Az elmúlt évtizedben az autógyártók által a járművek tömegének csökkentésében elért eredmények a villanyautók megjelenésével úgy foszlottak szerte, mint a pókháló az esőben. A több tonnás gépek veszélyeztetik a biztonságot és jobban szennyezik a környezetet elvártnál.
Az elektromos autók túlsúlyosak és eltörlik az elmúlt évtizedben az autógyártók által elért tömegcsökkentési eredményeket. Ebben a több száz kilométer hatótávolsághoz szükséges nehéz akkumulátorok a bűnösök. A GMC Hummer EV pickup és SUV 246 kilowattórás akkumulátorcsomagja 1,3 tonnát nyom mindössze pár kilóval könnyebb, mint a nálunk is népszerű, 2019-ben a piacról kivont Chevrolet Cruze kompakt autó üres tömege. A villanyautók átlagos tömege 20-30 százalékkal nehezebb, mint a belső égésű motorral hajtott, hasonló méretű járműveké. A többlettömeg nagy része a nagy, nehéz akkumulátorok miatt van.
Régen minden könnyebb volt?
A 2012-es acélvázas F-150 SuperCrew 4×4 pickup üres tömege 2,6 tonna. Ezt 2015-ben alumíniumvázas változat váltotta le, amivel nagyjából 3-3,5 mázsát takarítottak meg. A mai elektromos F-150 Lightning SuperCrew tömege az akkumulátorcsomagtól függően 2,7 és 3,2 tonna közötti, ami jelentősen több, mint az acélvázas pickup tömege. És még nem is a Fordé a legnehezebb villanyautó.
A GMC Hummer pickup és SUV vezeti a ligát 4 tonna feletti üres tömegével, amely majdnem 9 mázsával múlja felül a gigantikus méretű és tömegű, filmekből ismert eredeti dízelüzemű Hummer H1-est. A General Motors által gyártott elektromos Chevrolet Silverado, GMC Sierra és Cadillac Escalade modellek mind a Hummer alapjain osztoznak, így szintén nagyon nehezek, átlagban 3,8 tonnát nyomnak.
Az elektromos motorok hatalmas ereje és brutális nyomatéka lehetővé teszi, hogy a villanyautókat könnyebbnek érezzük, mint amilyenek valójában. De a hozzáadott kilók korlátozzák a hatótávolságot és biztonsági aggályokat vetnek fel.
Az amerikai National Bureau of Economic Research szervezet tanulmánya megállapította, hogy 1000 kiló plusz 47 százalékkal növeli a halálos balesetek esélyét. Más tanulmányok szerint a nehéz EV-k növelik a környezetszennyezést azáltal, hogy a gumiabroncsok apró gumirészecskéket bocsátanak ki magukból. Amerikai szakértők szerint az EV-k tömegének csökkentése sokkal nehezebb dió, mint a belső égésű motoros járművek fogyókúrája. A legtöbb villanyautó már most is tartalmaz alumínium karosszériaelemeket és más könnyű anyagokat, ami korlátozza a további csökkentés lehetőségeit.
“Ez egy ördögi kör” – mondta Sam Abuelsamid, az amerikai Guidehouse Insights e-mobilitási elemzője az Automtive Newsnak. “Ha egy jármű 4 tonnás, akkor a 3 tonnás járművel szemben nagyobb féktárcsákat és féknyergeket kell szerelni. A jármű tömegének növekedésével nehezebb kerekekre és gumiabroncsokra is szükség van.”
Első a biztonság
A nehéz akkumulátorok mellett a villanyautók azért is híznak, mert a szakértők szerint túltervezték őket a biztonság érdekében. “Senki sem akarja, hogy tűzben égjen meg és senki sem akar olyan járművet, amely nem ütközésbiztos” – mondta Sandy Munro, a detroiti járműipari szakértő az Automotive Newsnak. “A mérnökök túltolják a biztonságra való felkészítését az autóknak, és mindezt azért teszik, hogy ha valami baj történik, akkor ne kerüljenek életveszélybe az utasok, pedig a sofőrök képzésére is kellene figyelni.”
Egy évtizeddel ezelőtt az autógyártók dollármilliárdokat fektettek a járművek tömegének csökkentésébe, hogy autóik megfeleljenek az egyre szigorodó üzemanyag-fogyasztási és károsanyag-kibocsátási előírásoknak. A Ford története legnagyobb hajtáslánc-beruházását hajtotta végre, amikor a nagyobb hengerűrtartalmú motorok helyettesítésére bevezette az EcoBoost turbófeltöltős motorcsaládot. Sok más autógyártó is ugyanezt tette, illetve használni kezdték a drága alumínium karosszériaelemeket, valamint a még drágább, de még könnyebb szénszálból és magnéziumból készült szerkezeti elemeket.
A General Motors (GM) úgy csökkentett tömeget, hogy vegyes anyagú gyártási stratégiát vezetett be és a legkönnyebb, legnagyobb szakítószilárdságú fémeket stratégiai helyeken alkalmazta számos legnagyobb járművében. A BMW és a Toyota főként a karbontechnológiákra fókuszált. Szinte minden autógyártó a 3D nyomtatáshoz fordult a könnyű alkatrészek tervezése érdekében.
Az önvezetés kövérít
De nem csak az akkumulátorok tömege miatt szaladnak fel a kilók. Az automatizált vezetést lehetővé tevő fejlett elektronika, a lidar, a radar, a kamerák, az érzékelők és az ezeket működtető számítógépek is hozzájárultak ehhez. A több képernyő, a két és három elektromos motor és az összkerékhajtási rendszerek szintén kilókat adnak hozzá.
