Nem engednek a 48-ból…

Ma minden motorfejlesztésről szóló értekezés arról szól, hogy az érintettek szorgos útkeresésben vannak. Jó tíz éve már a csapból is az alternatív hajtás témája folyik, de a gondolat nem mai, közel egyidős az automobillal. Az útkeresés jellemzője, hogy mindenki másképp csinálja! Mindenki (értsd az autógyártót és a velük együttműködő kutató-fejlesztőket) minden vasat a tűzben tart, mindenkinek van mindenféle alternatívja, mert ma még bizony nem tudni, merre fog haladni a világ, milyen meglepetések érnek bennünket.

CSAK LÉPÉSENKÉNT!

Csak annyit tesznek meg a gyártók a nagysorozatú modelleket illetően, amennyit az előírások megkövetelnek. Vannak elismert „előresietők” már évek, sőt több mint egy évtized óta – ők többnyire hibridek, közöttük is a full-hibridek, és egyre több a tisztán villanyautó –, de egyelőre még nem fordították meg a trendeket és egyhamar nem is fogják. A gyártóknak – sok minden mellett – a vevők igényeit (jobbára pénztárcáját) kell figyelembe venniük.

Ma egy akkumulátoros villanyautót, egy tüzelőanyag-cellás villanyautót, egy full-hibridet még sokan nem engedhetnek meg maguknak. A „tenni kell valamit” követelményét a szén-dioxid-kibocsátás ún. gyártói flotta előírásai (szerte a világon) határozzák meg. A 2020–2021-ben (ez a dátum itt van a kertek alján) életbe lépő 95 gramm CO2/teszt km-érték teljesítéséhez – ez ma már biztosan látszik – valamilyen mértékben alternatívvá kell tenni a járműhajtást. Avatott szakértők szerint Európában 2020-ra valamilyen mértékben az új autók 70%-a hibrid lesz.

Ha a segédberendezések hajtását egyre inkább villamosítjuk, tehát villanymotor hajtja a klímakompres - szort, a szervokormány elektromos, a feltöltő kompresszort, az olaj- és vízszivattyút, a szelepvezérlést (pl. a fázisállítást) elektromos beavatkozó működteti, az asszisztensek sem kis fogyasztók, gyakran kell újraindítani a motort, szerencsés dolog a fékezési energiát visszanyerni villamos energia formájában és a sor bizonyára folytatható, akkor igen nagy áramigény jelentkezik. Arról, hogy a fedélzeti feszültség névlegesen kisebb mint 60 V, elfogadottan 48 volt legyen, már régen szó van. Az Autótechnika sok vonatkozásban már évekkel ezelőtt körüljárta a kezdeti megoldásokat, leírtuk a kezdeti gyártói megfontolásokat. Azt tanulják gyermekeink (mi pedig tudjuk), hogy egy berendezés hajtásához, ha ismert, és ismert annak teljesítményigénye, akkor a P = U.I összefüggés szerint a 14 voltos feszültség melletti áram értéke meghatározható. Ma ez, a fenti hajtásokat figyelembe véve, 14 V mellett majd’ 1000 A is lehet. Ehhez pedig vezeték (átmérő) is szükséges, ez tömegnek, költségnek sem semmi. Nagyok a veszteségek, a melegedés is problémát okozhat. Ha az elektromos hajtású rendszer fedélzeti feszültsége 48 V, akkor az áram mintegy 3,5-szeresére esik vissza. Lehet ezt egy másik szempontból is nézni: adott áramfelvételnél a 48 V-os hálózatban nagyobb teljesítményleadásra képes a fogyasztó, például egy villanymotor. És még valami: kisebb lehet az elektromos beavatkozó, ismét csak példaként a villanymotor.

A Bosch „villamosított” alternatív hajtásokat összefoglaló ábrája a mild hibridet előkelő helyre sorolja ➊. A Bosch szerint 2020-ban a 48 V-os mild hibrid új autók száma a világban meghaladja majd a 4 milliót. (Az akkor várt közel 80 milliós új személyautó gyártáshoz képest ez viszonylag szerény darabszám, de ne feledjük, nincs – ma még nem tudunk róla – egyedül üdvözítő megoldás.)

