Már sokszor és sokat olvashattunk a villamos autókról, ám a szénhidrogén-készletek csökkenése, valamint a növekvő levegőszennyeződési és zajgondok azt jósolják, hogy még többet fogunk. A világ számos nagyvárosában futnak már elektromos kismotorok, személyautók, még több helyen a tömegközlekedést szolgáló autóbuszok. Düsseldorfban és Münchenben már több mint három éve közlekednek pótkocsis elektrobuszok. Stuttgartban is teljes vonalat villamosítottak 16 hibrid hajtású autóbusszal. Majd mindegyik jelentősebb autógyár kikísérletezte már a maga „elektromobilját”. Arról azonban, hogy mi van a motorháztető alatt, kevesebb szó esik, inkább csak a végeredményről kapunk több-kevesebb tájékoztatást. A következőekben éppen ebbe a motorházba szeretnénk benézni egy kicsit.

Olyan, mint a megszokott Ikarus, pedig hibrid hajtású „Elektrobusz”, amelynek akkumulátorait egy Mercedes motor segítségével generátor tölti

Az elmúlt évben az elektromobilok fejlődése is nagy eredményeket ért el, bezárult néhány fejlesztési zsákút, és kialakultak a fejlesztés járható útjai is. Megnyugtató és kitűnő paraméterekkel rendelkező megoldás terjedt el világszerte a villamos járművek szabályozására. Korábban erre egy módszert ismertek (sok esetben még ma is alkalmazzák): nagy veszteséget jelentő ellenállással szabályozták a villamos motor nyomatékát és fordulatszámát. Már a negyvenes években foglalkoztak ennek az előnytelen szerkezetnek a kicserélésével, helyette mechanikus kapcsolóval szaggatták a motor áramkörét. Ez a kapcsoló azonban nem sokáig „bírta a strapát”, érintkezői már 10 Hz-es kapcsolási frekvenciánál erősen koptak és összehegedtek. Ugrásszerű változást jelentett a tirisztor felfedezése, melynek segítségével a régi ötlet megvalósulhatott.

MA MÁR A VILLAMOS AUTÓK korszerű szabályozását hasonló elven alapuló egyenáramú szaggatók végzik, melyek több mint 95%-os hatásfokkal dolgoznak. Ez a megoldás még más előnyöket is kínál: többek között igen hosszú élettartamot, valamint a rekuperációs (visszatápláló) fékezés lehetőségét. Technikailag ugyancsak tökéletesen megoldott az egyenáram különböző frekvenciájú váltakozó árammá alakítása, és ennek szabályozása is. Jelenleg még dúl a harc: egyenáramú (elsősorban külső gerjesztésű) motor vagy váltakozó áramú aszinkron motor kerüljön-e a villamos autókba.
A gyakorlati kivitelezés kulcskérdése ma – és még várhatóan a közeljövőben is – az energiahordozó telepek elégtelensége. Magyarországon jelenleg nagyobb sorozatban elkészíthető villamos autókhoz még mindig csak a hagyományos ólomakkumulátor lenne felhasználható, melynek energiatároló képessége két nagyságrenddel kisebb, mint a folyékony tüzelőanyagoké. Továbbfejlesztési lehetőségei persze kétségtelenül ennek a megoldásnak is, egy dolog azonban feltétlenül elgondolkoztató. Ha a máig elért legjobb ólomakkumulátorok fajlagos tárolóképességét (25-30 Wh/kg) a háromszorosára növelnénk, akkor már a tárolóképesség elméleti határát is megközelítenénk, és ez még mindig vitatható konkurrenciát jelentene a belsőégésű motoroknak. (A benzin tárolóképessége – átlagos hatásfokot figyelembe véve – 1500 Wh/kg.)

A LÚGOS AKKUMULÁTOROK az utóbbi néhány évben rendkívül sokat fejlődtek. Míg öt évvel ezelőtt a fejlesztők még teljesen elvetették annak a lehetőségét, hogy villamos járműhöz Ni-Cd akkumulátort alkalmazzanak, ma már tárolóképessége felülmúlja az ólomakkumulátorét. A további lehetőségeket vizsgálva azonban itt sem derűsebb a kép, mint a savas akkumulátoroknál; az elméletileg elérhető maximális érték is túlságosan alacsony.

Nem most szerepel először lapunkban e két különleges jármű. A szépen formázott, csendes sétakocsikázásra – adott esetekben taxizásra – igazán ideális négykerekűt még 1968-ban láthattuk a Budapesti Nemzetközi Vásáron is

Bármilyen megoldhatatlannak látszó nehézségekkel is küzdenek ma még a „nagy energiájú elektrokémiai energiatároló rendszerek”, fejlesztésükkel foglalkozni kell, mert a probléma jövőbeni megoldását ezek jelenthetik. Ma ezek a rendszerek még rendkívül költségesek, működésük nem elég megbízható, tömegszerű gyártásuk komoly technológiai problémákat vet fel. Az elméleti lehetőségeket vizsgálva azonban kiderül, hogy energiatároló képességük sokszorosan felülmúlja a hagyományos akkumulátorokét, és az elméleti határ megközelítéséig a jövőben igen sokat fejlődhetnek. A „nagy energiájú rendszerek” közül az elkövetkezőkben a lúgos Ni-Zn, a Na-S és a Li-F akkumulátorok előretörése várható.

