Elektromos Járművek Története és Jelenlegi Helyzete
Az elektromos járművek a járműipar múló szeszélyének tűnhetnek, pedig valójában évtizedekkel megelőzték a benzinmotor feltalálását.
A Kezdetek (1801-1850)
A korai elektromos autókat az Egyesült Államokban és Skóciában fejlesztették ki.
Mielőtt azonban ezekre rátérnénk, meg kell említenünk Jedlik Ányos magyar feltalálót, aki 1828-ban kifejlesztett egy elektromotort, amelyhez egy kicsi modellautót is konstruált, amelyet már az új motor hajtott. Sokan innen eredeztetik az elektromos autók családfáját.
A történetírás az első használható elektromos jármű prototípusának megalkotását egy skót úriemberhez, bizonyos Robert Andersonhoz köti.
A korai évek kapcsán még egy nevet érdemes talán említeni, Thomas Davenportét, aki az Egyesült Államokban alkotta meg elektromos járművének prototípusát, amelyet egy saját maga fejlesztett, egyenárammal működő motor hajtott. A jármű modellje egy kör alakú pályán mozgott, és egy fém sínről kapta az áramot. A feltalálót, aki egyébként kovácsként dolgozott, korai halála megakadályozta, hogy életnagyságban is lássa koncepciójának megvalósulását.
Toyota Auris hibrid részletes adatok
Az Első Lépések Kora (1851-1900)
Ebben az időszakban piacra lépnek az első elektromos autók, és kedvező fogadtatásra lelnek.
1888-ban Andreas Flocken német mérnök megépítette az első négykerekű elektromos autót. Korában számos háromkerekű konstrukció készült.
Az első elektromos hajtású haszongépjárművek a New York-i taxik sorát gyarapították. 1897-ben léptek szolgálatba, gyártójuk a Pope Manufacturing volt, amely később az Egyesült Államok első nagyüzemi elektromosautó-gyártója lett. A vállalatot Albert Augustus Pope alapította 1877-ben Bostonban és 1899-re már évi 500 darab gépkocsit gyártottak. Sajnos a történet 1907-ben sok nehézség után bankcsőddel ért véget, majd nem sokkal később a tulajdonos is meghalt.
1899-re már a gépjárművek teljesítményére sem lehetett panasz. A francia gyártású ”La Jamais Contente” (Az örök elégedetlen) sebessége már meghaladta a 100 km/órát. A torpedó testű gépkocsi kasztnija könnyű fémötvözetből készült és két 25 kilowattos elektromos motor hajtotta. A gépkocsi valószínűleg nagyobb sebességet is elérhetett volna az 1899 május 1-jén, Párizs mellett mért 105 km/óránál, ha kicsit jobban figyelnek a légellenállásra és lejjebb ültetik a vezetőt.
1900-ra az áramhajtású autók nem kisebb fegyvertényt mondhattak magukénak, minthogy az Egyesült Államokban 28 százalékos piaci részesedést értek el a közúti járművek körében.
Késések az elektromos Land Rover terveiben
Felívelés és Bukás (1901-1950)
1908 azért fontos dátum az elektromos gépjárművek történetében, mert ekkor vették elő azt a szöget, amelyet végül az áramautók koporsójába vertek: megjelent a piacon a benzinmotor hajtotta Ford T-modell. Az autót 1927-ig gyártották és több mint 15 millió darabot gyártottak belőle. Volt olyan nap 1925-ben, amikor 9-10 ezer darab gördült le belőle a gyártósorokról. A Ford T-modellnek magyar vonatkozása is van, tervezői csapatában két neves autókonstruktőrünk is részt vett, nevezetesen Galamb József és Farkas Jenő.
Az első amerikai elnök, aki gépkocsit vásárolt magának William Taft volt, aki történetesen egy elektromos gépkocsi mellett tette le a voksát. A volt elnök egyébként egy Baker Electric típusú autót vásárolt magának, de például Thomas Edison első autója is egy Baker Electric modell volt.
1912 két okból is fontos az elektromos gépjárművek szempontjából: egyrészt ekkor találták fel az elektromos önindítót, amely sokkal kényelmesebbé tette a robbanómotoros gépjárművek kezelését (újabb szög az elektromos autók koporsójába), másrészt a 30 ezres darabszámával történelmi csúcsra emelkedett az üzemben álló, árammal hajtott autók száma.
