Autotechnika szakfolyóirat
Autotechnika szakfolyóirat
2022. november | Olvasson bele!

A gépkocsihajtás villamosítása

hirdetés

A villamos hajtással kifejthető tömeg és térfogategységre jutó teljesítmény-szolgáltatása, minden más hajtásmódénál kedvezőbb. Ez a jó tulajdonság, minden egyébnél kedvezőbb gyorsítás-dinamika kifejtésére teszi alkalmassá a villamos hajtásmódot.

A hajtás előnyei:

- a fordulatszám és a kifejtett villamos teljesítmény, belső égésű motorokénál olcsóbb és pontosabb szabályozhatósága,

- a dízelnél kisebb bekerülési  költség, ezért az energiaellátó rendszerének megtérülési ideje rövidebb,

- regeneratív üzemmód, ami javítja a járműhajtás fajlagos energia-költségét,

- kedvezőbb környezeti hatások (zaj-, lég-, és talajszennyező), ezért az ezzel összefüggő externális költségigény is kisebb a belső égésű motorokkal végzett hajtásokénál.


Mai személygépkocsi benzin-, illetőleg villanymotorjának energiahasznosítása

A gépkocsikon az akkumulátoros villamos hajtás van elterjedőben. Az akkumulátorok újratölthető kémiai energiatároló eszközök, amelyek energiáját villanymotorok zaj, vibráció, CO2-, károsanyag-kibocsátás és talajszennyező környezeti hatások nélkül alakítják járműhajtó forgómozgássá. Villamos hajtásra többféle alternatív energiaforrás hasznosítható. A perspektíva a megújuló energiafajtáké.

A villamos hajtás újfajta ellátó és töltőállomásokat igényel, ami nagymértékben módosítja a „tankolási szokásokat” is. 

A villamos hajtás szerkezetileg egyszerűbb, működési megbízhatósága nagyobb, ezért az üzemeltetési és a fenntartási költségszintje is kisebb a belső égésű motorokkal végzettnél.

Villamos hajtású gépkocsikon az erőátvitel is rugalmasabban alakítható. A hajtás, a kormányzás, a lengéscsillapítás és a fékezés, közös szerkezeti egységgé integrálható. Úgy, mint a Siemens VDO esetében, az  eCornere vagy a Michelin „Active Wheel”.egyetlen, kerékbe épített egységgel váltja fel a lengéscsillapítóval közös egységet alkotó, hagyományos kerékfelfüggesztést, a mechanikus kormányzást, a hidraulikus féket, és mindenekelőtt a belső égésű járműmotort. A Michelin konstrukcióját a francia Heuliez és a Venturi is beépíti prototípus járműveibe, az előbbi WILL nevű járművét 2010-ben sorozatgyártába küldi.

Villamos hajtás esetén a felsorolt részegységek működése más hajtásmódokénál pontosabban, elektronikus úton irányítható. E helyen elegendő csak a különféle „x-by”-tecnikákra utalnunk, amely teljesen új lehetőséget nyit a járműtervezők, és újfajta járműtervek számára.

Lítium-ion akkumulátoros változataik háromszor több villamos áram tárolására alkalmasak, négyszer hosszabb élettartamúak, mint az ólomakkumulátorosak. Karbantartási ciklusidejük a 150 ezer kilométert is meghaladja. A ma legjobbnak tartott lítium-ion akkumulátornak azonban ötvenszer kisebb az energiasűrűsége, mint a benzinmotorú gépkocsikénak.

A villamos hajtású gépkocsik sebességrekordja ma 370 km/h, amit a nyolckerekű japán ELiICa (Electric Lithium-Ion Car, azaz elektromos, lítium-ion) koncepcióautó tartja. A tokiói Keio egyetemen kifejlesztett járművek kerekeit, kerekenként egy-egy 60 kW-os villanymotor hajtja. A jármű 480 kW-os teljesítménye 370 km/h-ás végsebességre gyorsítja a 0,8 g-s villamos lassításra, regeneratív és tárcsafékekkel végzett fékezésre is alkalmas, 320 km-es hatósugarú, 320 ezer dolláros kísérleti járművet.