➊ Az előnyök között első helyen szerepel a „vitorlázás” funkció (az angol ezt „coasting”-nak is nevezi). Ez a „stop-start” rendszer kiterjesztését jelenti: akkor is leáll a motor, ha szabadon, gázelvétellel gurulunk, mert enyhe lejtőn megyünk, vagy lámpához „csurgunk”, vagy utolérésnél motorfékkel vagy üresben gurulunk.

A MULTI HIBRID

A mild hibrid a belépő a hibridek közé. Önálló elektromos járműhajtás nélküli kialakítás, de a fékezési energia visszanyerésén túl „booster” funkcióra, azaz időleges teljesítményfokozásra képes. Számos korábbi modellnél láttuk, hogy a generátor olyan villamos gép, mely egyben motor is. Ma ezeket BRM-nek nevezik, az angol rövidítés feloldása Boost-Recuperation-Machine, azaz teljesítményfokozó, fékezési energia visszanyerő villamos gépet jelöl. A mild hibrid egészének neve pedig BRS, Boost Recuperation System Motorüzemben szíjjal hajtja a belső égésű motor főtengelyét, ezen keresztül maximálisan 10 kW-tal növelve gyorsításkor az autó teljesítményét. Ebben nincs újdonság. Ilyet német és francia autógyártók, elsősorban a Valeo indítógenerátorával már gyártottak, többen abba is hagyták, másoknak már a II. generáció van a gyártási palettáján. Az újdonság az, hogy a fedélzeti feszültség 48 V. Továbbá az, hogy ez a booster funkciót is tudja, és több segédberendezés hajtása elektromos hajtásra állítható át. Ma ez a téma nagyon foglalkoztatja a szakembereket, még nem késő jelentkezni a „3rd International Conference Automotive 48 V Power Supply Systems” tárgyú konferenciára, melyet 2015. november 24–26-a között tartanak Düsseldorfban, a Hotel Hiltonban.

NAGYON KEDVEZŐ AZ ÁR–ÉRTÉK ARÁNYA

A mild hibrid az az alternatív hajtás konstrukció, melynek eredményei mellett az ára elfogadható, piacképes. És a gyártó számára ez a legfontosabb.

A mild hibrid előnyei, vegyük sorra, számosak:

– a rendszer nem növeli ugrásszerűen a költségeket,

– a gépjárműfogyasztást a jelenlegi NDEC-teszten legalább 8–15%- kal csökkenti, és a bevezetendő

– WLTP-ciklusban is számottevő,

– nincsenek jelentős üzemeltetési, karbantartási gondok,

– viszonylag egyszerűek és már kifejlesztettek a villamos berendezések,

– az akkumulátor sem okoz komoly gondot, mint a nagyfeszültségű (kb. 600 V-os) rendszereknél, ahol nemhogy a hűtésről kell gondoskodni, hanem külön termomenedzsment-rendszert kell alkalmazni,

– az akkumulátor lehet olcsó savas ólomakku, de nagy erőkkel folyik a kutatás a nanofoszfát EXT (EXtreme Temperature) Li-ion akkuknál is, melynek – ezt célozza a fejlesztés – nincs szüksége hűtésre,

– álló motornál is működhetnek a komfortberendezések (pl. légkondicionálás, szellőztetés, ablakfűtés stb.),

– a motor újraindítása sokkal gyorsabb és szerkezetkímélőbb, a start/ stop rendszer a „vitorlázás” funkcióval gond nélkül kiegészíthető,

– a vezetési komfortot, a sportosságot, a jó gyorsulást kedvezően fokozza, így az ügyfélelégedettséget növeli,

– benzinüzemű és dízelüzemű motorral egyaránt használható,

– a világ bármely részén alkalmazható.