És ezzel voltaképpen el is kezdődött az elektromos autók visszaszorulása: az 1930-as évek közepére az árammal hajtott gépkocsik voltaképpen eltűntek a föld színéről. Ebben a legnagyobb szerepet a belső égésű motorok elterjedése és az olcsó üzemanyag játszották a legnagyobb szerepet. És kisebb lokális próbálkozásoktól eltekintve a helyzet voltaképpen nem is változott az 1960-as évekig.
Az egyik ilyen próbálkozás viszont mindenképpen szót érdemel. 1947-ben egy japán autógyártó cég, a Fuji Precision Industries, piacra dobott egy 4,5 lóerős elektromos autót, amelynek a Tama nevet adták. Ennek ugyan sem a teljesítménye, sem az egyéb paraméterei nem úttörőek, azonban mégis fontos szerepet tölt be az áramautók evolúciójában: méghozzá azért, mert ugyanazon okból hozták létre, mint amiért ma is egyre inkább a közúti közlekedés elektrifikációja felé fordul az emberiség - spórolni kellett a fosszilis energiahordozókkal.
Corolla elektromos ablak beépítés
A Második Felvirágzás (1951-2000)
A magas olajárak és az egyre növekvő környezet- és klímaszennyezés a múlt század második felében ismét az elektromos autók felé fordította a közvélemény, a kutatók és az autógyártók figyelmét.
1966-ban úttörő kezdeményezésre került sor a benzinfaló autók hazájában, az Egyesült Államokban: a kongresszus olyan szabályozásra adta áldását, amely az elektromos autókat a légszennyezés elleni küzdelem egyik hatásos eszközeként nevesíti.
A fejlesztések ugyanakkor nem álltak le teljesen. Az elektromos autókkal kapcsolatos kutatások egyik fő mozgatórugója az egyre inkább kiélesedő űrverseny volt - az első holdautók mozgatására ugyanis más megoldást nem találtak a mérnökök, mint az elektromos hajtást. A kutatások eredménye nem is maradt el: 1971 július 31-én egy áramautó - a Lunar rover - lett az első embervezette jármű a Hold felszínén. A három autó még mindig a Föld égi kísérőjén parkol.
Hogyan jutott el az Apollo holdjáró a Holdra
Az 1970-es évek olajválság újabb lökést adott az elektromos hajtású közúti járművek fejlesztésének. Ennek kapcsán a francia kormány 1976-ban elindította a PREDIT programot, hogy ezzel gyorsítsa fel az elektromos hajtású járművekhez kapcsolódó kutatás-fejlesztési aktivitást. A program egyébként több szakaszra bontva egészen 2006-ig napirenden volt és többek között olyan projektek fejlesztése köthető hozzá, mint a TGV.
Az 1990-es években pedig elszabadult a pokol: egyre több gyártó jelentette be környezettudatos hibrid vagy teljesen elektromos hajtású járművének fejlesztését, majd megjelenését, piaci forgalomba hozását. A teljesség igénye nélkül - 1996-ban jött a General Motors EV1-ese, 1997-ben a Toyota kezdte árusítani a hibridhajtású Priust, amelyből már a gyártás első évében 18 ezer darabot adtak el.
A Kiteljesedés Kora (2001-)
Az új évszázad/évezred első évtizedében a kormányzati és magánszektor is ismét az elektromos hajtás felé fordul. A fejlesztési lendület voltaképpen kitart az előző évtized közepétől egészen jelen korunkig. Olyan ma már jól csengő nevek jelennek meg a piacon, mint a Nissan LEAF és a TESLA.
Párizsban 2011-ben pedig elindul a világ legnagyobb elektromosautó-megosztó szolgáltatása - az Autolib -, amely egymaga 3000 jármű tulajdonlását tűzte ki célul.
Ugyanakkor a francia kormány sem tétlenkedik, beindítanak egy olyan programot, amelynek keretében az állami gépjárműparkot 50 ezer új elektromos hajtású eszközzel terveznek bővíteni. Meglepő, de az interneten talált adatok szerint jelenleg mindkét program fut még.