Az alternatív hajtásmódok a jármű szerkezetét is megváltoztatják. A GM AUTOnomy, gördeszka alakú padlóvázba integrálja a jármű erőátviteli szerveit

A ma legkedvezőbb adottságú Tesla Roadster hatásfoka 52,5%, kétszerese a Priusénak, és több mint kétszerese a mai tüzelőanyag-cellás gépkocsikénak. A hatósugara viszont 300 km. Úgy, hogy ez a kétszemélyes jármű 100 ezer dollárba kerül, és a teljesen kisütött lítium-ion akkumulátorának 8 óra a feltöltési időigénye.

Az energiasűrűség, a hatósugár, a töltési idő, és mindenekelőtt az akkumulátor az, ami kijelöli a villamos hajtású gépkocsik legfőbb fejlesztési céljait, a zérus emissziójú gépkocsik felé vezető úton.


A villamos hajtású Smart szerkezeti főegységei

A villamos hajtás elterjedésének következményei

A villamos hajtás ellentmondásaival együtt, a káros emissziókkal bajlódó autóiparnak világszerte át kell gondolnia a teljes értékláncát és kompetenciáit, mielőtt a belsőégésű motorok és hajtáselemeik végleg elavulva eltűnnek.

Eddig az időpontig, Dieter Zetsche, a Daimler elnökének véleménye szerint, az autóipar számára már csak három járműgenerációnyi mozgástere van hátra!

Jens Hadler, a VW aggregátfejlesztésének vezetője szerint, „a jövőben a gépkocsik szívét többé nem a belső égésű motorok, hanem a nagyfeszültségű akkumulátorok jelentik majd”.

hirdetés


Energiahasznosítás: „a kúttól a kerekekig”


Akkumulátoros és tüzelőanyag-cellás gépkocsi hatásfok-láncának összehasonlítása

Az autógyártóknak ezért mihamarabb új kompetenciákat kell kiépíteniük, és új szövetségeket kell kötniük, az új piaci partnerek piacra lépése számára. Jobb, ha világosan látjuk, hogy ez a váltás százezrek számára a régi munkahelyek megszűnésével és új munkahelyek létesítésével fog járni, mind az összeszerelő, mind a beszállító, mind a fenntartó-iparban.

„A jövő a villamos autóé”, összegezte az autóipar jövőképét Martin Winterkorn, a Golfot az Up! plug-in kiskocsival váltó VW konszern elnöke.

Bertrand Delanoë, Párizs főpolgármestere, már jövőre négyezer villamos gépkocsit tervez Carsharing haszonbérleti rendszerben üzembe helyezni, a 11 milliós főváros levegőtisztaságának és a városi forgalmi helyzet javítására.

A hajtásmód-váltással együtt, az egyébként is egyszerűsödő villamos autókkal összefüggésben mindinkább erősödik a gépkocsik szabványosításának, és a maitól alapjaiban eltérő forgalmazásának rendező elve is. Mondván: mi szükség a gyártók saját marketingjén alapuló értékesítésre, ha amúgy is szabványos gépkocsikat forgalmaznak.

Az ellentmondások ellenére, a jövő a tisztán villamos hajtásé. Emisszió nélküli működésük miatt, a nagyvárosokban már a jelen is az övék.

Ennek gyakorlati tudatosítására Londonban, Párizsban, Berlinben folytak és folynak flottakísérletek. A BMW még ebben az évben, 500 villamos hajtású Minit üzemeltető „i” pilotprojektjével kíván tapasztalatokat szerezni a nagyvárosi üzemeltetésről.

A megavárosok ugyanis már ma fuldoklanak a kipufogógázoktól. 2015-ben, a 36 milliósra előre jelzett Tokió, a 22 milliós Mexikóváros, és a 18 milliós Los Angeles, városmagjaiban csak zérus emissziójú, villamos gépkocsik közlekedhetnek majd, mert ilyen közegekben a villamos hajtásnak egyszerűen nincs másik alternatívája.

A villamos hajtás perspektívájának felismerését tükrözi a lapzártakor még tartó Párizsi Autószakon is, ahol 11 vadonatúj és 6 már látott, de újdonságnak számító hibrid és villamos hajtású koncepciójárművet mutattak be.

