A villamos hajtású járművek (e-mobilitás) jelene és jövője - beszámoló

A Magyar Elektrotechnikai Egyesület Villamos Gép, Készülék és Berendezés Szakosztálya az Óbudai Egyetem MEE szervezetével együttműködve 2017. május 3-án jól sikerült szakmai napot tartott „A villamos hajtású járművek (e-mobilitás) jelene és jövője” címmel.

 

Dr. Madarász György elnök úr, majd Prof. Dr. Vajda István úr, az Óbudai Egyetem dékánja, mint házigazda nyitotta meg a szakmai napot, kiemelve a témaválasztás rendkívüli időszerűségét és népszerűségét.

A rendezvény első előadója Arató Csaba volt, aki a „Villamos járművek biztonsága” című előadásában a villamos járművekkel és a töltő állomásokkal kapcsolatos biztonsági követelményeket ismertette. Először áttekintette a kialakult különböző műszaki megoldásokat (hibrid autó változatok, üzemanyagcella) és az új megoldásokkal együtt megjelenő kihívásokat (pl. nagyteljesítményű egyenáram jelenléte, biztonságos szigetelés). Az új, eddig szokatlan műszaki megoldások, műveletek biztonságossá tétele érdekében több intézkedést kell hozni, pl. az alkalmazottak képzésével, munkaszervezéssel (felelős személy, műveleti utasítások), a járművek és a vizsgálati terület jelölésével, valamint különleges szerszámok és védő eszközök alkalmazásával kapcsolatban. Végül a villamos jármű táplálása című MSZ HD 60364-7-722:2016 jelű szabvány alapján ismertette a villamos töltőállomások műszaki megoldásait (pl. négyféle töltési mód) és biztonsági követelményeit az áramütés elleni védelem, biztonságos szigetelés, túláramvédelem, mechanikai szilárdság és IP-védettség szempontjából.

Csonka Bálint PhD hallgató számolt be a BME Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar kutatócsoportjának eredményeiről „Az elektromobilitás üzemeltetési kihívásai” címmel. Az elektromobilitás technológiai és üzemeltetési jellemzői közül az előnyöket és a kezelendő hátrányokat foglalta össze, rendszerszemléletű megközelítéssel. Felvázolta az ösztönző rendszerek hálózatát; bemutatta a kidolgozott költségmodellt és beavatta a hallgatóságot a töltési keresleti igénymodell részleteibe, grafikus és táblázatos megjelenítést is alkalmazva. Ismertetett egy módszertant a töltőállomások magyarországi telepítésére. A kutatócsoport mindehhez egy jól megfontolt információs és szolgáltatási rendszert is kidolgozott, az előadó pedig kitekintést adott a jövőbeli fejlesztésekre is. 

„A villamos járművek táplálása, töltőállomások, villamos hálózati- és segédenergia-igények kérdései” volt a címe Kozma Lászlónak, a Schneider Electric termékmenedzsere előadásának. Az elektromos autó hajtásrendszerének főbb elemei (motor, akkumulátor, töltőegység az autóban, töltési pont az autón, vezérlő egység) rögzítése után a Plug-in Hybrid (PHVE) és a tisztán elektromos autók (BVE) ismertetése következett sok képpel. Az előadó az élenjáró gyártók (Porsche, Mercedes, Audi, Toyota, Renault) különböző típusainak jellemzőit számszerűen adta meg. A villamos járművekkel való közlekedés elsődleges kérdései, ─ amelyekkel a további előadások is rendre foglalkoztak ─ a töltési idő és az egy töltéssel megtehető távolság mértéke.  Mindezek befolyásoló tényezői az áramszolgáltatói felkészültség, a töltőcsatlakozók és –kábelek kivitele, az autó töltésvezérlője, a különböző töltési módok, a töltések egyidejűsége, a töltési teljesítmények s az ezek által meghatározott védelmi szint. Védelemre csak B-típusú áram-védőkapcsoló alkalmas. Végezetül az előadó a töltőállomások felépítésébe, áramköreibe, kommunikációs rendszereibe engedett betekintést, megtoldva néhány praktikus tanáccsal a felhasználók részére.

