Villamos gépkocsik töltőrendszerei

A gépkocsik gazdaságos, biztonságos, környezetkímélő üzemeltetésének van egy közös jellemzője, amit a maga egyetemességében eleddig senki nem tanulmányozott, és ez az energiafelhasználás. Jelentősége távlati, mert az optimálisnál kedvezőtlenebb energiafelhasználás a népesség növekedésével szűkülő élelmiszer-ellátás miatt, az emberiség életlehetőségeit veszélyezteti. A takarékos energiafelhasználás ezért a villamos gépkocsik körében is meghatározó marad.

San Franciscóban a villamos gépkocsik utat szegélyező töltőoszlopai nem zavarják a polgármesteri hivatal tekintélyét

Kis piaci áttekintés

A villamos gépkocsik körében a legélesebb piaci versenyre az idén, Amerikában van kilátás. Ott ugyanis márkánként tízezres nagyságrendben kelnek el a villamos autók. Útban a 2015-re tervezett másfél milliós amerikai piacra a Nissan, az idén gyártott 160 kilométeres villamos hatósugarú Leaf modelljéből 20 ezer darabot kíván forgalomba hozni, a Tesla háromszor nagyobb hatótávú 50, illetőleg 80 ezer dolláros 
Roadster és S Modelljével szemben. Ugyanott a Toyota 15 ezer plug-in Priust és a GM 65 ezer Chevrolet Voltot tervez eladni.

Ma a Renault a villamos hajtások élharcosa. Már a 2009-es Frankfurti Autószalonon négy különböző villamos hajtású személygépkocsit mutatott be. A Twizy ZE városi kisautót, a Zoe ZE kompakt autót, a Fluence ZE limuzint és a Kangoo ZE városi áruszállítót

A világ legnagyobb elektromos járműpiaca mégsem ott, hanem Kínában található, ahol 100 milliónál is több elektromos közúti jármű van forgalomban. Leginkább villamos kerékpárok és mopedek, de már a hazai BYD és CODA villamos gépkocsik száma is meghaladta a 100 ezer darabot. Mégis, a szükségesnél kevesebb villamos töltőpont a forgalom legnagyobb akadálya. Kevesebb mint 8 év, és a tervek szerint 2020-ban 100 milliónál több töltőállomás fogja megalapozni a villamos járművek energiaellátását.

A sokországú Európa, a néhány ezer darabos, sokmárkájú villamos gépkocsik kontinense. Túlnyomórészt japán eredetű, francia és japán–francia villamosgépkocsi-kínálattal: nagyfokú, plug-in hibridek iránti érdeklődéssel, óvatosan bővülő nemzeti gépkocsi és töltőállomás-hálózattal. Ésszerű, idegenek számára is igénybe vehető lakóházi töltőcsatlakozókkal.

Villamos gépkocsik töltőeszközeinek osztályozása

Bár eddig a Toyota készítette a legtöbb hibrid autót, villamos gépkocsiban mégis a Renault–Nissan cégcsoport a legtermékenyebb. Három éve egyszerre bemutatott négy villamos tanulmányautójából, a Kangoo és a Fluence után, az idén a Zoét és Twizyt is bevezeti a piacra. Csúcsmodelljük a Nissan Leaf, Európában és Amerikában is az Év Autója lett, és ma a legnagyobb darabszámban gyártott gépkocsi.

Napjaink villamos járművei főképp városi közlekedési eszközök. Használatukat a Renault a következőképp gondolja el

A 2012-es év egyébként is fordulópont a villamos gépkocsik történetében, hiszen ma már nincs jelentős autógyár, amelyik ne kezdte volna meg a maga villamos hajtású modellváltozatának sorozatgyártását.

Villamos járműveinek kiszolgálásában a Renault központi szerepet szán a lemerült akkumulátorok cseréjének, amit rendszerszolgáltatássá kíván fejleszteni. Az akkucserélő „Quick drop” állomás izraeli, Better Place gyártmányú. Vele a csere 3 perc alatt elvégezhető, mert a műveleteket két, sorba kapcsolt robot és szállítószalagok végzik.

Az első robot kiemeli a megtisztított, lemerült akkumulátort, és szállítószalag továbbítja a feltöltőhelyre, ahol később, mintegy 30 perc alatt 80%-ig feltöltik. A gépkocsit szállítószalag mozgatja a csereakkumulátor beemelésének helyére, és ott a második robot a helyére emeli a feltöltött akkut. A robotok többféle, de távolról sem valamennyi gépkocsi-akkumulátor cseréjére alkalmasak.

