס חשמלי ראשון בעל טעינה מהירה החל לפעול בפומונה, קליפורניה, ארצות הברית בספטמבר 2010. אוטובוס זה יכול להיטען במלואו תוך פחות מעשר דקות.
בארץ, חברת "אגד" מפעילה כ60 אוטובוסים חשמליים מתוצרת byd מתוכם כ50 בחיפה ו10 בירושלים.

רכבת חשמלית

רכבת חשמלית מונעת מצבר היא סוג של רכבת חשמלית המונעת באמצעות מצברים הנישאים על ידי הרכבת עצמה, בשונה מרכבת חשמלית המונעת באמצעות כבלי חשמל המתוחים לאורך הפסים. רכבות אלו נמצאות בשימוש היכן שהנעת דיזל קונבנציונלית או רכבת חשמלית אחרת יהיו בלתי ניתנות לשימוש. דוגמה לשימוש שכזה היא גוררת התחזוקה של רכבות חשמליות למקרים בהם אספקת החשמל החיצונית הופסקה, כמו זו שבשימוש ברכבת התחתית של לונדון.
שימוש נוסף לרכבת חשמלית מונעת מצבר הוא במתקנים תעשייתיים בהם רכבת העושה שימוש בכבלים חשמליים או בתהליך בעירה לצורך הנעה (כמו רכבת מונעת קיטור או דיזל) מהווה מפגע בטיחותי עקב סכנת פיצוץ או שריפה במקום סגור. רכבת חשמלית מונעת מצבר מועדפת גם במכרות בהם גז דליק עלול להיות מוצת.

רכב חשמלי

רכב חשמלי הוא רכב המונע באמצעות מצבר הניתן להטענה.
על אף שלכלי רכב אלו תאוצה ומהירות מקסימלית גבוהות, צפיפות האנרגיה הנמוכה של מצברים נטענים הנפוצים מסחרית בשנת 2010 בהשוואה לזו של דלקי מאובנים גורסת כי כלי רכב אלו זקוקים למצברים גדולים המהווים נתח נכבד ממסת הרכב, וזאת עדיין על מנת לספק טווח נסיעה יחסית קצר בין ההטענות. טעינה מחדש עלולה אף היא לקחת זמן רב. עבור נסיעות יומיות קצרות, פתרון הרכב החשמלי יכול להיות פרקטי כאשר טעינת המצברים מתרחשת, לדוגמה, בלילה או בזמן החנייה. נסיעות ארוכות יותר אפשריות כיום בשיטת החלפת המצברים על ידי התקנת תחנות ייעודיות כפי שמתבצע במספר מוקדים בעולם כגון ישראל וטוקיו.
לרכב החשמלי פוטנציאל להורדה ניכרת בכמות פליטת המזהמים העירונית מכיוון שאינו פולט גזים רעילים.
הפחתת פליטות גזי החממה מכלי רכב על ידי שימוש בכלי רכב חשמליים תלויה באופן ייצור החשמל. לדוגמה, בארצות הברית מעבר כלל האוכלוסייה לשימוש בכלי רכב חשמליים יוביל להפחתה של כ-30% מפליטות הפחמן הדו-חמצני מכלי רכב (לפי תמהיל הדלקים הנוכחי המשמש לייצור חשמל).
לפי תמהילי הדלקים הנוכחיים במדינות אחרות, ניתן לחזות כי מעבר לרכב חשמלי יוביל להפחתת פליטות דומות של כ-40% באנגליה, כ-19% בסין ורק כ-1% בגרמניה.
כלי רכב חשמליים מונעי מצבר צפויים להשפיע באופן ניכר על תעשיית כלי הרכב
עקב יתרונות כגון הפחתת הזיהום העירוני והכללי, הפחתת התלות בנפט ובעליית מחירי הנפט הצפויה.
לפי אחת התחזיות, כלי רכב חשמליים יהוו כשליש מכלל מכירות כלי הרכב החדשים בשנת 2020.

כלי רכב חשמליים בעלי יעוד ייחודי

ישנם סוגים רבים של כלי רכב חשמליים בעלי יעוד ייחודי, החל מכלי רכב נפוצים כגון רכבי גולף, מלגזות וטרקטורונים, וכלה ברכבי חלוקת חלב בארצות מסוימותובכלי רכב חשמליים שכונתיים.

קורקינט חשמלי

קורקינט חשמלי הוא קורקינט ממונע בעל מנוע חשמלי המונע על ידי סוללה חשמלית.
הקורקינט בעל כידון הדומה לזה של אופניים, אך קוטר גלגליו לרוב קטן בהרבה מקוטר גלגלי האופניים. רכיבה על קורקינט חשמלי מתבצעת בעמידה, אך ניתן גם לשבת על ידי התקנת כיסא דומה לכיסא של אופניים.
השימוש בקורקינט חשמלי בישראל הוסדר בצו ביולי 2004. הצו מגדיר קורקינט חשמלי כרכב בעל שני גלגלים המורכבים בזה אחר זה, המונע במנוע חשמלי שהספקו לא עולה על 100 וואט, מהירותו לא גבוהה מ-12 קמ"ש, ומשקלו העצמי לא עולה על 12 ק"ג. על פי הצו, קורקינט כזה פטור מהחובות החלות על רכב ממונע על פי פקודת התעבורה.
השימוש בקורקינט מכני בעל מנוע בנזין אסורה בישראל וכך גם קורקינט חשמלי בעל יכולות גבוהות מאלו המנויות בפקודת התעבורה. למרות זאת, בכבישי ישראל נעים אלפי קורקינטים כאלו בניגוד לחוק וללא שיש להם רישיון או ביטוח למקרה שהרכב ייפגע או שיפגע באדם אחר. בספטמבר 2009 נהרג בתל אביב רוכב על קורקינט חשמלי שהתהפך, ככל הנראה לאחר שפגע במראת צד של רכב חונה.
משרד התחבורה מחרים מדי פעם קורקינטים ממונעים האסורים לשימוש בישראל, אולם הקורקינטים הממונעים שהוחרמו נמכרו במכרזים לכל המרבה במחיר ללא הסדרה חוקית. בית המשפט העליון הביע תמיהה על מדיניות זאת בספטמבר 2010 ודרש להפסיקה לאלתר.