„Van-e jövője a trolibusznak?” kérdésre adott válasz volt a tárgya dr. Ruzsányi Tamás (Ganz - Skoda Electric Zrt. műszaki igazgatója) előadásának. Az indító mondatok a közlekedésnek a légszennyezésre gyakorolt hatásáról szóltak. (A teljes: 48 %, ezen belül a robbanómotoros járművek aránya 87 %, a közlekedés okozta szennyezés a városokban, különösen a dízelbuszok miatt 75 – 90 %!). A teendők variációi: csökkentett kibocsátású robbanómotoros járművek és/vagy „nulla kibocsátású” elektromos járművek alkalmazása. Rövid, képes történelmi áttekintés után a járművek kiválasztásának szempontrendszere és a városi tömegközlekedési mix felvázolása következett, a jármű- és felépítményi költségekre is kitérően. Szemléletes összehasonlítást láthattunk a dízelbusz, a trolibusz és az akkumulátoros autóbusz jellemző tulajdonságait és paramétereit illetően. Ezt követte a különböző akkumulátorok összehasonlítása.  A címben feltett kérdésre a válasz: IGEN, ─ ami azt jelenti, hogy a hibrid üzemű trolibusz versenyképes a dízelbusszal szemben) ─ mégpedig dízel-segédaggregátorok (Nápoly, Debrecen), inkább segédakkumulátorok (Róma, Budapest, Szeged) alkalmazásával. A hagyományos hajtású, egyben akkumulátoros hibrid buszok futásával már naponta találkozhatunk. Az üzemanyagcellás, valamint a hidrogén üzemanyagcellás hibridbuszok a jövő megoldásai, de a gyorstöltésű akkumulátoros buszok közelebbiek lehetnek, ha a vezeték nélküli töltés megvalósulhat a megállókban.

Krajcsovits Sándor „Toyota a hibrid autózás úttörője” címet adta előadásának.
Bevezetőben néhány régi és új modellek, részegységek, alkatrészek felvételeivel szemléltette a 80 évvel ezelőtt alapított Toyota cég rendkívüli sokoldalúságát, amely ma 75 gyártó üzemben dolgozik. Több mint 9 millió Toyota hibrid jármű fut a világ útjain, ezért a cég a „legtisztább” autógyártójának mondja magát. Az előadó a gyártó szempontjából elemezte az e-mobilitás terjedésének legégetőbb témáit: a töltőhálózat, a gyorstöltés, s az időjárásfüggő hatótávolság kérdésköreit. A Toyota stratégiája városi célra  25 – 55 km, vidéki üzemre 700 – 900 km-ben gondolkodik. Az eladások gyors felfutást mutatnak, amely rövidesen 10 millió hibrid járművet jelent. Befejezésként az előadó bemutatta a Full Hybrid  hajtás lényegét: a fékenergia visszanyerését. Érdekes szerkezeti rajzokon láthattuk a különböző megoldásokat és az impozáns autó-képeket 197 LE teljesítménytől 445 LE-ig.

Üdítő volt meghallgatni Tóth Balázsnak, a GO MOBILITY Kft. munkatársának „A könnyű elektromos járművek jelene és jövője” című, a mindennapi életünkhöz már nemcsak hobbiszinten közel álló járművekről szóló előadását. A micro e-mobilitásnak nevezett jármű-kategória (pedelec) tulajdonságai városi viszonyok között rendkívül kedvezőek. Az akkumulátoros kerékpárok, rollerek iránti kereslet az utóbbi években gyorsan nőtt, ezt a tényt diagramos és táblázatos tálalásban is megismerhette a hallgatóság. E járműveknek célközönsége nemcsak a fiatal és a középkorú, hanem az idősebb korosztály is. Alkalmazásuk EU-direktívák és rendeletek által szabályozott. Nagyságrendi érzékeltetésül az S-Pedelec legfeljebb 45 km/h sebességgel 50 – 80 km megtételére alkalmas, az E-Roller hasonló adatai: 20 km/h és 15 – 30 km. Néhány Nyugat-európai ország közlekedési tapasztataira alapozva az előadó egy esettanulmány segítségével felvázolta a micro e-mobilitás terjedésének jövőképét, beleértve a teherszállítási alkalmazásokat is. E téren Magyarország a sikeres országok közé tartozik. 

