A villamos gépkocsik kialakítása

A közlekedésben a fosszilis eredetűről a villamos energiára váltás folyamata zajlik, amelynek energiatároló eszközeink korlátozott fejlettsége járműalakító módon szab határt. Írásunkban e járműformáló hatásokat törekszünk áttekinteni. Abból a szempontból, hogy funkcionális, könnyűépítésű vagy hagyományőrző legyen-e a jövő villamos gépkocsija.

Napjaink fontosabb villamosjármű-kínálatának áttekintése, járműosztályonként

Előnyök és korlátok

A villamos mobilitás az értékteremtő közlekedés mélyreható minőségi változásainak hordozója. Előmozdítja a fosszilis energiahordozókkal való takarékosságot, az emberi és a természeti környezet védelmét. A villamos alapú mobilitásnak a fejlettség mai szintjén, az energiatárolás, a töltési idő, a villamos energia környezeti és ellátó infrastruktúrájának kihívásaival kell megküzdenie. E küzdelem mégis biztató, mert a villamosság az egyetlen kontrollálható energiafajta, amely átmenetet képez a fosszilis energiákat felváltó hidrogéngazdaságba.

A villamos járműfajták tárolóképessége és hatótávolsága

A teljesítmény- és az energiasűrűségre kihegyezett akkumulátorok között óriási a különbség. Nagyobb és többcellás változat kell a tisztán villamos autóhoz, más az egyszerű és megint más a hálózatról is tölthető hibridekhez.

Ma a legjobb villamos gépkocsi hatósugara sem nagyobb a dízelmotor-hajtásúak 10%-ánál. A fosszilis eredetű üzemanyagot tankoló autó percek alatt jut hajtóenergiához, a villamos gépkocsik töltési időigénye órás nagyságrendű.

A villamos gépkocsik fejlesztésének, az energiatároló eszközök bevezetőben említett korlátját az akkumulátorok korlátja képezi. Jellemzőik gyors változásával évtizeden át sem számolhatunk, ezért az őket befoglaló járművekét kell tolerálható módon megváltoztatnunk.

Az i3-as BMW szénszál-erősítésű vázát gyerekjáték felemelni. Aki minderre rámutat, Norbert Reithöfer, a BMW elnöke

Tömegük és helyigényük nagy, ezért beépítésükkel a gépkocsi hagyományos funkciói, körültekintő könnyűépítéssel is csak a járműméretekkel kötött jelentős kompromisszummal elégíthetők ki. Úgy, ha az eladásukban érdekelt államok és szervezetek is részt vesznek jelentős környezeti előnyökkel járó üzemeltetésükben és magas előállítási költségük együttes vállalásában. A villamos autók országában a kívánt környezeti előnyökben részesedő államnak is szakítania kell az előkelő idegen szerepével, és a társadalmi várakozásnak megfelelően, támogatóan kell fellépnie a világ valamennyi országában. Földünk és a környezetünk védelme ugyanis mindannyiunk globális érdeke.

Az akkumulátorok elhelyezése miatt az átlagosnál alacsonyabb i8-as BMW-n elmarad a B oszlop, és felfelé nyílnak az ajtók

Villamos gépkocsik meglévő jármű átalakításával és új jármű megépítésével készíthetők

Autóhoz út helyett, úthoz autót választani

A villamos energia tárolásának eszközeit a tervezőknek és a fejlesztőknek, a teljes járműre kiterjedő, szigorú helykihasználással és könnyűépítéssel kell beépíteni. Akkor is, ha a jármű eddig minden útra egyaránt használt előnyeivel kell szakítanunk. A nagyvárosi hivatásforgalomban ugyanis megengedhetetlen 3-4 utasnyi további járműkapacitást fölöslegesen utaztatni. Munkába járáshoz kisebb járművet is elegendő használni, mint a rakománnyal ügynökölő hivatás gyakorlásához. Ennek megfelelően, mindinkább számítani kell és lehet az egy üléssorú, kétszemélyes városi járművek, akár bérautóként végzett használatára. Kisebb autóhoz kisebb akkumulátor dukál. Különösen akkor, ha az feleannyi parkolóhellyel beéri, ami gyakorlati ökölszabályként is megfogalmazható.

Teljesen új konstrukciójú villamos BMW-k, szerkezeti főegységeinek elhelyezése szénszál-erősítésű i3-as (a) és i8-as (b) járműveken

Bár a General Motors majd egy évtizede bemutatta cserélhető felépítményű AUTOnomy concept elnevezésű járműkonstrukcióját, mai villamos járművei mégsem ilyen felépítménnyel kerülnek gyártásba

Szabványok nélkül

A teljesítmény- és az energiasűrűségre kihegyezett hajtóakkumulátorok között ma még óriási a különbség: nemcsak nagyobb és többcellás változat kell a tisztán villamos autóhoz, más az egyszerű hibrid és megint más a hálózatról is tölthető (plug-in) hibridekhez. Mondanunk sem kell, egyelőre sem az akkumulátorok, sem a villamosjármű-szerelvények, a töltőcsatlakozók kivételével, nem igazán szabványosak. Ennélfogva ahány a villamos jármű, annyi a szokás a kiszolgálásukban is. Pedig nagyfeszültségű üzemük sürgetően szükségessé teszi hibafeltárásuk, és azok elhárítási módszereinek egységesítését, eszközeik szabványosítását.