A KÖNNYŰ ÉS NAGYON ELEKTRONEGATÍV ALKÁLIFÉMEK (Na és Li) alkalmazása alapvető nehézségekkel jár, elsősorban azzal, hogy ezekhez vizes elektrolitot nem lehet használni. A fejlesztők azzal próbálkoznak, hogy elektrolitként olvasztott sókat vagy szilárd ionvezető anyagokat alkalmazzanak, vagyis magas hőmérsékletű rendszerekben használják fel az alkálifémeket. Azzal a hátránnyal, hogy nagy hőmérsékleten kell dolgozni, az az előny jár, hogy az ilyen olvadékok vezetőképessége elegendően nagy. Na-S rendszernél 2,08 V-os egyensúlyi cellafeszültséggel az elméleti energiasűrűség körülbelül 800 Wh/kg-ra adódik. Ehhez elektrolitként 300-400°C-os aluminát kerámiát használnak, amely egyidejűleg az elektród anyagok elválasztását is végzi. Ilyen rendszerrel eddig 150 Wh/kg energiasűrűséget értek el (ez az elméleti maximális érték 19%-a), a várható élettartam néhány száz töltési ciklus.

Ugyancsak a VKI tervezte és készítette a Pannónia feliratos kétkerekűt is, amelynek erőforrása két Lada akkumulátor. Ezek energiája egy-egy töltéssel 25-30 kilométer távolságra 32 km/h sebességgel képes eljuttatni a kismotort és utasát, no meg 5 kg súlyú csomagját

Még az előzőnél is nagyobb lehetőséget rejt magában az Li és F elektródos akkumulátor, melynek elméleti energiasűrűsége 6000 Wh/kg. Gyakorlati megvalósítása azonban még nagyon korai stádiumban van, főleg az újratölthetőség jelent nagy problémát. Azt, hogy egy-egy rendszert mennyire lehet a gyakorlatba átültetni, attól függ, hogy a folyamatokat technológiailag sikerül-e kézben tartani. Az elektrolitok magas hőmérséklete az egész rendszer rendkívül jó hőszigetelését követeli meg, ez pedig olyan további járulékos súlyok felhasználását tesi szükségessé, melyek a várhatóan magas energiasűrűség-értékeket jelentősen csökkentik.

Elsősorban kórházak folyosóin végeztek próbákat ezzel a Hosiden elnevezésű, halkan gördülő kocsival, amely azonban nemcsak sima utakon használható. Az ügyes helykihasználást lehetővé teszi, hogy vezetője a hordágyon fekvő betegen kívül még egy ápolót is magával vigyen

A villamos autók fejlesztésében igen jelentős szerepet játszhatnak a tüzelőanyag-elemek, ezek képviselik jelenleg a legvonzóbb, de talán a legnagyobb fejlesztési kockázattal járó utat. A villamos hajtás ismert előnyein kívül a tüzelőanyag-cellák még további előnnyel is rendelkeznek: az utastér a tüzelőanyag-cella veszteséghőjével fűthető.

A SOK ELŐNYÖN KÍVÜL azonban újabb hátrányokkal is számolni kell. Ilyen például az üzemanyagtöltő állomások hiánya, de ennél sokkal fontosabb a robbanó gáznemű tüzelőanyag veszélyessége. A különböző tüzelőanyag-párosítások közül eddig legmesszebbre az alkálikus elektrolitikus hidrogén/oxigén cellák fejlesztése jutott. Levegővel való üzemeltetésük és metilalkohol-, ammónia- vagy benzinreformálóból nyert hidrogénnel való ellátásuk elvileg lehetséges, bár még hosszú fejlesztési időt igényel, hogy kicsi és könnyű berendezésekkel lehessen előállítani. Tisztán tüzelőanyag-cellás áramellátás helyett általában párhuzamosan kapcsolt akkumulátor és tüzelőanyag-elem párosítást használnak. Ez lehetővé teszi, hogy a tüzelőanyag-elemes aggregátot sima úton, gyorsulás nélkül haladó jármű teljesítményfelvételéhez méretezzék, a terhelési csúcsértékekhez szükséges energiatöbbletet pedig az akkumulátor szolgáltatja. Ugyanakkor ez a megoldás a rekuperációs fékezés előnyeit is kihasználhatja, az aggregát a menetszünetekben és a kisterhelésű periódusokban feltölti az akkumulátort. A tüzelőanyag-elemek hidrogén-oxigén ellátása már ma sem sokkal drágább a benzinnél, és a töltőállomások korszerűsítésével ez az ár jelentősen csökkenthető lenne.

Ez a kép az Elektro-Barkas kisteherautót és azt a speciális szerkezetet mutatja, amelynek segítségével percek alatt cserélhetők annak akkumulátorai. Ez a jármű különben 500 kg hasznos súlyt tud továbbítani 50-70 km távolságra egyszeri töltéssel

Ma még talán kissé merésznek tűnik, hogy autóval – egyáltalán bármilyen közúti járművel – kapcsolatban az atomenergia szóba jöjjön. Mégis várható, hogy az atomtechnika fejlődésével az atomenergia közvetlen villamos energiává alakítása olyan fokra jut, hogy a villamos autók telepeinek töltésére primer energiaforrásként atomenergiát lehet használni. Ez a villamos autók fejlődésében is forradalmi változást jelentene.
Hazánkban a Villamosipari Kutatóintézet foglalkozik az „elektromobilokkal”, és az ezekhez tartozó speciális elektrokémiai áramforrások kutatásával. A képeinken látható járművek is mind a VKI közreműködésével készültek.
Hogy az elkövetkezendő évtizedben melyik fejlődési irány erősödik meg, és milyen új irányok jönnek az eddigiekhez, azt ma még nehéz lenne megjósolni. Várható azonban, hogy a belsőégésű motorok ismert hátrányai előbb-utóbbi kikényszerítik a villamos autók „nagy ugrását”.

Perényi József

Itt a Tini 70 típusjelzésű, ugyancsak akkumulátoros bagi-jellegű kisautót ismerhetjük meg, amely próbaútjai során főként a fiatalok érdeklődését keltette fel