„E-mobilitás: Motorok, érzékelők” tömör cím mögött gazdag tartalom húzódott meg Farkas Andrásnak, az Óbudai Egyetem docensének előadásában. Bevezetőben történeti áttekintést hallottunk, amely az újra tölthető ólom-akkumulátor 1859-es feltalálásával kezdődött és Carl Benz 1881-es elektromotorral és ólom-akkumulátorral működő autójával folytatódott. Werner von Siemens 4,8 kW-os elektromos hotel-taxija elérte a 30 km/h sebességet. Az elmúlt évek elektromos autó-piacának alakulását az előadásban vonalas és torta-diagram szemléltette, Németországra vetítve. Az eladások a 2007 és 2011 közötti évek lényegében azonos szintjéhez képest, az utóbbi években meredek felfutást mutatnak. Szemléletes táblázat rögzítette a különböző típusú (aszinkron, szinkron, reluktancia-, transversalfuss) motorok tulajdonságait, paramétereit, valamint a megvalósításukat.

„Érzékelők alkalmazása a vezetőt támogató rendszereknél” címmel folytatódott az előbbi téma Frank Tibor előadásában, aki „Vezetői asszisztensek” alcím alatt foglalta össze a passzív és aktív biztonságot jellemző paramétereket és azok összefüggéseit. Legfontosabb a jármű távolságérzékelésének megbízhatósága különböző út- és időjárási viszonyok között. A hallgatóság megismerhette a sávtartó asszisztens felépítését, az érzékelt jelek sokféleségét és a szükséges beavatkozások változatait. Az ú.n. CAN-gateway rendszer bekapcsolása, működésmódjai (haladás egyenes úton és kanyarodáskor, nyomsávfelismerés) felvetítését követően a kamera és a vezérlőegység szerepének, valamint a beavatkozásnak leírása következett, kitérve a működési határokra, az összehasonlításokra, a közlekedési helyzetek jelzésére, a kalibrálásra, a hibákra és üzemzavarokra is. Az előadás végén a rendszerelemek fényképfelvételei jelentek meg.

A „Reluktancia gépes közúti haszonjármű koncepcionális kérdései” című előadást a Dr. Vajda István (egyetemi tanár, ÓE Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar) – Horváth Sándor (MSc hallgató, BME Villamos Energetika Tanszék) szerzőpáros utóbbi tagjának tolmácsolásában hallhattuk. Az előadás kezdete a forgógép fejlesztésének főbb lépéseiről és a cél meghatározásáról szólt. A hagyományosnak mondható kiindulási adatok ismertetését a speciális követelmények (pl. vontatási karakterisztika, térfogati korlátozások) meghatározása követte. A reluktancia gépek csoportosításával, mint példamegadással az előadó a hallgatóság figyelmét egy párhuzamos-hibrid hajtásrendszerű „koncepcióautó” kifejlesztésére irányította. A Szerzők különböző kapcsolt (kétszeresen kiálló pólusú) reluktancia és szinkron reluktancia géptípusokat is vizsgáltak, az alkalmazás szempontjából utóbbi tűnik ígéretesebbnek. Jellemzői a változatos forgórész-kialakítások (pl. egyszerű kiálló pólusú, transzverzálisan lemezelt) és az aszinkron gépekéhez hasonló elosztott tekercselés az állórészen, melyek megvalósítását szemléletes ábrák mutatták. A fejlesztés során döntéstámogatási feladatok is felmerültek. Mindehhez megfelelő szoftveres eszközre, leképezett topológiára (geometria + anyagjellemzők + tekercselés) és annak numerikus térszámítással támogatott elemzésére, majd az eredmények értékelésére van szükség. A további feladatok említése ennél az előadásnál sem maradt el. 

