Műszaki Értelmiség Napja2013

Alternatív járműhajtás koncepciók értékelése, az elektromos járművek alkalmazásának távlatai

prof. Dr. Palkovics László akadémikus, tszv. e. tanár (BME)

Dr. Simonyi Sándor ügyvezető igazgató (TRIGON)

Nicolas-Joseph Cugnot (1771)

Főbb jellemzői

• Külsőégésű, függőlegesen álló 2 hengeres erőforrás• Kilincsműves hajtás• 0,9 bar rendszernyomás• 3 km/h végsebesség

Lenoir Hippomobil (1860)

Főbb jellemzői

• Belsőégésű, Lenoir-féle H2 üzemű gázmotor• Alacsony hatásfok• Lánchajtás• Átlagsebessége 3 km/h

Carl Friedrich Benz (1886, az első autó)

Főbb jellemzői

• Belsőégésű, négyütemű, vízhűtéses, egyhengeres, 954 cm3 lökettérfogatú motor• Legnagyobb teljesítménye: 0,9 LE 400 /min fordulatszámon• Lánchajtás, fogasléces kormányzás• Fém váz, fémküllős kerekek, tömör gumiabroncs

Porsche-Lohner Semper Vivus (1900)

Főbb jellemzői

• 2 x 2 kW teljesítményű kerékagymotor (A motorok a mellső kerekeket hajtják)

• Egy feltöltéssel 80 km megtételére volt képes• 3 „sebességfokozat” (feszültségszinttel szabályozva)

Porsche-Lohner Mixtwagen (1902)

Főbb jellemzői

• Soros hibrid felépítés, összkerékhajtás, 4 x 1,5 kW teljesítményű kerékagymotorral

• A négyhengeres, belsőégésű motor egyenáramú dinamót hajtott, ez szolgáltatta az elektromos energiát

• Akkumulátorok tömege: 1800 kg

Ford T-modell (1908)

Főbb jellemzői

• Négyhengeres, belsőégésű, 2900 cm3 lökettérfogatú erőforrás• Legnagyobb teljesítménye kiviteltől függően 20-22 LE• Bolygóműves sebességváltó• Gyártott darabszám: 15.458.781

Korunk emberénekértékelési szempontrendszere

Az ember viszonya a természethez

Élvezi a természeti adottságokat?.............................................igenHasználja a természet adottságait?..........................................igenFelelőtlenül, pazarlóan bánik a természet adottságaival? .....igenPusztítja a természetet?.............................................................igenLegyőzi a természetet?..................................................nevetségesVeszélyezteti az élővilág létét, jövőjét?....................................Igen

A gépjárműközlekedés viszonya a környezethez

Ideális esetben napenergiával is működik (legalábbis elméletben).

A vízből hidrogén állítható elő, ami éghető hajtóanyag. A hidrogéntartalmú gázok és az oxigén vízzel egyesítése elektromos áramot termel.

A földben lévő fosszilis éghető anyagok a belsőégésű motorok üzemanyagai. A fosszilis tüzelőanyagok kb. 40%-át belsőégésű motorban égetjük el.

A levegőt szennyezi a belsőégésű motor. Tiszta levegőt szív be (feltétele az égésnek) és füstöt bocsájt ki. Ez keveredik a környezet levegőjével és MI EZT SZÍVJUK BE percenként körülbelül 60-szor! De nemcsak a gépjármű ilyen környezetszennyező gép, hanem minden, amiben termikus energiafelhasználás folyik (repülőgép, hajó, mozdony). Ne gondoljuk, hogy a gépjármű a legkörnyezetszennyezőbb eszköz, de ez is relatív, mint minden ember által alkotott eszköz...

El kell fogadni, hogy a gépjármű az „ilyen”, de szükség van rá? Nem! Nem szükséges, hogy ez a folyamat folytatódjon.

Mi a teendő? – Paradigmaváltás szükséges.

Nem egyedi problémamegoldó gondolkodást kell folytatni, hanem rendszerben kell

gondolkodni!

• Meg kell találni a jövő üzemanyagát, ami lehetőleg nem tartalmaz szenet.• Az üzemanyag nem mindig azonos a hajtóenergia forrásával. A jövőben

egyre kevésbé lesz az.• Az üzemanyag (mivel energiahordozó) részben vagy egészében kiváltandó,

tárolható gépjárműhajtásra alkalmas energiával. De nem mindegy, hogy milyen forrásból nyerjük ezt az energiát. Ha környezetszennyező módon és forrásból, akkor csupán helyrajzi kérdés, hogy hol szennyezzük a környezetet, erőművekben vagy gépjárművekben. Fontos tehát a természetes energia nyerése és tárolása.

Megújuló hajtó-

energiák

• Ahol jó hatásfokkal történik meg az energiatranszformáció.• Alacsony a hajtási energia igény.• Nem szennyezi a környezetet.• Alternatív technológiákat valósít meg. • A veszteségi energiákat visszanyeri, tárolja és újrahasznosítja.

Korszerű járművek

• Ahol a magasszintű rendszerszervezés miatt jellemzően sok a „zöldhullám”.• Ahol megvalósul az elektronikus flottairányítás.• Ahol megvalósul a kvázi sebességtartás, melynek szintje megegyezik a

gépjárművek optimális energiaigényével.• Ahol a gépjárműsűrűséget csökkenteni lehet jobb járműkihasználással.