A gépkocsiban fedélzeti számítógép jelzi a pillanatnyi és az átlagos energiafelhasználást, a hatótávolságot, az akkumulátor töltöttségi állapotát, valamint az akkumulátorba betöltött energiamennyiséget.

A csere-idea rákfenéje, hogy a csereállomás nem kevesebb, mint egymillió euróba, kb. háromszázmillió forintba kerül. Így azután maradnak a töltőoszlopok, az üzemanyagárak, és a 2030-ig megfogalmazott, új, hazai energiastratégia.

Hazai energiastratégia

A stratégia célja a fosszilis energiahordozó részarány csökkentése, az ellátás biztonságának növelése, az energiaforrások diverzifikálása, a megújuló energiaforrások és az alternatív energetikai import támogatásával sokoldalú, többalapú energiaellátás kiépítésével.

 
A japánok a negyedórás gyorstöltés hívei. Erre utal CHAdeMO töltőjük elnevezése is, amely a „Töltés közben igyon teát” japán „O cha demo ikaga desuka” jó tanács első szavaira utal

Stratégiánk az EU-val kapcsolatban három prioritást erősít meg: 1. részvételt az EU közös energiapolitikájában; 2. EU-szolidaritást az akut energiakrízis-helyzetek, továbbá a regionális, valamint 3. a kétoldalú kapcsolatok kezelésében.

Az irányvonal elkötelezett a közlekedési rendszer átalakításában, a fenntarthatóság és az energiahatékonyság jegyében, (a nagyvárosi közösségi közlekedés fejlesztésével, a vasúti közlekedés, a villamos és a hidrogén hajtású gépkocsik szerepnövelésével, a személy- és áruszállításban), a budapesti villamos és hidrogénhajtás előrelépésével.

Az ehhez vezető úton, az energiaváltás a közlekedési rendszerek átalakításában is halaszthatatlan kötelezettség. Az ehhez fűződő fejlesztési, gyártási és vásárlói hajlandóság élénkítése, világszerte felismert, sürgető szükségszerűség, amit a fejlett országok kormányai vonakodás nélkül megtesznek. Erre azonban nálunk, mindmáig nem mutatkozott megfelelő politikai akarat. Energetikai innováció nélkül azonban csak elavult, pazarló szinten tartásra marad lehetőség.

Pedig azt a stratégia is elismeri, hogy a közösségi közlekedés hatékonyságának javítása hozzájárul a budapesti és a nagyvárosi autóforgalom zaj- és légszennyezésének csökkenéséhez.

Mindezek miatt a villanyautós Európa kívül esik Magyarországon. Mi ugyanis méregdrága benzinláncot hordunk. Talán, unokáink mondhatják majd: ide veled áram-kardunk!

A méregdrága villamos gépkocsi és üzemanyagárak mellett csak elmélkedhetünk, hogy van olyan ár, amely esetén megéri kivárni, hogy a betöltött villamos energiával ne kerüljön harminc fillérbe sem az akku újabb lemerüléséig megtehető út kilométere.

A villamos gépkocsik töltése

A töltés céleleme a nagyfeszültségű akkumulátor, amely a járműhajtáshoz szükséges szinten tárolja és szolgáltatja az egyenáramú villamos energiát. A korszerű akkumulátorok feszültsége a 650 voltot is elérheti, ezért vezetékeit feltűnő narancsszínű szigetelés védi.

Villamos töltőállomások telepítésének meghatározó jellemzői. A táblázat legalsó sorában látható beruházási költségigény euró- ban értendő

A lítiumion-akkumulátorban tárolt egyenáramot (DC) inverter áramkör alakítja háromfázisú váltakozó árammá (AC), és az áramerősség módosításával szabályozza a villanymotor fordulatszámát.

Fedélzeti töltő áramkör. A háztartási csatlakozó egyfázisú váltakozó áramát egyenárammá alakítja, és a lítiumion-akkumulátor töltéséhez megfelelő szintre növeli annak feszültségét. Ennél nagyobb feszültségű töltés céláramkörét a töltőoszlop foglalja magába .

A villamos gépkocsik töltőeszközei a következő, szabványos csoportokba sorolhatók.