“Ha megnézzük a villanyautók gördeszkaszerű alvázát és hunyorítunk, akkor ezek a kocsik úgy néznek ki, mint egy vázra épített cilinder” – mondta. “Nem sok mindent tehetünk a súlycsökkentés érdekében, ha egy gördeszkára építünk, amelynek elég nagy szerkezeti integritással kell rendelkeznie, mert az viszi a terhelést.” A legnagyobb lehetőség az EV-k súlyának csökkentésére az akkumulátorokban és az azokat befogadó acél vagy vastag alumínium burkolatokban rejlik.
Royston Jones, az Altair Engineering technológiai igazgatója szerint az akkumulátorok kémiai összetételének és a burkolat csomagolásának javítása csökkenteni fogja a tömeget. Szerinte idővel az EV-k karosszériája, vagyis vázszerkezete is kevesebbet nyomhat. Jones szerint az autógyártók a komolyabb tömegcsökkentést akkor fogják véghez vinni, amikor már pontosabb képet kapnak arról, hogy a villanyautók hogyan viselkednek a valós balesetekben, és amint eleget tanulmányozták, hogy a fogyasztók miként használják őket.
Akkumulátor tervezési lehetőségek
“Szerintem még hosszú út áll előttünk a tervezés optimalizálásáig, ahol a teljes szerkezetet figyelembe vesszük” – mondta. Legalább egy autógyártó már el is kezdte ezt a folyamatot. A Tesla Model Y egyes konfigurációinál az akkumulátorház teteje egyben az üléseket rögzítő padlólemez is. A legtöbb más elektromos járműnél az akkumulátorház egy komplett egység a padlólemez alatt. De maguk az akkumulátorcellák azok, amelyekkel a fogyókúrát el lehet kezdeni. A legtöbb mai elektromos járműben a cellák egymástól távol vannak elhelyezve, hogy csökkentsék a tűzveszélyt, ha az egyik cella túlmelegedne, vagy ha az akkumulátorház megsérülne egy ütközés során. Ha az autógyártók biztonságosan közelebb tudnák egymáshoz pakolni a cellákat, akkor a hatótávolság csökkenése nélkül tudnák csökkenteni és könnyíteni a csomag méretét. “Ha kinyitjuk a jelenlegi akkumulátorcsomagokat, azt látjuk, hogy egy doboz van a dobozban, a belső dobozban pedig cellák vannak” – mondta Abuelsamid. “Ennek a moduláris felépítésnek az a hátránya, hogy sok a felesleges hely.”
A lítium-vas-foszfát az egyik olyan akkumulátorkémia, amely képes csökkenteni az elpazarolt helyet. Ezek a cellák nem könnyebbek, mint a mai lítium-ion cellák, de sokkal kevésbé hajlamosak a túlmelegedésre és az összeomlás okozta tüzekre. A lítium-vas-foszfát használatával a cellákat sűrűbben lehetne elhelyezni, a hűtőrendszerek pedig kisebbek lennének, így a burkolatok tömege is csökkenhetne.
A michigani Our Next Energy startup cég olyan lítium-vas-foszfát cellákat fejleszt elektromos autók számára, amelyeket könnyű szénszálas burkolatokba lehetne csomagolni anélkül, hogy ez a biztonságot befolyásolná – nyilatkozta Sam Haberl, a cég autóipari üzletfejlesztésért felelős alelnöke. Maguk a cellák is szerepet játszanak a szerkezeti merevségben, mert tömörített méhsejtként építik meg, amely magának a csomagnak a szilárdságát hozza létre, és amely minimalizálja a többi anyag szükségességét. A vállalatnak szerződése van többek mellett a BMW-vel is.
A villanyautók tömegének egy másik következménye a környezeti terhelés növekedése. Az autók környezeti lábnyoma nő, mert az autógyártók több nyersanyagot használnak fel például a nagyobb gumiabroncsokhoz és a nagyobb fékekhez. Ned Curic, a Stellantis technológiai vezetője az Automotive News Europe-nak elmondta, hogy a helyzet “nem jó a környezetnek, nem jó az erőforrásoknak, nem jó a hatékonyságnak”. “Engem frusztrál” – tette hozzá – “hogy minden autónk nehezebb, így drágább. Ezek a plusz költségek pedig egyre nehezebben fizethetők meg a középosztály számára”.
Néhány népszerű villanyautó tömege:
Volkswagen eUp! 32,3 kWh 1160 kilogramm
Nissan Leaf e+ 1681 kg
Kia EV6 77 kWh AWD 2015 kg
Skoda Enyaq iV 80 – 2042 kg
Tesla Model S Plaid 100 kWh 2162 kg
Volvo XC40 Recharge Twin Motor 78 kWh AWD 2113 kg
Lexus RZ 450e 71,4 kWh 2130 kg
Volkswagen ID.4 GTX 2199 kg
Audi Q4 e-tron 50 – 2210 kg
BMW i4 M50 – 2215 kg
Porsche Taycan GTS Performance Plus 93,4 kWh 2228 kg
Ford Mustang Mach-E 98,7 kWh AWD 2273 kg
Nissan Ariya 90,0 kWh e-4orce 2300 kg
Volkswagen ID. Buzz 2396 kg
Cadillac Lyric 2520 kg
BMW i7 xDrive60 101,7 kWh 2640 kg
Mercedes-Benz EQS 580 SUV 108,4 kWh 4Matic 2735 kg
Ford F-150 Lightning Platinum 4WD SuperCrew 3125 kg
Chevrolet Silverado EV 4WT 3855 kg
GMC Hummer EV Pickup 4110 kg
