Így lesz egy kis chiptől hatékonyabb egy elektromos autó

- Az elektromos járművek a ma elterjedt technológiák alapján csak akkumulátorral vagy hidrogén üzemanyagcellával és akkuval vannak felszerelve. Maga a hajtás mennyiben tér el a két különböző „üzemanyag” esetében?

- Gyakorlatilag nem tér el a hajtásrendszer két autóban csak azért, mert az egyik hidrogén üzemanyagcellás, a másik akkumulátoros. Ugyanakkor szinte járműről járműre máshogyan épül fel a hajtás szoftveres része, azaz típusonként más és más a hajtásrendszer.

A hidrogén üzemanyagcella a jelenlegi technológiai szinten a folyamatos áramtermelésre van optimalizálva, emiatt nem lenne szerencsés ki- és bekapcsolni működés közben. Másrészt az üzemanyagcella a teljesítmény ingadozását (azaz a hajtás változó energiaigényét) sem viseli jól, e két okból kifolyólag a megtermelt energiáját tárolni kell egy pufferakkumulátorban. Az inverter ebből az akkumulátorból veszi az áramot, és alakítja át a motor igényei szerint. Az inverter tehát itt is, és a tisztán akkumulátoros elektromos hajtás esetében is egy akkuból kapja az energiát egy kondenzátoron keresztül, ezért nincs különbség a hajtás szerkezeti elemei között a két hajtásmód esetében.

- Sokszor előkerülő téma, hogy az elektromos hajtás mennyivel egyszerűbb, mint egy belső égésű motor. De mégis mennyire egyszerű egy ilyen hajtás? Hogyan épül fel, milyen alkatrészekből áll egy villanymotor?

- Egy villanymotor nagyságrendekkel kevesebb alkatrészből épül fel, mint egy hagyományos belső égésű motor. A technológia is teljesen más: egy villanymotor legyártásához fémmegmunkálásra, laminálásra, mágnesek elhelyezésére és tekercselésre van szükség. Egy belső égésű motorban ezzel szemben rengeteg olyan alkatrész van, aminek előállításához speciális szerszámokra és eljárásra van szükség.

Attól függetlenül, hogy számunkra komoly kihívást a minél jobb hatásfok elérése a villanymotorokkal, gyártástechnológiailag a hagyományos motornál sokkal egyszerűbb szerkezetről van szó. Sőt, a hibalehetőség is kisebb: elméletben egy elektromos autónak sokkal ritkábban szabadna meghibásodnia.

- Ez azt feltételezi, hogy az elektromos autók javítása is könnyebb kell, hogy legyen, ezzel szemben egyelőre nem ezt lehet tapasztalni, sokszor karcolások miatt is totálkárra írnak le elektromos autókat. Mi ennek az oka?

- Az elektromos autók javításához speciális képzésre van szükség, ami a szervizhálózati oldalon okoz nehézséget. Leegyszerűsítve tudni kell, hogy egy ilyen autóban hova szabad nyúlni és hova nem: ehhez a nagyfeszültséggel kapcsolatos képzéseken kell részt venni.

- Említette az előbb, hogy kihívást jelent a nagyobb hatékonyság elérése. Amikor az elektromos autók hatótávolságának növeléséről van szó, általában az akkumulátor kerül elő. Mennyivel járulhat hozzá a hatótáv növelésével a hajtás hatékonyabbá tétele?

- Nagyon fontos az elektromos autók átlagos hatásfokára koncentrálni. Marketinganyagokban gyakran kiemelik a 90 százalék feletti hatásfokot az elektromos autóknál, de ez csak a csúcs, ráadásul ez olyan körülmények között valósulhat meg, amikor az autók elvétve használjuk. Az átlagos hatásfok inkább 70 százalék körül van – innen el lehet jutni 80 százalék fölé csak azzal, hogy a hajtáslánc jelleggörbéjét ráhúzzuk a járműigényeire. Azt mondtam az imént, hogy „csak azzal”, ám ez egy óriási kihívás, aminek megoldását még ki kell találni.