Korszerű közlekedési rendszerek

Ökológiai lábnyom

Különböző hajtású járművek CO2 kibocsátása teljes életciklusuk során

A közúti közlekedés energiafelhasználásának várható alakulása 2020-ig

Konvencionális és elektromos hajtású járművek hatásfoka

Energiarekuperáció megvalósíthatósága

Villanymotor és belsőégésű motor teljesítmény- és nyomatékkarakterisztikái

Mercedes E-300 D Bluetec Hybrid (2011) Mercedes S400 Hybrid (2009)

Főbb technikai adatok

• 3498 cm3 lökettérfogatú V6-os Otto-motor• Teljesítmény/nyomaték: 205 kW (279LE)/385

Nm • A hajtásláncba integrált villanymotor 20 kW-

os• Gyorsulás 0-100 km/h: 7,2 sec• Legnagyobb sebesség: 250 km/h• Átlagfogyasztás: 8,2 l/100 km• CO2 kibocsátás: 199 g/km

Főbb technikai adatok

• Soros, négyütemű, közvetlen befecskendezéses dízelmotor

• Max. teljesítmény / nyomaték: 150 kW LE (204 LE) / 500 Nm

• A 19 kW teljesítményű villanymotor a főhajtásba integrálva

• Akkumulátor: Li-ion – 0,8 kWh• Hatótáv elektromos üzemben: <1 km• Átlagfogyasztás: 4,2 l/100 km • CO2 kibocsátás: 109 g/km

Audi A6 Hybrid (2012)

Főbb technikai adatok• Soros, négyhengeres,1998 cm3 hengerűrtartalmú TFSI motor • Motor max. teljesítménye / nyomatéka: 155 kW (211 LE) / 350 Nm• Villanymotor teljesítménye / nyomatéka: 39 kW / 210 Nm• Akkumulátor: Li-ion, tárolókapacitása: 1,2 kWh• Elektromos üzem hatótávja: < 3km• Átlagfogyasztás: 6,2 l/100 km • CO2 kibocsátás: 145 g/km

Elektromos energiát tároló akkumulátor

Jellemzője

• Korlátozott akkumulátor élettartam• Magas energiasűrűség• Alacsony teljesítménysűrűség• Érzékeny a környezeti hőmérsékletre

Ultrakapacitor

Jellemzője

• Magas várható élettartam• Alacsony energiasűrűség• Magas teljesítménysűrűség

Full elektromos üzemű Tesla Roadster (2008)

Főbb technikai adatok

• Villanymotor elhelyezése: középen, hátsó tengely előtt (középmotoros kialakítás)• Villanymotor legnagyobb teljesítménye / nyomatéka: 215 kW (288 LE) / 370 Nm• Akkumulátor: Li-ion, kapacitása: 53 kWh• Hatótáv: 340 km• Menetkész tömeg: 1238 kg• Gyorsulás 0-100 km/h-ra: 3,9 s

Hatótáv kibővítés (duális üzemű range extender alkalmazása) Opel Ampera (2012 - Chevrolet Volt)

Főbb technikai adatok

• Soros, négyhengeres, belsőégésű motor (generátort hajt, duális üzemmód)• Hengerűrtartalom: 1398 cm3, motor max. teljesítménye: 63 kW (86LE)• A 2 villanymotor teljesítménye / össznyomatéka: 111 + 54 kW / 370Nm• Akkumulátor: Li-ion, kapacitása: 16 kWh• Hatótáv: 60-80 km (akkumulátoros táplálás), 500 km (range extenderrel)• Átlagfogyasztás: 1,2 l/100 km• CO2 kibocsátás: 40 g/km

Porsche 918 Spyder Hybrid (2010)

Főbb technikai adatok

• 4600 cm3 hengerűrtartalmú V6-os motor• Motor max. teljesítménye / nyomatéka: 453 kW (608 LE) / 528 Nm• Villanymotorok teljesítménye: 115 kW/93 kW (hátsó/mellső)• Villanymotorok össznyomatéka: 745 Nm• Rendszerteljesítmény / nyomaték: 661 kW (887 LE) / 1273 Nm• Akkumulátor: Li-ion, kapacitása: 7 kWh, hatótáv: 25 km• Menetkész tömeg: 1675 kg• Gyorsulás 0-100 km/h-ra: 2,8s (CO2 kibocsátás: 70 g/km)

Porsche 911 GT3 R (2010)

Főbb technikai adatok

• Konvencionális, 6 hengeres boxermotor, 4000 cm3

• Motor legnagyobb teljesítménye: 358 kW (486 LE) • Villanymotorok száma: 2 (mellső tengelyen)• Villanymotorok teljesítménye: 2 x 60 kW• Villanymotorok nyomatéka: 2 x 80 Nm

KERS adatok

• Williams F1 által fejlesztve• Maximális fordulata: 40.000

/min• Szolgáltatott teljesítmény: 120

kW

Full elektromos hajtás - Honda Clarity (2008)

Főbb technikai adatok

• Energiaforrás: H2 –t használó tüzelőanyag-cella, 100 kW (Honda Vertical Flow Fuell Cell)

• Villanymotor max. teljesítménye / nyomatéka: 100 kW (136 LE) / 256 Nm

• Hidrogén tárolása: nagynyomású tartályban (345 bar), teljes feltöltött állapot esetén a tárolt H2 tömege: 4,1 kg

• Hatótáv: 386 km• 1 kg hidrogénnel megtehető távolság: ~116 km (vegyes

üzem)

Hybrid Air (újfajta hibrid koncepció)

Az elektromos hajtású járművek energiaellátása

Hálózathoz kötött energiaellátás(Trolibusz)

Ikarus 411T és 412T trolibuszok

Részbeni energiatárolás(buszöbölben való gyorstöltés a felé- és leszállás ideje alatt)

Kowloon Motor Bus – szuperkapacitorral szerelt városi autóbusz (2010)

Teljes energiatárolás

Elektromos busz akkumulátor-csomagja

Gépjármű-erőforrások arányának várható alakulása 2030-ig

Köszönöm megtisztelő figyelmüket!