Elgondolása szerint a Renault és a vele közös irányítású Nissan nem a járművekben, hanem erre kifejlesztett csereállomásokon tölti a villamos gépkocsik akkumulátorait

Villamos gépkocsit saját háztartásban a legegyszerűbb tölteni. Főképp, ha az földszintes házban található. A villamos töltőoszlopok beszerzése meglehetősen költséges ügylet. Telepítésük azon vállalkozások számára előnyös, amelyek meglévő fosszilis töltőállomásokat üzemeltetnek.

Az akkumulátortöltő energiaigénye töltés közben az akkumulátor kapacitásának nagyságától, induló töltöttségi állapotától, és szintbesorolásától függ. Kezdve az 1. és 2. szintű töltők 240 voltjától a 3. szint akár 400 voltot is meghaladó feszültségszintjéig, és 16 ampertől 200 amperben maximált töltési áramerősség határáig.

A gyorstöltés ugyanis jóval költségesebb, ipari jellegű áramszolgáltatás, melyhez (240 voltnál nagyobb feszültség és 30 ampernél nagyobb töltőáram) szükséges.

Villamos gépkocsik töltőeszközeinek csoportosítására, az átvitt villamos teljesítmény alapján, szintek szerinti besorolás terjedt el

Gépkocsi-akkumulátor induktív töltése. A villamos gépkocsik akkumulátorainak elegáns és időtakarékos megoldása a töltő és a jármű közötti induktív csatoláson alapuló energiaátvitel. Alkalmazása megoldást jelent a gépkocsi és a töltőoszlop közötti vezeték használatának kiküszöbölésére. Erre a töltő padlózatba ágyazott primer és a járműre épített szekunder tekercs közötti elektromágneses erőtér rezonáns kölcsönhatása ad lehetőséget. A vezeték nélküli energiaátvitelnek ez a módja mintegy 6–10%-os energiaveszteséggel jár, a hagyományos galvanikus átvitelhez képest. A folyamat gyorsasága azonban kárpótol a veszteségekért.

Európai országok villamosenergia-termelése, a működtető energiafajták színeinek feltüntetésével. Hőenergia (zöld), nukleáris energia (lila), vízi energia (sárga), szélenergia (világoszöld)

A kábelcsatlakoztatást nem igénylő induktív töltőállomások jól beilleszthetőek a városi utcák szélső közlekedési sávjába

A legrugalmasabb töltésmódot az induktív töltőrendszer ígéri. Működési vázlata és felépítése, a következő

A mindinkább terjedő lítiumion-akkumulátor hosszú élettartamának titka a feltöltöttség függvényében végzett pontos teljesítményszabályozás, töltéskor és kisütéskor

A töltőrendszer általános tömbvázlata

Hátránya: az induktív energiaátvitelhez, egy méterhez közeli átmérőjű szekunder tekercset kell a jármű meglehetősen sérülékeny helyére, a padlólemez aljára építeni.

Felhasználói és érintésvédelmi tudnivalók

A villamos töltőeszközök használatának legfontosabb előfeltétele a töltést végzők érintésvédelme, ezért a villamos hajtású gépkocsik akkumulátorainak töltőeszközei földelt, szigetelt csatlakozókkal és szigetelt kábellel használható villamos berendezések. Használatuk nagykorú személyek számára megengedett.

A hibrid és villamos gépkocsik nagyfeszültségű pólusait, alkatrészeit a karosszériától szigetelt, narancsszínű burkolat védi. Ilyen színűek a hozzájuk csatlakozó nagyfeszültségű vezetékek is. A nagyfeszültségű részegységek az áramütés elleni védelem érdekében, elektromos összeköttetésben vannak a jármű testelt potenciálú részeivel.

A hibrid és a villamos gépkocsik kifejezetten olyan járművek, amelyek amatőr javításáról, jobb induláskor lemondanunk. E járművek nagyfeszültségű elemei csak megfelelő személyi védőfelszerelés használatával feszültségmentesíthetők. Ezeket az áram kikapcsolása után sem szabad puszta kézzel érinteni. A rendszer illesztőkondenzátorai ugyanis akár tíz percig is áram alatt maradhatnak.

Az érintésvédelmi óvintézkedéseket lítiumionakkumulátoros gépkocsin fokozott figyelemmel kell végrehajtanunk. Ilyen járműveken ugyanis az elektrolit vízzel való érintkezésekor tűzveszély kockázata fennáll.

A nagyfeszültségű áramkör alkatrészeit érintésvédelmi célból célszerű szigetelőszalaggal leragasztani, és a jármű olvadó biztosítóját a munkálatot végző személynek átadni.