- Belülről látva az elektromos autók fejlesztéseit, mennyire reális cél az EU által 2035-re kitűzött zéró emisszió az újautó-eladásokban?

- Több autógyártó bejelentette, hogy már 2035 előtt csak elektromos autókat fog forgalmazni Európában, igaz, akik nagyon ambiciózus célokat fogalmaztak meg, kicsit visszakoztak. Ennek ellenére úgy gondolom, 2035-re komoly realitása van annak, hogy az új autók jelentős része, túlnyomó többsége elektromos legyen. Véleményem szerint technológiai oldalról akár a százszázalékos elektromos arány is elérhető az újautó-eladásokban, a kérdés az ár – mennyiért lehet ezt megoldani?

Ebbe nemcsak a technológia szól bele, hanem a szabályozások és a vevők is, ezért még nem mernék jóslatokba bocsátkozni.

- Körülbelül mekkora részét teszi ki az elektromos autók fejlesztési költségeinek a hajtásrendszer?

- Az akkumulátor messze a legdrágább eleme egy elektromos autónak. Az inverter és a motor az összköltség 5-10 százaléka között mozoghat. Nagy darabszámok esetében viszont itt sem mindegy néhány eurós pluszköltség, azonban nem ez az a terület, ami miatt az elektromos autók egyelőre még túl drágák a még szélesebb körben való elterjedéshez.

- Az akkumulátortechnológia van bármilyen befolyással a hajtás fejlesztésére?

- Nincs, teljesen el lehet különíteni egymástól a két területet, a Bosch ezt is teszi: a cég néhány évvel ezelőtt azt a stratégiai döntést hozta, hogy nem foglalkozik az akkumulátortechnológiákkal, és csak a hajtástechnológiára koncentrál.

- Az akkumulátoroknál gyakori téma a nyersanyagok változatossága, elérhetősége, viszont hajtás tekintetében talán csak a szilícium-karbid félvezetőknél kerül elő. A Bosch élen jár ezen a területen, miben jobb a korábbi megoldásoknál a szilícium-karbid?

- Először is tisztázzuk, hogy a szilícium-karbid félvezetőknek a diszkrét kapcsolóelemekben van szerepe az energiaátalakítás folyamatában: egy ilyen kapcsolóelemnek van egy pozitív és egy negatív lába, ezeket jellemzően az akkumulátor két sarkára kötik. Emellett van egy úgynevezett gate-láb, ami a pozitív és a negatív rész között vagy nyitja, vagy zárja a kapcsolót – itt nem fizikai nyitásra és zárásra kell gondolni, hanem egy félvezető-csatornán engedik át a feszültséget, vagy éppen nem. Ezt eddig alapvetően IGBT technológiával oldották meg, ami bár jól működik, de van korlátja: ez a kapcsolási frekvencia, bizonyos frekvencia fölött nem működik. A másik problémája az átvezetési ellenállás – amikor átengedi a feszültséget a rendszer, akkor ellenállás keletkezik, aminek következtében melegszik a félvezető, ami veszteséget okoz.

A szilícium-karbid egy hasonló félvezető kicsit más alapanyagból és más felépítéssel. A tulajdonságai a kapcsolási frekvencia és a vezetési ellenállás tekintetében is jobbak. Magyarán sokkal gyorsabban tudunk vele kapcsolni, mint az IGBT-vel, amikor pedig átfolyik rajta az áram, kisebb az ellenállás és így a veszteség is, valamint sokkal kevésbé kell hűteni a rendszert. Ez az előny ott mutatkozik meg igazán, amikor kisebb motorokat fejlesztenek a villanyhajtás három fő elemének egy házba pakolásával. Ezek a villanymotor, a hajtómű és az inverter. Az egyesítésnek részben helykihasználási okokból, részben a hatékonyabb hűtés miatt van előnye.