A 48 V-os rendszer kialakításában sokféle lehetőség van, a villanymotor/ generátor elhelyezésére is van több alternatíva. Legnagyobb esélye a szíjhajtású indítógenerátornak van. A neves rendszerbeszállítók, így a Bosch is elkészült 48 V-os rendszerével (➋ ábracsoport!).

➋

A Continental is elké- szítette 48 V-os mild hibrid rendszerelemeit, és azokkal gépjárműbe építve folytatja a kísérleteket ➌.

NE CSAK AZ ELŐNYÖKET, A HÁTRÁNYOKAT IS NÉZZÜK!

Ismerve a szükséges új szerkezeti egységeket (elektromos gép, akkumulátor, DC/DC átalakító, elektromos hajtású segédberendezések stb.), a rendszer drágább, mint a 12 V-os mild hibridé. A nagyobb, de még komolyabb érintésvédelmi intézkedéseket nem igénylő feszültség, és ha a fogyasztó igényli, a korábbinál nagyobb áramnál fokozó- dik az ívhúzás, így a tűzeset veszélye. Ez a csatlakozásoknál új, az eddiginél biztonságosabb kialakítást igényel. A ➍ ábra a 48 V-os rendszer lehetséges feszültségtartományait veszi sorra, néhány nagy európai közös szabvány ajánlása, az LV 148 szerint. A szokásos működési feszültségtartomány 36–52 V között van. Ennél kisebb vagy ennél nagyobb feszültségnél működési korlátozások lépnek fel. Fontos határ az 54 V és a 60 V. Követelmények az LV 148 szerint: Érintésvédelem nem szükséges, ha a DC-feszültség kisebb 60 V-nál. Egy hibás alkatrész meghibásodása sem vezethet rövidzárlathoz 48 V-os és 12 V-os E/E rendszer között. Közös test (alváz) potenciál 12 V-nak és 48 V-nak, amely vezetékekkel és csatlakozókkal kapcsolódik. Vannak olyan hatások nagyobb feszültségnél mint 48 V, amelyek kiegészítő rendszer védelmet igényelnek. Az egyik ilyen hatás az ívhatás. Ha az ívképződés megjelenik, akkor a környező anyagok lángra kaphatnak a nagy hőmérséklet, kb. 6000 °C miatt.

MINDEN AMERIKÁBAN KEZDŐDÖTT?

Az autótechnikában, ha a kezdetek európaiak is, szinte minden a tengeren túl fogant! Így van ez a mild hibrid növelt rendszerfeszültségű konstrukciójával is. A Saturn VUE kompakt SUV Green Line volt az első nagy szériában gyártott mild hibrid. A GM Theta platformra épült az alapmodell 2002-ben. A Saturn VUE második generációjá- ban, 2006-ban született meg a környezetvédelmi szempontokat fokozottan szem előtt tartó, GM-megnevezés szerint „assist hibrid” konstrukció. Indítógenerátorát BAS-nek nevezik, Belt Driven Alternator Starter, azaz szíjjal hajtott indítógenerátor. A BAS feszültsége 36 V (üzemi feszültség 42–45 V), akkumulátora NiMH. (Akkuhiba miatt visszahívása is volt.) Minden eddig elmondott mild hibrid funkciót tudott. Motorja 2,4 literes, 130 kW-os ECOTEC benzinmotor. A GM a rendszert továbbfejlesztette, 2012-től került piacra a Buick LaCross modellben. A mild hibrid rendszer új nevet kapott: eAssist. Az akkumulátor Lítium-ion, a rendszerfeszültség 115 volt, a BAS is nagyobb teljesítményű lett: 15 kW-os (107 Nm).