Zsupos Attila vegyészmérnök, a Korax Műgyantagyártó kft. műszaki vezetője előadásában a „Villamos szigetelő gyanták/lakkok védelmi funkcióiról” beszélt. Bevezetőjében a villamos szakemberek számára közelebb hozta a tárgyi anyagok legfontosabb tulajdonságait és paramétereit. A fejlődés növekvő elvárásokat támaszt, mint pl. az anyagok hőállósága, hővezető képessége, valamint a gyártástechnológiai követelmények tekintetében. Az előadásban részletesebb tájékoztatást kaphattunk a hőállóság fogalmáról és meghatározásáról. A kockázati tényezőknek sok helyen különös jelentősége van. A szobahőmérsékleten kötő és beégetős égésgátló, önkioltó gyanták (UL minősítés szerint V-0 osztályú) alkalmazása tűzvédelmi szempontból védelmet kínál. Mindezek részletes ismertetése kapcsán felvételeket láthattunk tűzesetekről, amelyek a védelem hiányában végbement károsodást mutatták. Ezt követően az új anyagfajták, a villamosiparban használatos szigetelő műgyanta-típusok jellemzőit ismerhettük meg. Az előadó végül említést tett az öntő- és tokozó gyantákról, a kompozit gyantákról, a kábelgyantákról, az impregnáló és bevonó-gyantákról/lakkokról is.

„Alternatív hajtású autóbuszok, okos trolibuszok” című előadásában Kovács László, az evopro termékmenedzsere nyolc különböző korszerű hajtáslánc jellemzőit hasonlította össze, a legfontosabb paraméterek számszerű felsorolásával. A városi trolibuszhálózatban a jövőben a belvárosi részeken célszerű lenne a felsővezeték-mentes szakaszok kialakítása. A vonalak meghosszabbítása az infrastruktúra bővítése nélkül megvalósítható olyképpen, hogy 30 – 40 km megtétele alatt a 60 kW teljesítményű fedélzeti akkumulátortöltő a felsővezetékes szakaszokon feltölti az akkumulátorokat és a jármű ez után „szabadon” halad tovább. A hallgatóság betekintést nyerhetett az akkumulátoros és az okos trolibusz hajtáslánc logikai rendszerébe, az éjszakai és a napközbeni töltés megvalósításának esélyeibe.

Prikler László, dr. Farkas Csaba, dr. Dán András (BME-Villamos Energetika Tanszék) szerzőtrió első tagja „Az e-mobilitáshoz kapcsolódó közép- és hosszútávú villamos hálózati hatások” –at elemezte a hálózat ─ akkutöltő ─ akkumulátorok rendszer logikája szempontjából. A töltéseknek milyen a hálózati hatása ma, holnap és holnapután? Ez az az izgalmas kérdéssor, amely mögött az akkumulátortöltési módok, a rendszerszabályozás, a töltő-infrastruktúra telepítése, alkalmazása, valamint az e-mobilitásnak az okos hálózatokhoz való kapcsolódásának „rejtelmei” húzódnak meg. Statisztikára alapozott magyarországi előrejelzések gyors igénynövekedést jeleznek. Fontos cél a hatótávolság növelése (áttekintve a különböző autókat). A tendencia figyelembevételével az e-mobilitásból származó energiafogyasztás jól prognosztizálható mind háztartási, mind rendszerszintű vonatkozásban. Rögzíthető, hogy az elektromos autókban a hajtási célú akkumulátorok cseréje (battery swap), a ma ismert akkumulátorok kényes felügyeleti rendszere miatt műszaki okokból lehetetlen!  Érdekes elemzést hallottunk a Li-ion akkumulátorok alkalmazási lehetőségeiről, a töltési módokról és a villamos hálózati hatások közötti kapcsolódásokról. Az autók akkumulátorainak rendszerszabályozási célokra való igénybevételére két példát láthattunk: a fogyasztási völgy-feltöltést és a teljesítmény-aggregálással megvalósítható frekvencia-szabályozást. Ilyen funkciókat támogató elektromos jármű még nem került kereskedelmi forgalomba, de a lehetséges alkalmazások már ma is vizsgálhatók számítógépi szimulációs modelleken. Ilyen szimulációk eredményeire támaszkodva megtervezhető a forgalmi igények és a fogyasztói elvárások ismeretében szükséges töltőpontok száma és információt nyerhetünk a töltőállomások kihasználtságáról, az átlagos sorbanállás hosszáról, a várakozó autók számáról és az akkumulátor-töltöttségek alakulásáról. Országos átjárhatóságot biztosító gyorstöltő-hálózatnak Magyarország térképén való megjelölése zárta az előadást.

