i-MiEV a Mitsubishitől

Elektromos meghajtású autó már a 70-es években

A hetvenes évek elején a japán gazdaság gyors növekedésekor egyre inkább előtérbe került a légszennyezés kérdése, ezért több autógyártó – köztük a Mitsubishi Motors – a probléma megoldásán kezdett dolgozni. Legtöbben elektromos hajtású autó fejlesztésébe kezdtek, mert ezt a technológiát gondolták a leghatásosabbnak a légszennyezés csökkentése érdekében. A Mitsubishi Motors egy villamos energia szolgáltató vállalattal karöltve készítette el a Minica Van EV és a Minicab EV elektromos meghajtású autókat, melyekből összesen 108 darabot gyártottak és adtak el.
A fejlesztés folytatódott, 1979-ben a Delica elektromos változatát dobta piacra a Mitsubishi, 1983-ban pedig a Minica Econot, válaszul a légszennyezésre és az olajválságra.
A kilencvenes évekre a globális felmelegedés miatt az ózonréteg védelme, a CO2 emisszió csökkentése vált a legfontosabb témává. A Mitsubishi természetesen folytatta az elektromos hajtású autók fejlesztését, elkészítették az egyik legnépszerűbb modell, a Lancer elektromos változatát. A legyártott autók egy villamos energia szolgáltatóhoz kerültek.
A szigorú emissziós határértékeiről híres Kaliforniában elindult a ZEV (Zero Emission Vehicle) program. A programban kiválasztott autógyártók vettek részt, a cél nulla károsanyag emisszióval rendelkező járművek fejlesztése volt. Bár a Mitsubishi nem volt a kiválasztottak között, mégis aktívan kezdte továbbfejleszteni meglévő elektromos hajtásait. Ennek eredményeképpen született meg az FTO modell elektromos változata 1998-ban, majd 2001-ben az Eclipse sportautó is hasonló hajtást kapott. Ezeket a modelleket már nem a hagyományos ólomakkumulátorokkal szerelték fel, hanem sokkal nagyobb kapacitással és enegiasűrűséggel bíró lítium-ion akkumulátorokkal.
Az elmúlt években több modellen is próbálkoztak a kerákagymotoros hajtással. Elkészült az Eclipse, a Colt és a Lancer Evolution (1. ábra) is ilyen változatban, de a közelmúltban minden energiával a 2009 nyarán, Japánban debütáló i MiEV fejlesztésére koncentráltak a gyár mérnökei, hogy az elsők között dobhassák piacra nagy szériában a teljesen elektromos hajtásrendszerrel felszerelt autót.

1. ábra: kerékagymotoros Lancer Evolution

Miért éppen elektromos hajtás?