AZ ELSŐ 48 V-OS, DÍZEL „FECSKE”

Várhatóan az első, talán jövőre piacra kerülő 48 V-os mild hibrid autó a KIA Optima T-Hybrid lesz (lásd a címké- pet!). A rendszert nemzetközi csapat fejlesztette, élen a Hyundai Motor Group áll, kutató-fejlesztő az AVL Intézet, az indítógenerátor gyártója a Valeo, az akkumulátorok az EastPenn akkumulátorgyártótól származnak, az Advanced Lead Acid Battery Consortium (ALABC) közreműködésével. Lehet mondani, hogy nem is szokvá- nyos változatban, nem az eddig taglalt struktúrában. A KIA dízelmotoros, lökettérfogata 1,7 dm3, hagyományos turbótöltőjét villanymotoros kompresszor egészíti ki ➎. A mild hibrid és az akkumulátorai, a 12 V-os és a 48 V-os (31 kg, kb. 1 kWh) egyaránt savas ólomakkumulátorok. A KIA csak az összteljesítményt adja meg, ha a gyorsításban az i-StARS is segít, 170 LE-s és 380 Nm forgatónyomatékú. Villamos gépe, a Valeo 2. generációs i-StARS (Integrated-Starter-Alternator Reversible System), 2010 végén jelent meg. Teljesítménye 15 LE, nyomatéka 56 Nm. Elődjétől annyiban különbö- zik, hogy az irányító elektronikát a villamos gép tartalmazza. Az indítógenerátorról az Autótechnika 2015/5. számában írtunk. Alkalmazások értesülésünk szerint például: Nissan Serena i-StARS 137, PSA e-hdi i-StARS 144, BMW Hybrid. Az elért eredmé- nyeket a 6. ábráról olvashatjuk le.

BIZONYTALAN VÉGSZÓ

Vajon most kezdődik és felerősödik, vagy még el sem kezdődött és tündök lés után hamar kifut a „48-as” mild hibrid történet? A mild hibrid sokáig megoldás lesz! A „48-as” változat előnyösnek tűnik. Ma nem engednek a szakemberek a 48-ból… Nem lenne kétségünk efelől, ha nem szólnának arról a hírek, hogy a „14 V-os” hálózatú mild hibrid rendszereket is sikerül eredményesen továbbfejleszteni…

150 ELEKTROMOS TÖLTŐÁLLOMÁS LÉTESÜL ORSZÁGSZERTE

Nemzetközi összehasonlításban is sikerként könyvelhetjük el, hogy elké- szült, és a kormány jóváhagyta a Jedlik Ányos Tervet és a hozzá kapcsolódó Jedlik Cselekvési Tervet is – emelte ki Varga Mihály nemzetgazdasági miniszter szeptember 7-én, a főváros legújabb elektromos töltőállomásának átadásán. A szén-dioxid-kvóta értékesítéséből idén hétmilliárd forintot fordít a kormány az elektromobilitás infrastruktúrájának fejlesztésére. A Jedlik Ányos Terv elfogadásával az Európai Unió egyik legelső átfogó és koherens stratégiai tervdokumentuma született meg – hívta fel a figyelmet a tárcavezető a legújabb, a Szemere utca és az Alkotmány utca sarkán felállított, mindhárom magyar töltőszabványnak megfelelő elektromos töltőállomás átadásán. A környezetvédelem erősítése, valamint hazánk gazdasági sebezhetőségének csökkentése miatt kívánja a Nemzetgazdasági Minisztérium – a kormány támogatásával – erőteljesen ösztönözni az elektromos közlekedés térnyerését Magyarországon – fogalmazott Varga Mihály. Hozzátette: akkor lehet sikeres a program, ha ki tudjuk építeni az elektromos közlekedéshez tartozó infrastruktúrát, ösztönző szabályozási környezetet teremtünk, és az embereket is érdekeltté tudjuk tenni az elektromos járművek használatában. Ami az infrastruktúra kiépítését illeti, emlékeztetett arra, hogy a szén-dioxid-kvóta értékesítéséből származó bevételek közel 25 százalékát az elektromobilitás infrastruktúrájá- nak kialakítására fogja felhasználni a kormány. Erre a célra az idei költségvetésben közel 7 milliárd forint áll rendelkezésre. A tervek szerint első körben 150 db villámtöltő berendezés létesül, elsősorban az autópályák mentén, valamint a megyei jogú városokban. (Forrás: Nemzetgazdasági Minisztérium)