Úgy tűnhet, egy-egy modern villanyautó hajtáslánca jóval egyszerűbb, mint a belső égésű motorral szerelt járműé, akkumulátor, villanymotor és némi vezérlés, már kész is. Igaz? Ám, bármennyire is gondoljuk szimplának az új villanyautók felépítését, a műszaki tartalom mögötti matek igen komoly.
Minden az akkumulátor körül forog egy villanyautóban. Tőle függ a teljesítmény, a hatótáv, a töltési idő, a sebesség, használhatóság, fenntarthatóság és tartósság. Az akkumulátornak jól kell éreznie magát az autó bendőjében, különben a kártyavár aprólékosan összedől és a leginkább kritikus pontokon fogunk veszteni, ami a hatótáv, valamint az autó, illetve az akkumulátor élettartama.
Mélyre menő kémiai számításokat most nem fogunk végezni, nem az akkumulátorok összetételéről, sokkal inkább a jólétükről van szó, ami ebben a kategóriában jelenleg az egyik, ha nem a legfontosabb pont.
Az akkumulátornak hűtésre van szüksége
Akárcsak a hagyományos autóknál a belső égésű motor, az akkumulátornak is meghatározott hőmérsékleten kell működnie. Egészen más jelenségeket tud okozni, ha az akkumulátor temperálása nem megfelelő, de az eredmény ugyanaz, bizonyos időn belül romlani fog a hatékonyság. Míg a belső égésű motorok esetében a nem megfelelő hűtés viszonylag rövid idő alatt képes használhatatlanná tenni a motort, addig az akkumulátorok esetén inkább a hosszú távú hibák, kapacitásvesztés, hatékonyságromlás jelentkezhet. Rövid távon a vevőelégedetlenség lehet a fő kulcs, hiszen az autó nem teljesíti az ígért hatótávot. Pedig a villanyautóknak az északi hidegebb országokban és az egyenlítő környéki forróságban is megbízhatóan kell teljesíteniük.
Különösen fontos, hogy téli körülmények között és a hidegebb országokban is hasonló hatótávot kell teljesíteniük a villanyautóknak, ami garantáltan kevesebb lesz, mint általános hőmérsékleten, de az akkumulátor temperálásával lehet közel tartani az értékeket. A Norvég Automobil Szövetség egy éve végzett tesztje alapján, amiben 20 akkor kapható elektromos autót teszteltek azonos körülmények között, az derült ki, hogy átlagosan 18,5%-kal teljesítenek kisebb hatótávot a WLTP-értékhez képest. A próbált autók közül az Audi e-tron 50 quattro teljesített a legjobban, csak 13%-kal maradt el a gyári értéktől, köszönhetően a hatékony akkumulátor temperálásának.
A töltés ideje alatt is fontos a megfelelő hőmérsékletű akkumulátor
Mert mégis mi a legfontosabb egy villanyautó esetében? A jelenlegi igények szerint tudnia kéne pótolni a belső égésű motoros autókat hatótávolságban és fenntarthatóságban, ennek pedig az egyik kulcsa az akkumulátor megfelelő jólétének biztosítása. A lítiumion-akkumulátorok esetében az ideális működési hőmérséklet 20-40 Celsius-fok közé tehető, ez segít abban, hogy a gyártó garantálni tudja a cellák kapacitását akár 10 éven keresztül. Vagyis minden körülmények között ebben a tartományban kell tartani az akkumulátorcellák hőmérsékletét. Ez nehezebb feladat annál, mint elsőre gondolnánk.
Ha teljesítményt veszünk ki az akkumulátorból, az hő termelődésével jár. Minél gyorsabban tesszük ezt és minél többször, annál magasabb hővel és annál több hőingadozással. Ráadásul ugyanez fordítva, töltésnél is igaz. Ha lehet, még extrémebb módon. Autók esetében ez a gázpedállal tökéletesen szemléltethető, minél inkább tiporjuk padlóig a gázpedált, annál gyorsabban megyünk, annál gyorsabban használjuk fel a tárolt energiát és ezzel arányosan hamarabb, magasabb hőt termel az akkumulátor. Erre a gazdaságos, tojással a gázpedál alatti vezetés sem megoldás, jóval biztosabb hőmenedzsmentre van szükség.