„Mi az elvárásunk egy tökéletes akkumulátortól?” ─ tette fel a kérdést Fülöp Zoltán, az EnerSys képviselője „Kémiai energiatárolók fejlődése, alkalmazások kihívásaira adott válaszok” című előadásának elején. A kívánalmakat követően az anód-katód anyagok jellemzőinek felsorolását és a periódusos rendszerbeli elhelyezkedésének ismertetését a kémiai áramforrások rendszerének ábrája követte. Az élettartamot és a ciklusállóságot befolyásoló paraméterek kiemelése után következett a töltés-kisülésről és a cellafelépítésről tanult ismeretanyag felfrissítése, különböző katódanyagok esetén. Szemléletes bemutatót láthattunk a vékony Pb-rács technológiájáról (TPPL), a Li-ion technológiák töltési-kisütési jelleggörbéiről, az élettartam hőmérsékletfüggéséről, valamint a kisütési mélység hatásáról. Elemzésre került a kapacitás hőmérsékletfüggése, a túltöltés és a mélykisütés megbízhatóságra gyakorolt hatása, bemutatva a cellakiegyenlítés fontosságát. A záró gondolatok a szükséges biztonsági intézkedések köré csoportosultak, összefoglalva a mai „hétköznapi” akkumulátorok jellemző tulajdonságait és a további kihívásokat, elsősorban a Li-ion technológiák területén.

Horváth Krisztián a Széchenyi István Egyetemről érkezett „Aszinkron gépek irányítási algoritmusainak fejlesztése” gépek című előadásával. A cél és a tartalom felvázolása után az alkalmazott modellek és algoritmusok (kalickás forgórészű aszinkron gép, mezőorientált szabályozás) világába vezette el a hallgatóságot. Részletesen elemezte az alkalmazott modellalapú fejlesztési módszert és a kidolgozott modellarchitektúrát. A blokkvázlatok értelmezésénél kitért a lehetséges alkalmazásokra, majd egy szimulációs példával illusztrálta a módszer helyes működését, ahol a kapott eredmények a szabályozott aszinkron gép villamos nyomatéka, forgórészének szögsebessége, pozíciója és fázisáramai voltak. A jövőbeni kutatási célok között a sebességszenzor nélküli és a robusztus irányítási prototípus-algoritmusok kidolgozása szerepel.

Az „EV-Sport Egyesület elektromos verseny-jármű fejlesztései” című témakört Gál János, a Hyundai Technologies Center Hungária Kft. munkatársa mutatta be. A 2006-ban alakult Magyarországi Autósport Egyesület ma 20 fős tagságot számláló civil szervezet célja az alternatív és/vagy elektromos meghajtású járművek, technológiák népszerűsítése az autóverseny-sport segítségével. Közelebbi cél az előírásoknak megfelelő versenyautó építése, tesztelése, versenyeztetése, versenysorozatok rendezése Magyarországon. Az előadó részletesen, fényképfelvételekkel mutatta be az EVS-1.1 típusjelű jármű átalakításának folyamatát, akkumulátorának és hajtásának műszaki jellemzőit, tesztelési eredményeit. A külső megjelenés szellemes felvételeit a hajtómotor, annak vezérlése, majd a megvalósított elektromos versenygokart és motorkerékpár ismertetése következett, végül az elmúlt hat év versenyeredményeiről hallhattunk tudósítást. A záró gondolat egy kérdés volt: „Miért?” A válaszadás javasolt feladat a kedves Olvasó számára.

„A villamos autók töltési lehetőségei a MOL szolgáltatásaiként” tárgyú szakmai elemzést Erdélyi Sándor adta elő. A töltőberendezések bemutatása során a MOL 2030-ig terjedő stratégiájában lévő új piaci lehetőségeket ismertette. Kitért a műszaki sztenderdek, az EU irányelvek és szabványok jelentőségére. Az elektromos autók töltésének lehetőségeit, az infrastruktúra-kiépítés jelenlegi állapotának problémáit tárta fel. Az autók töltési rendszerének a töltési időre ható műszaki tényezőit elemezte a töltők teljesítménye, valamint az elhelyezés célszerűségének megközelítésében. A hallgatóság bepillantást nyerhetett az elektromos autók elemeinek, részegység-szerkezeteinek vázlatába is.

Az előadások vetített anyagai letölthetők itt.

Lieli György