Ugyanebben az évben az elektromos gépjárművek száma történelmi rekordot ér, 50 ezer ilyen jármű üzemelt ekkor a világban. Alig egy évvel később ez a szám már 180 ezer.
E-mobilitás: A Jövő Mobilitása
Szuperforró téma manapság az e-mobilitás. Sokan nem tudják, mit is jelent, pedig kifejező szó: gyakorlatilag minden ide tartozik, ami az elektromosság és a mobilitás kérdéskörét érinti. Amibe belefér egy akkumulátor, azt mozgásba hozzuk - ígéri az e-mobilitás. A gyártástechnológia fejlődése miatt előbb-utóbb mindenbe akkumulátor kerülhet - ígérik a mérnökök.
Elektromos járművek a XIX-XX. században is léteztek. Ma már nem ez a helyzet. Egyre olcsóbban kaphatunk egyre többféle elektromos járművet. Az akkumulátorok folyamatos árcsökkenése és teljesítményjavulása, az alternatív energiaforrások elterjedése, meg persze az elmúlt évek műszaki innovációja rengeteget javított a villanymotorok hatékonyságán.
Az e-mobilitási stratégia a következő alapelvekre épül:
- Környezetbarát megközelítésre épül. Az e-mobilitási stratégia kialakítása során figyelembe veszik a Párizsi Klímaegyezményben meghatározott célokat. Az elektromos járművek és eszközök elterjedése javítja a levegő minőségét, és - az elektromos motorok csendesebb működése miatt - csökkenti az egészségkárosító zajszennyezést.
- Jogi szabályokra és műszaki szabványokra alapul. Az e-mobilitás fejlesztése csak akkor lehetséges, ha a jogi környezet ezt kifejezetten ösztönzi. A fejlődéshez szükség van a kormány támogatására, de a műszaki és tudományos szabályozó testületek által felállított szabványokat is fontos figyelembe venni.
- Csökkenti a járművek és a közlekedés költségeit. Az e-mobilitás előnye már a kiadáscsökkenésben is megmutatkozik: az elektromos járművek teljes élettartamra vonatkozó ára - vagyis a karbantartási és az üzemanyagköltség - jóval alacsonyabb lehet, mint a belsőégésű motorokkal hajtott járműveké.
- A fosszilis üzemanyagok háttérbe szorítása. A környezetvédelmi célok eléréséhez elengedhetetlen a fosszilis üzemanyagok fokozatos kivezetése.
Az Elektromos Járművek Típusai
Az elektromos járművek meghajtásához többféle akkumulátort, motort és üzemanyagcellát használnak.
- Tölthető akkumulátoros járművek: Autók, kis- és nagybuszok, biciklik, motorok, hajók és repülők. Egy vagy több elektromos motor hajtja őket, amik többnyire újratölthető akkumulátorból nyerik a működési energiát. Az újratöltés otthoni vagy távoli töltőállomásokon zajlik.
- Hidrogén üzemanyagcellás járművek: Ezek elsődleges üzemanyagként hidrogént használnak. A mozgási energiát vegyi úton állítják elő: az oxigént és a hidrogént reakcióba léptetik az üzemanyagcellában, ami mozgásba hozza az elektromos motort.
- Hibrid elektromos járművek (HEV): A HEV-ek elektromos energiát használnak a kis sebességű haladáshoz, de gyorsításkor dízel- vagy benzinhajtásra váltanak; ilyenkor töltődik a jármű akkumulátora is. A HEV-ek nem tölthetők az elektromos hálózatról.
- Csatlakoztatható hibridek (PHEV): A jármű motorját alapvetően akkumulátor hajtja, de ha lemerül, átválthat belsőégésű motorra is.
E-mobilitás Kell?
A megújuló energia és a villanyautó már nem a kockázatkedvelő befektetők hazárdjátéka, hanem a valós beruházásoké és a reálisan megtérülő haszoné.
Az elektromos járművek társadalmi elfogadottsága régiónként változik. Kínában a helyi és szövetségi kormány egyaránt rengeteget költ akkumulátor- és elektromotor-fejlesztésre, illetve zöld technológiákra: nem véletlen, hogy a CATL akkumulátorgyár alig egy évtized alatt a világ legnagyobb gyártója lett.