Az akkumulátor hűtőközegét képes a légkondicionáló is hűteni, valamint az utastér fűtésére az akkumulátor hőjét is fel tudja használni a rendszer
Azért is fontos, hogy az akkumulátor mindig megfelelő hőmérsékletű legyen, mert ahogy a teljesítményleadásba, úgy a felvételbe is bele tud szólni. Ez azt jelenti, hogy túl hideg, vagy túl meleg akkumulátort már biztosan nem fogunk tudni a gyártó által ígért teljesítménnyel tölteni. Ezek tarthatósága érdekében töltés előtt és közben is pontos hőmérsékletűnek kell lennie az akkumulátorcsomagnak, különben a beígért 30 perces villámtöltés könnyen több ideig is tarthat.
Temperálni kell az akkumulátort, de hogyan?
Többféle megoldást alkalmaztak már az autóiparban a temperálás érdekében. A legegyszerűbb, akárcsak a belső égésű motorok fejlődésében, itt is a léghűtéses megoldás. A Nissan Leaf első generációjának 24 kWh-s akkumulátora például ilyen, egyszerűen a rajta átvezetett levegő hűti a cellákat. Ez azonban több szempontból sem a leghatékonyabb, az akkumulátorok már most sokkal több modulból állnak és nagyobb hőt is termelnek, amit szimpla levegőhűtéssel már nem lehet optimálisan tartani. Előnye viszont az olcsóbb kivitelezés és elsősorban rövidebb hatótávú modelleknél jelentős a szerepe.
A Porsche Taycan akkumulátorának és villanymotorjainak hűtőkörei, vízhűtést alkalmaznak az akkumulátorhoz is
Plug-in hibridek esetében, például a Chevrolet Volt és Opel Ampera akkumulátorában hőelvezető lemezeket alkalmaztak vízhűtéssel kombinálva. Ez a megoldás is viszonylag egyszerű, jó hővezető képességű anyag kerül a modulok közé, amiknek a sarkait érinti a hűtővízkör. Egyszerű és viszonylag olcsó megoldás, de jelentősen növeli az akkumulátorcsomag méretét, súlya pedig nagyjából 40%-kal nő általa, ami egy villanyautó esetén sokkal több annál, mint amennyit a hatékonysága visszahoz.
Folyadékhűtés az igazi megoldás
Akárcsak a belső égésű motorok esetében, úgy az akkumulátortechnológia számára is a folyadékhűtés jelenti jelenleg a legkiforrottabb megoldást. Ez esetben vízalapú hűtőközeget keringtetnek az akkumulátorcellák alatt, felett, között, gyártója válogatja, hogy éppen milyen az adott megoldás. Kimondottan fontos ez akkor, ha az autót magas teljesítményre optimalizálták, mint például a Tesla modelljeit, a Mercedes-Benz EQC-t, az Audi e-tron GT-t vagy a kategória jelenlegi legkomolyabb, lényegében sportautóját, a Porsche Taycant.
Jelenleg minden gyártó indirekt hűtést használ, aki vízhűtést alkalmaz. Ez azt jelenti, hogy a víz közvetlenül nem érintkezik az akkumulátor celláival, de a többrétegű akkumulátorcsomagban is egy külön rétege van. Az Audik esetében jóval összetettebb rendszerről van szó, mint egyszerű folyadékkeringtetés a modulok körül. A víz alapú hűtőközeg csöveken keresztül egy klasszikus vízhűtőből érkezik meg az akkumulátorcsomag aljához az egyik oldalon. Innen vékony csövek vezetnek át pontosan a cellák alatt a csomag másik oldalára, ahonnan visszajut az autó orrába szerelt hűtőhöz.
Minden körülmények között ugyanolyan, 30-35 Celsius-fok közötti hőmérsékleten kell működnie az akkumulátornak
A vékony vízcsöveket magas hővezető képességű ragasztóval rögzítik az akkumulátorcsomaghoz, így kapnak homogénebb hűtőfelületet. A 2019-ben piacra került e-tron SUV óta ezt a ragasztót is megváltoztatták, így valamelyest hatékonyabb a hűtés az új modellekben, mint az e-tron Sportback és a Q4 e-tron, valamint az e-tron GT. Az Audi és a Porsche szigorúbban veszi a lítumion-akkumulátor temperálását és 30-35 Celsius-fokos hőmérsékleten tartják az akkumulátort, valamint a cellák közötti hőmérséklet-eltérés sem lehet több 5 Celsius-foknál, ez garantálja a pontos teljesítményleadást is.