Villamosnak tervezve

A könnyűépítés a gépkocsik villamos mobilitásának fontos előfeltétele, az energiatároló akkumulátorok súlytöbbletének kiküszöbölésében. Az ezt célul kitűző BMW, i sorozatú járművein, szénszálerősítésű felépítmény alkalmazásával törekszik ennek eleget tenni. Az i sorozat az i3-as, akkumulátoros villamos gépkocsit és az i8 jelű, plug-in hibrid sportkocsit foglalja magába.

A BMW i3-ason vázelem az akkumulátortartó

A könnyűépítés első lépése a szerkezeti egyszerűsítés. Az i3-as modell százkilós felépítménye 30 körüli karosszériaelemből áll. Oly módon, hogy oldalfalát tíz, különböző vastagságú réteg alkotja. Az 1250 kg össztömegű jármű gyorsítóképessége 7,9 másodperces normatív gyorsítási idővel jellemezhető. Lítiumion-akkumulátorainak normál töltési időigénye hat óra. Ugyanez gyorstöltéssel a hatodára redukálható.

Töltőállomás-hiányos régiókban, opcióként, a villanymotorral közös térbe beépíthető 0,6 literes benzinmotor segít a vásárlói lemerüléspszichózis csökkentésében.

A GM 4 méternél hosszabb járművein közös viszont az akkumulátorok utastér alatti elhelyezése. Beépítve (a) és kiszerelt állapotban (b). A 4 méternél rövidebb hibrid járművön (Chevy Spark) viszont az orrmotor – farakku elrendezést preferálják (c)

Az i8-as, hálózatról tölthető akkumulátorú hibrid modellt a gyár exkluzív sportkocsinak építi. Akkumulátor- és 130 lóerős villanymotor egysége az első, másfél literes, 223 lóerős, háromhengeres benzinmotorja, 300 Nm-es maximális nyomatékkal a hátsó kerekeket hajtja.

A 354 lóerős, együttes hajtóteljesítmény 4,6 másodperc alatt gyorsítja százra az 1480 kilogramm tömegű, 250 kilométerben limitált végsebességű, 35 kilométeres villamos hatótávolságú járművet, amelynek vételárát az Auto Motor und Sport magazin kétszázezer euróra becsüli.

Az akkumulátorok elhelyezése

Akár meglévő, akár új tervezésű járműbe kerülnek, a villamos gépkocsik kialakításának legnagyobb problémáját a járműakkumulátorok elhelyezése okozza. Emiatt magasabb az átlagosnál a BMW i3-asa, és alacsonyabb az átlagosnál az i8-as modellje. Mindkettőn elmaradnak a B oszlopok, és az utóbbin, felfelé nyílónak kell készíteni a jármű ajtóit. Az egy üléssorú villamos járműveken emiatt kerülnek a jármű hátuljába az akkumulátorok és az orrába a hajtómotor.

Az egy üléssorú villamos járműveken (VW XL 1, balra) a fronthajtás és a farakku az uralkodó elrendezés (Opel RAK e-Concept, jobbra)

A 4 méternél hosszabb járműveken az utastér alatti padlótér az akkumulátorok helye. Akár vázmerevítő elemként, akár anélkül.

Hacsak a hajtott kerekek nem kerékagy-hajtásúak. Akkor a jármű kerékdobok közötti térrésze korlátozás nélkül kihasználható. Villamos vezérlési igénye miatt, ettől a megoldástól ódzkodnak a járműtervezők.

Új fejlesztések

Képzeljünk el autót, amelynek karosszériája feltölthető akkumulátorként működik. Tárolja a fékenergiát és a hálózati töltést is, amikor a tulajdonosa, éjszaka a jármű akkumulátorait tölti. Kilenc intézmény vesz részt napjainkban az ezzel foglalkozó kutatásban, amelyhez a Volvo adja a járművet és a gyártói közreműködést.

Új kutatás a nagyobb járművek hatótávolság-növelésének az a módja, amely akkumulátorként használja a karosszéria vékony szénszál-aramid bevonatú, külső elemeit

Mindezt az teszi lehetővé, hogy polimergyantába ágyazott szénszálakból olyan társított anyagot állítottak elő, amely vezeti a villamos áramot, és felületei gyorsabban feltölthetők, mint az akkumulátorok.

Másfajta újdonság a német Schaeffler cég, eWheelDrive elnevezésű kerékagyhajtóműve, amely 70 kW (95 LE) teljesítmény és 700 Nm maximális nyomaték átvitelére alkalmas. A robusztus rendszer hajtómotort, teljesítményelektronikát, folyadékhűtést, súrlódóféket és kormányművet foglal magába. Úgy, hogy a felsoroltak a kerékdobba kerülnek beépítésre. Például a Kaliforniában gyártott Cobra-replikákon. Az új fejlesztést a bajor kormány a „Bajor Állami Díj a villamos mobilitásért” cím odaítélésével tüntette ki.

Összegzés

Széles körben ismerős a mondás, miszerint minden kezdet nehéz. Mint láthattuk, nincs ez másként a villamos autók esetében sem, amelyek közül a hálózatról tölthető változatoknak világszerte mostanság indul a gyártása a töltőinfrastruktúra minden örömével és nehézségével. Ez azonban a velük járó megoldandó problémák új fejezete.