A fő előny természetesen a fent említett, miszerint menet közben nincs károsanyag kibocsátás. Persze gondolnunk kell arra is, hogy a hajtásra felhasznált elektromos energiát elő kell állítani, így az egész folyamatot tekintve nem nulla a károsanyag emisszió.
A történelmi bevezetőből is látszik, hogy több autógyár is foglalkozott, foglalkozik elektromos hajtású gépjárművek tervezésével, de ezek mégsem terjedtek el széles körben. Ennek okát három fő problémára lehet visszavezetni:
1. Az elektromos hajtású gépjármű teljesítménye (túl kis hatótávolság egy
feltöltéssel, túl nagy töltési idő),
2. A rendszert alkotó elemek túl nehezek, költségesek,
3. A töltőinfrastruktúra hiánya.
Ezeket a problémákat eddig olyan fajsúlyosnak gondolták a gyártók, hogy más technológiák, hajtásrendszerek fejlesztésére helyezték a hangsúlyt. Ilyenek a tüzelőanyagcellával vagy hibrid hajtásrendszerrel ellátott gépjárművek. A tüzelőanyagcellás járműveknek nincs károsanyagkibocsátásuk, hiszen a kipufogóból csak vízgőz távozik a környezetbe, valamint a hidrogéntartály méretének növelésével viszonylag egyszerűen növelhető az egy tankolással megtehető maximális távolság. A tüzelőanyagcellás járműveket egyértelműen a távoli jövő autóinak tartják, de szélesebb elterjedését – hasonlóan az elektromos járművekhez – egyelőre gátolja a töltőinfrastruktúra hiánya és a drága technológia.
Feltehetjük a kérdést, hogy akkor miért van értelme teljesen elektromos hajtású jármű fejlesztésével foglalkozni? Az alábbi táblázatban az úgynevezett „Well-to-Wheel” hatásfokot (az adott energiafajta előállításától a gépjárműben való felhasználásig) és összetevőit láthatjuk különböző hajtásmódok esetén. A „Well-to-Tank” hatásfokot (előállítástól a gépjárműbe való töltésig) vizsgálva látható, hogy az elektromos energia előállításának, szállításának hatásfoka jóval kisebb, mint a fosszilis tüzelőanyagok előállításának hatásfoka, de a „Tank-to-Wheel” (betöltéstől a felhasználásig) hatásfok esetében már egyértelműen az elektromos hajtás rendelkezik a legnagyobb hatásfokkal. Ennek eredményeképpen a teljes hatásfok esetében is az elektromos hajtás a legjobb, megelőzve a hibridhajtást (Otto-motor+elektromos hajtás). A Diesel és az Otto-motor esetében jóval kisebb a teljes hatásfok, de a Diesel az Otto-motor előtt jár, főként a motor jobb hatásfoka miatt. Nem véletlen, hogy több gyártó Diesel+elektromos hibridrendszer fejlesztésén dolgozik, hiszen a táblázat alapján a teljes folyamat hatásfoka így növelhető.
A Mitsubishi az i MiEV modell esetében arra törekszik, hogy a teljes hatásfok 32%-ra növekedjen azáltal, hogy a „Tank-to-Wheel” hatásfokot növelik.

Különböző hajtásmódok hatásfokai

Az elektromos hajtás mellett szól az a tény is, hogy az i Otto-motoros változatához képest az i MiEV 72%-kal kevesebb CO2-t bocsát ki (természetesen nem az autó, hanem az erőmű a töltésre használt elektromos áram előállításakor), egy a piacon futó hibridhez képest pedig 47%-kal kevesebbet. A gyár adatai szerint az elektromos hajtású i MiEV használata olcsóbb is benzines társainál, 100 km megtétele negyedannyiba kerül. Japánban külön tarifa van a nappali, és külön az éjszakai elektromos áramra. Ez azt jelenti, hogy amennyiben éjszaka töltjük az autó akkumulátorait, 100 km megtétele kb. tizenháromszor kevesebbe kerül, mint a benzines alapmodell esetében.

Mitsubishi i MiEV: az innovatív kisautó

Amikor a Mitsubishi Motors úgy határozott, hogy elektromos hajtásrendszer fejlesztésébe kezd, egy erre alkalmas modellt keresett a modellpalettán, melybe könnyen beépíthető az új hajtásmód. A régebbi elektromos hajtású modellek esetében bonyolult átalakításokat kellett végezni, de az i miniautó ideálisnak bizonyult ebből a szempontból, hisz a motor és a váltó a csomagtér alatt, a hátsó tengely előtt kapott helyet, valamint az autó kis méretéhez képest viszonylag hosszú volt a tengelytávja. Kis túlzással azt lehet mondani, hogy a motort (660 cm3, feltöltött Otto-motor) kiszerelték a helyére került az elektromotor, az inverter és a fedélzeti töltőberendezés. Természetesen az akkumulátoroknak is helyet kellett találni. Mivel a benzines változat tüzelőanyagtartálya a padló alatt helyezkedett el, többnyire ennek helyére kerültek az akkumulátorok, valamint további szabad helyekre a padlólemez alatt a nagyobb hatótávolság érdekében. Az elektromos hajtás és az akkumulátorok beépítése után is elegendő hely maradt 4 felnőtt utasnak és bizonyos mennyiségű csomagnak az autóban. Az akkumulátorok padló alatti elhelyezésének további előnye, hogy az autó tömegközéppontja mélyebbre kerül, ami a stabilitást jelentősen növeli.