Közöttük a Plug-in Priust, amelyet jövőre visznek gyártásba, megduplázott tárolókapacitású, még nikkel-metálhidrid akkumulátorral, 56 kW mechanikus és 44 kW villamos teljesítményű hajómotorral. A Toyotának ugyanis jövőre kezd termelni a lítium-ion akkumulátor gyára.

Párizsban figyelmet érdemelt a Renault dízel-hibrid hajtású, hatülésű Ondelios-a is, amelynek első és hátsó kerekeit egy-egy 20 kW-os villamos motor hajtja, 4,5 l/100km-es normatív átlagfogyasztással.

Az európai villamos gépkocsik fejlesztése

Az európai villamos gépkocsik fejlesztése szempontjából jelentős változás, hogy a világ legnagyobb autóipari beszállítójának számító Robert Bosch, legutóbbi időben bővítette a villamos hajtás-fejlesztő tevékenységét. Ennek érdekében a lítium-ion akkumulátorok gyártásában nagy tapasztalatú Samsunggal, vegyes vállalatot létesített ilyen akkumulátorok gyártására és fejlesztésére. A mai ismeretek alapján a hatékony hibrid és villamos hajtásoknak a lítium-ion akkumulátor a kulcseleme.


Michelin Active Wheel

A várakozások szerint a hibrid és az elektromos járművek 2015-re a világpiacon három százalékos részesedést fognak szerezni, ami az akkori 91 millió új személyautó és könnyű teherautó között, 2,73 millió) hibrid és elektromos járművet jelent majd.

A vegyesvállalat 2011-re tervezi az akkumulátor-rendszerek gyártásának megkezdését, és benzines, illetőleg dízel hibridek gyártására egyaránt kapott megrendeléseket. A „mild” és a „strong” hibrid hajtásokon kívül a Bosch egyszerűbb módszereket is kínál: innovatív start-stop eszközökhöz gyárt akkumulátorokat a fékezési energiának a generátoron át végzett rekuperálására, mivel ez CO2-csökkentését tesz lehetővé.

A Bosch a plug-in hibrid járműveket átmeneti megoldásnak tekinti, a jármű járulékos tömegnövekedése miatt. A plug-in technikával hosszabb távon elért „hatótávolság-növelés” a jármű olyan belső égésű motorja teszi lehetővé, amely kizárólag az akkumulátor feltöltését, nem a járműnek a hajtását végzi, mérsékelve a fedélzeti „duplikált” technikát.

Mindemellett a plug-in koncepció lehetővé teszi a tisztán villamos hajtás közepes távolságú használatát is. A belső égésű motornak és tüzelőanyag-tartalékának köszönhetően pedig nagyobb a tartománya.


A villamos hajtású gépkocsik sebességrekordját a japán EIICA tartja

A hosszú távú cél a tisztán elektromos energiából táplált meghajtás, mivel ez lehetővé teszi a nulla károsanyag-kibocsátással járó vezetést. Ezeknek az elektromos járműveknek a piaci érettsége növekedni fog, ahogyan a mérnökök sikerrel javítják az akkumulátor energia és teljesítmény sűrűségét, és ahogyan a gépjárművezetők egyre inkább hajlandók lesznek a feltöltések miatt beiktatandó 100-200 kilométerenkénti megállást elfogadni.

Ez elektromos motorokkal kombinálva a benzin-hibridhajtások, mintegy 25%-kal kevesebb CO2-t bocsátanak ki a hagyományos benzinmotoroknál, és 20 százalékkal kevesebbet, a dízel-hibrideknél. A számadatok jól illusztrálják, hogy a következő 20 évben a belső égésű motoroké marad a domináns hajtásmód.

Említést érdemel, hogy a Mercedes-Benz, és a BMW, jövőre gyártandó mild hibrid járműveinek villanymotorjait a Robert Bosch állítja elő.  

A jövő igénye adott, az odavezető út világos. A fejlesztői állások a villamos hajtásfejlesztők számára a legbiztosabbak.


Tetszett a cikk?

hirdetés

hirdetés