Hűtésre és fűtésre nem csak a saját vízhűtő körét képes használni az Audi és a Porsche rendszere. Amennyiben az nem képes eléggé lehűteni a hűtőközeget, képes becsatlakozni az autó belső terének temperálására szolgáló hagyományos légkondicionáló is. Főként álló helyzetben, töltéskor van ennek nagy szerepe, miután a töltés ideje alatt is szükséges fenntartani a megfelelő hőmérsékletet. Ahogy az extrém padlógázas gyorsítások, úgy a 100-150 kW-os villámtöltés is hevíti az akkumulátort, ami megfelelő temperálás hiányában a töltési időt befolyásolhatja, vagyis nem fogja 30 perc alatt 80%-ra tölteni az akkumulátort.
Vékony vízcsövek futnak a cella modulok alatt az akkumulátorház alján
Szorosan összedolgoznak az autó rendszerei annak érdekében, hogy minden gördülékenyen és pontosan működhessen, sőt, a navigációnak is köze van a hőmenedzsmenthez: ha úti célként villámtöltőt jelölünk meg, arra az időre pontosan temperálja az akkumulátort, előfűti 50 Celsius-fokra, így a töltés az első pillanatban a teljes teljesítményen indulhat el. Az ideális hőfokot pedig a töltés teljes időtartama alatt képes fenntartani, más esetben változna a töltéssebesség és ezzel a töltés ideje is. Így tud az e-tron GT akár 270 kilowattos töltést is felvenni és tartani is a töltés erősségét, amíg az akkumulátor el nem éri a 80%-os telítettséget.
A nem megfelelő, vagy nem hatékony hűtésű elektromos autókkal pont ezért nehézkes hosszú útra indulni, ha több töltéssel is számolunk, nagy valószínűséggel a többedik töltésre már messze nem fogja engedni a töltőoszlop teljes képességét kihasználni. Éppen ezért ajánlott használni az autó saját navigációs rendszerét, ami ugyanúgy online alapú, mint a mobiltelefonos applikációk és naprakész a töltőpontok helyét illetően.
Az Audi e-tron modelljei és a Porsche Taycan is négy különböző hűtőkörrel rendelkeznek. Az akkumulátor hűtése és a légkondicionáló akár egymás munkájába is besegíthetnek, miután az akkumulátor által gerjesztett hőt az utastér fűtésére is fel tudja használni. Ezek mellett akárcsak a belső égésű motorok, a két villanymotor is egy-egy saját, hagyományos vízhűtő körrel is rendelkezik, hiszen ezeknek is szükségük van megfelelő hűtésre.
Akár tízszer egymás után is használhatjuk a rajtprogramot a Porsche Taycanban
Látható, hogy minden kritikus pont, mely a villanyautókkal kapcsolatban felmerülhet, hatótáv, teljesítmény, tartósság, függ az akkumulátor állapotától. Minél pontosabban felügyelt hőmérsékleten tud működni, annál tovább fogja bírni kapacitáscsökkenés nélkül. Az Audi például 70%-os kapacitást garantál 8 év, vagy 160 000 kilométer után, ami az e-tron GT esetében még így is nagyjából 340 kilométeres hatótávot fog jelenteni.
Egy független, 6300 villanyautót üzemeltető flottakezelő felmérése szerint a megfelelő akkumulátor temperálású villanyautók hatótávolsága még ennyire sem romlik az évek és futott kilométerek során, valamint komolyabb meghibásodást sem tapasztaltak, ami azt is jelentheti, hogy egy akkumulátorcsomag képes kiszolgálni az autó teljes élettartamát. Ez persze éppen a használattól és a megfelelően működő temperálástól függ.
Ha olvasnál még villanyautókról, hibridekről, kattints a képre és látogass el aloldalunkra!