2. ábra: Mitsubishi i és i MiEV hajtásrendszereinek elhelyezkedése

Az i MiEV energiaellátásáról nagy teljesítményű lítium-ion akkumulátorok gondoskodnak, melyek kb. négyszer akkora energiasűrűséggel rendelkeznek, mint a hagyományos ólomakkumulátorok. Kiváló kimeneti teljesítményük annak is köszönhető, hogy belső ellenállásuk viszonylag kicsi és nem függ a töltöttség szintjétől. Egy akkumulátor csomag 22 modulból áll, egy modul pedig négy cellából. A modulok fő előnye, hogy vízszintesen és függőlegesen is beszerelhetők, így a padlólemez alatt rendelkezésre álló hely maximálisan kihasználható.

3. ábra: Cellákból épített modul, modulokból épített akkumulátor csomag

A 2007-es flottateszteken ezekkel az akkumulátorokkal 130 km volt az i MiEV hatótávolsága, az akkumulátorok továbbfejlesztésével sikerült 20%-kal növelni az energiasűrűséget, így az egy feltöltéssel megtehető távolság 160 km-re növekedett.
Az akkumulátorok fejlesztése elengedhetetlen, így a Mitsubishi Motors úgy döntött, hogy anyacégével a Mitsubishivel és egy lítium-ion akkumulátorokat gyártó céggel, a GS Yuasa Corporation-nel karöltve létrehoz egy új vállalatot Lithium Energy Japan néven (2007 december 12.), melynek feladata az akkumulátorok továbbfejlesztése és gyártása lesz. A GS Yuasa volt Japánban az egyetlen vállalat, mely nagyméretű lítium-ion akkumulátorok gyártásával foglalkozott szériában. Azóta felépült egy új fejlesztőközpont és az új gyártósor is, melyen az i MiEV akkumulátorai készülnek majd (200.000 cella évente).
Az i MiEV hajtásáról egy állandó mágneses szinkronmotor gondoskodik. A villanymotorokra általánosságban jellemző, hogy már 0 fordulat / perctől biztosítják a maximális nyomatékot. Ez az i MiEV esetében is így van, a 180 Nm nyomaték már indulásnál rendelkezésre áll, ennek köszönhetően a 100 km/h sebesség eléréséhez 30%-kal kevesebb időre van szükség.

4. ábra: állandó mágneses szinkronmotor

Megkerülhetetlen kérdés az akkumulátorok töltésének problémája. A rugalmasság érdekében kétféle töltési mód közül választhat a tulajdonos: a töltés történhet normál és gyorstöltéssel egyaránt. A gyorstöltéshez egy különálló gyorstöltőre van szükség, mely háromfázisú 200V-os hálózatról működtethető. Ezzel a töltővel és töltési móddal az akkumulátor 80%-os töltöttségi szintre tölthető 20 perc alatt. Ez a töltő és töltési mód ideális, ha a tulajdonos távol van otthonától (pl. bevásárlóközpont stb.). Az otthoni töltéshez az autóba épített töltőberendezés használandó, mely 100 vagy 200V-os hálózatról működtethető. Egyszerűen csak csatlakoztatni kell a gépjárművet a hálózathoz és a 80%-os töltöttségi szint 11 (100V/15A hálózat) vagy 5 (200V/15A hálózat) óra alatt elérhető. A gyors és a normál töltőnek is külön csatlakozója van, az egyik a gépjármű jobb oldalán, a másik a bal oldalán.

5. ábra: gyorstöltő berendezés

A Mitsubishi Motors az akkumulátorok kapacitásának növelése helyett a töltőinfrastruktúra bővítésében látja a probléma megoldását, ezért szorosan együttműködik több áramszolgáltatóval, hogy minél gyorsabban elterjedhessenek a gyorstöltő berendezések.
A flottatesztek jelenleg is zajlanak a világ több pontján, hogy a globális bevezetés előtt megfelelő információkkal rendelkezzen a gyár a piacképességet, valamint a töltőinfrastruktúra kiépíthetőségét illetően.
10 évvel ezelőtt sok minden nem volt elérhető, mely a mai technológiákkal már igen, továbbá a felhasználók hozzáállása is változott a környezetvédelmet illetően. 2009 közepén Japánban bevezetésre kerül az i MiEV, kíváncsian várjuk a fogadtatását és az első tapasztalatokat.