Az elektromos járművek elterjedéséhez a kapcsolódó infrastruktúra fejlesztése is nélkülözhetetlen. Ezért fontos, hogy az állam és a jogalkotás támogassa az e-mobilitási rendszerek párhuzamos fejlesztését. Azokban az országokban, ahol a helyi járműflottában nőtt az elektromos járművek száma, a társadalmi elfogadottságuk is javult, és egyre többen ismerték fel az előnyeiket.
A Vásárlók Dilemmái
Bár az elektromos járművek környezetkímélő hatásait gyakran tárgyalják a médiában, a vásárlók nem ismerik elég jól az új technológiákat. Az átlagvásárló csak annyit tud, hogy az e-autó drága, és nem olyan kényelmes az újratöltése, mint egy benzinkúti tankolás.
A vásárlók csak az árcímkét nézik. Semmi sem olyan meggyőző hívószó, mint az alacsony ár. A pozitív társadalmi megítélés és a környezetbarát technológia ígérete önmagukban nem fogják népszerűbbé tenni az elektromos járműveket.
Az e-mobilitási eszközök egyik komoly hátulütője, hogy a kezdőár általában magasabb; a befektetés hosszú távon térül meg. Ha az e-autók alapára a benzineseké alá csökken, az nagy lökést fog adni az elektromosautó-piacnak. A szakértők ezt 2025-re várták, de a friss előrejelzések alapján már 2023-ban átbillenhet az egyensúly.
A vásárlók elégedetlenek a hatótávolsággal. A McKinsey jelentése szerint az elektromosautó-használók 38 százalékának az akkumulátorral és a töltési nehézségekkel volt a legtöbb problémája. 16 százalékuk említette a hatótávolság miatti aggodalmat; ilyenkor a sofőr amiatt aggódik, hogy nem jut el a legközelebbi töltőpontig.
A vásárlók nem hiszik el, hogy az elektromos autók „zöldebbek”. Egy e-autó a teljes élettartama alatt feleannyi szén-dioxidot bocsát ki, mint egy belsőégésű modell. A közvetett kibocsátás mutatja meg, hogy az akkumulátor töltéséhez használt energia milyen forrásból származik. Ha széntüzelésű vagy nukleáris erőműből, akkor az externália máshol és máshogy jelentkezik: az erőmű károsanyag-kibocsátásában.
Elektromágneses Terek és Az Elektromos Autók
Az elektromos autók terjedésével egyre többeket foglalkoztat, hogy vajon az elektromos hajtás miatt erősebb elektroszmog éri-e a vezetőt és az utasokat. A Német Autóklub (ADAC) nagyszabású vizsgálata szerint azonban az elektromos járművekben mért elektromágneses terek nem jelentenek egészségügyi kockázatot.
A kutatás a Szövetségi Sugárvédelmi Hivatal és a Szövetségi Környezetvédelmi Minisztérium megbízásából készült, több neves intézmény - köztük az RWTH Aachen egyetemi klinikája és a Seibersdorf Labor GmbH - közreműködésével. Az eredmény egyértelmű: az elektromos autókban mért elektromágneses terek nem jelentenek egészségügyi kockázatot. Az úgynevezett alap-határértékeket és referenciaértékeket egyik vizsgált jármű sem lépte túl.
De mit is jelent pontosan az „elektroszmog”? Ez a kifejezés az elektromos és mágneses terek összességére utal, amelyek mindenütt jelen vannak, ahol áram folyik - tehát nemcsak elektromos, hanem benzines vagy dízelautókban is.
A kutatók azt is megállapították, hogy az elektromágneses terek erőssége járművenként eltérhet, de nem a motorteljesítménytől, hanem inkább a jármű felépítésétől és a vezetési stílustól függ.
Az ADAC szerint a kutatás nemcsak megnyugtató, hanem iránymutató is a jövőre nézve. A gyártóknak a fejlesztések során érdemes figyelembe venniük az elektromágneses terek csökkentésének lehetőségeit - például az elektromos komponensek elhelyezésének optimalizálásával.
Elektromos Motorok Típusai
A hagyományos meghajtású autóknál ma már nagyjából mindenki tudja, hogy mi a különbség a benzin és a dízel vagy a kétütemű és a négyütemű motorok között, a kockák pedig azt is tudják, hogy mitől más egy Wankel-motor, mint a többi. Bár az elektromotorok előnye a belsőégésű motorral szemben a rendkívül egyszerű felépítés, ez közel sem jelenti azt, hogy minden elektromos motor egyforma.
A villanymotorok - mint a nevében is benne van - villamosság, azaz áram segítségével üzemeltethetők. Fizika órán tanultuk, hogy az árammal átjárt vezető körül mágneses tér keletkezik, ennek gyakorlati alkalmazására azonban sokáig nem került sor, csak a tudósok ismerték a villamos áram ezen tulajdonságát.
A mai villanymotorok elődjét a magyar Jedlik Ányos 1825-ben készítette el, amelyet ő villámdelejes forgonynak nevezett el. A működés alapja természetesen a villamos áram mágneses hatása, valamint az azonos pólusú mágnesség révén létrejövő taszító erő.
A DC villanymotorok esetében a fent látható módszer szerint szükség van arra, hogy a forgórész tekercsében folyó áram irányát rendszeresen megfordítsuk, erre az úgynevezett kommutátor, vagy osztott csúszógyűrű használható. Ennek feladata tehát, hogy a bejövő áramot a tekercs megfelelő vezetékére juttassa és forgás közben a megfelelő időben polaritást váltson. A kommutátor a legtöbb esetben rézből készül, amelyhez rugóval feszített ún.
Mivel a villanyautók akkumulátorai egyenáramot tárolnak, nyilvánvaló lenne, hogy a hajtást is egyenáramú motor biztosítsa. Hagyományos DC motorokkal autókban (belsőégésűekben is) jobbára az ablaktörlők motorjainál vagy ablakmosó folyadék szivattyúinál találkozhatunk, de újabban ezek lehetnek módosított, kommutátor nélküli típusok is.
Adott volt tehát az igény egy olyan egyenáramú motor létrehozására, ahol valami más váltja ki az áramirány váltás feladatát, másképpen oldják meg a mágneses mező megfordítását. Ehhez persze az kellett, hogy ne a forgórész mágnesességének irányát változtassuk meg, hanem az állórészét. Ennek előnye azon kívül, hogy nem szükséges a kopó alkatrésznek minősülő kommutátor használata - amely így jobb hatékonyságot eredményez -, hogy nem lesz elektromágneses interferencia (nincs szikrázás), jóval kisebb a karbantartási igénye, illetve mivel a forgórész nem gerjesztett tekercs, így az kevésbé melegszik, jobb lesz a motor hűthetősége is.
A nagy teljesítménnyel is készíthető BLDC motorok az autókban az ablaktörlőktől az ablakemelőkön át a légbefúvó ventilátorokig sok területen megtalálhatók, de a „drive by wire” megoldású vezérléseknél is ezt használják.
Az egyenáramú motor praktikus ott, ahol egyenáramot használnak, viszont a háztartásokban és az iparban is váltakozóáram terjedt el, ezért komoly figyelmet kaptak a váltakozóáramú, azaz AC motorok is. A fejlesztések során egyértelművé vált, hogy az azonos teljesítményű DC és AC motorok között jelentős méret és tömegbeli eltérés van, méghozzá az AC motor javára.
A váltakozó áramú motoroknál működés szempontjából kétféle típust különböztethetünk meg: szinkron vagy aszinkron. Az aszinkron váltóáramú motor az ipar igáslova, igen elterjedt, amelyet egyszerű felépítésének köszönhet.
Az aszinkron AC motorok képesek generátoros üzemben is működni, így gond nélkül alkalmazhatók villanyautókban fékezési energia visszatáplálására is. De hogyan kerül háromfázisú váltakozó áramú motor egy egyenáramot biztosító akkumulátorokkal felvértezett elektromos autóba? A megoldást a napelemes rendszereknél is alkalmazott inverterek adják (legalábbis működési módjuk tekintetében). Ez az eszköz teszi lehetővé, hogy az egyenfeszültségből akár három fázisú, 120 fokkal eltolt váltakozófeszültséget hozzunk létre.
tags: #elektromos #jármű #wikipedia