Fékezéskor visszatölt, ezt tudjuk de…

Sok tévhit kering a különböző villanyautós csoportokban és a cikkek komment szekcióiban az elektromos autókról, de egy valamit szinte mindenki jól tud: fékezéskor az elektromos autó visszatölt. Azt viszont már kevesebben tudják, hogy ez tulajdonképpen mennyi energiát jelent, milyen hatásfokkal történik, mikor aktiválódik és milyen esetben lehet még a visszatöltésnél is több „hatótávot” megtakarítani.

Mivel minden elektromos autó más, igyekszem úgy fogalmazni, hogy az állítások valamennyi modellnél megállják a helyüket, a példákat azonban a VW e-UP-ból hozom, mert ilyen autóval van a legtöbb tapasztalatom. Az eleje lehet, hogy egy kicsit szájbarágós lesz, de nem akarom az elektromos autózás iránt még éppen csak érdeklődő olvasókat sem a mély vízbe dobni. Akinek ez a rész túl szakmai, nyugodtan ugorja át a keretest, nem marad le a lényegről.

Kezdjük talán onnan, hogy az elektromos autókban a pedálok egy picit máshogy működnek, mint a kétezres évek előtti benzines autóiban. A gázpedál nem áll fizikai kapcsolatban semmivel, egy rugó ellenében nyomjuk és egy elektronikus érzékelő figyeli milliméter (szögperc) pontosan a kezelőszerv helyzetét. A fékpedál sincs annyira egyértelműen a fékbetétekhez kapcsolva egy olajkörön keresztül mint régen. Biztonsági okokból megtalálható a hagyományos fékrendszer, de van egy jelentős szakasz, amikor ezt a pedált is csak egy rugó ellenében nyomjuk és ebben az esetben is egy érzékelő figyeli a szöghelyzetet, közben pedig nem történik fizikailag semmi. Ezt azért jó tudni, mert segít megérteni, hogy egy modern autóban nem vasakat, bovdeneket, munkahengereket nyomkodunk elsősorban, hanem számítógépeknek adunk bemenő jelet. Csak megmondjuk az autó komputerének, mit akarunk, az pedig eldönti, mit csináljon a „vasakkal”. Ha ez bárkit elriaszt az elektromos autózástól annak elárulom, egy 2010 után gyártott bármilyen közép és felső kategóriás autóban nagyjából ez a helyzet.

A Fiat 500e gombos „váltója”.

Ezután nézzük meg, mit csinál a „váltó”. Ugyanazt, mint a gázpedál. Elektronikus jellé alakítja a vezető szándékát. Megmondja a vezérlőegységnek, hogy merre akarunk menni, esetleg azt is, milyen stílusban (sport, normál, motorfék). Nem áll kapcsolatban egyetlen fogaskerékkel vagy váltóművel sem. Pláne nem, mert az elektromos autókban nincs sem a klasszikus automatához, sem a kézi váltóhoz hasonló fokozatokat tartalmazó sebességváltó. Helyette általában egy lassító áttétel van, ami egyetlen fogaskerékpárból áll. Ez olajban fut, aminek a szintjét és minőségét néhány évente ellenőriztetni kell. Csereperiódusa típustól függően 50-100 ezer km. Annyi baj legyen. Egyes modellekben, mint például a Fiat 500e-ben nem is kar, hanem gomb formában van jelen a P, R, N, D betűkkel ellátott előválasztó.

A kezelőszervek leginkább elektronikus kapcsolaton keresztül tudatják az autó számítógépével, hogy mit akar a vezető. A vezérlőegység a jelek alapján hozza meg a döntést, hogy áramot adjon a motornak azaz gyorsítson, áramot adjon az akkumulátornak azaz visszatöltéssel lassítson vagy a normál, üzemi féket használva lassítson.

Pedálok

Amikor nyomjuk a gázpedált (amit lehet menetpedálnak, gyorsítópedálnak hívni vagy egyéb mesterkélt jelzőkkel illetni), akkor az elektronika a motorvezérlőn keresztül árammal látja el a motort, attól függően, hogy milyen mélyre nyomjuk az említett jobb pedált. Ha pedig a féket nyomjuk, akkor a motor segítségével, szintén a motorvezérlőn keresztül, áramot juttat az akkumulátorba, ami pedig lassulást okoz. Ahogy a gyorsítást is szinte fokozatmentesen tudja szabályozni az elektronika, úgy a lassítást is ugyanilyen finomsággal, szinte észrevétlenül adagolja, mintha csak a normál üzemi féket taposnánk. Elektromos vagy hibrid autóban tehát minden felhasználó használja a visszatöltős fékezést, akár akarja akár nem, akár tud róla, akár nem! Ezért nem szükséges vérre menő vitákat folytatni arról, hogy ki milyen módot választ, mert az autó, ha lassításra adunk parancsot, akkor minden esetben a regeneratív fékezést részesíti előnyben.

Nissan e-pedal. Forrás: behindthewheel.com.au

A visszatöltéssel való fékezés lassító képessége egyenesen arányos az autó sebességével. Tehát minél nagyobb a sebesség, annál jobban tudunk visszatöltéssel lassítani (ez a jelenség a Lenz törvénye miatt van, de aligha érdekli az olvasót). Ebből következik, hogy 5-10 km/h-ás sebességnél már nem igazán lehet érdemi negatív gyorsulást (lassulást) elérni visszatöltéssel. Ilyenkor a számítógép jelet ad az üzemi féknek, ami a pedál nyomásának függvényében gyorsabban vagy lassabban, de megállásra kényszeríti elektromos járművünket. Aki elég sokat vezet egy bizonyos autót, kitapasztalhatja azt a pontot, ahol átkapcsol a motorfék és az üzemi fék között. A VW e-UP-ban például egy mutatós műszer jelzi a visszatöltés mértékét, amit figyelve könnyebben megtalálhatjuk az átváltási pontot. Normál használat mellett minden elektromos és hibrid autó így fékez, így nem kopnak el a féktárcsák és fékbetétek még 100.000 km megtétele után sem, mert az autó 90%-ban a motorral fékez. Érdemes megemlíteni, hogy ez a viselkedés a normál használatra igaz. Extrém dinamikus vezetés esetén, versenypályán, amikor az autóval a tapadáshatáron lassítunk, olyankor már nagy sebességnél is az üzemi fék dolgozik, egyszerűen azért, mert a motorfék nem tudna elegendően nagy fékhatást kifejteni.

Mi a helyzet akkor, ha az akkumulátor töltöttsége 100%? Amikor kocsit éppen csak lehúztuk a töltőről és máris nyargalunk lefelé a lejtőn. Ilyenkor az akkuba hivatalosan nem fér több töltés, ezért nem működhet a visszatöltés sem. Az első generációs Nissan Leaf tulajdonosai ilyenkor azt tapasztalhatják, hogy nincs regeneratív fék. A második generáció esetében viszont a vezérlőegység a féktárcsák segítségével szimulálja a motorfékhatást, tehát a felhasználó nem igazán veszi észre a különbséget. A plug-in hibrid autók esetében is lehet olyan, hogy teljesen feltöltött akkuval indulunk. Azonban a legtöbb gyártó úgy méretezi a rendszert, hogy amikor a visszajelző 100%-ot jelez, az akkumulátor valójában egy alacsonyabb töltöttségi szinten van ezért a fékezési energia visszatöltésére még marad egy kis felesleges kapacitás.

Brake mód

Az elektromos és hibrid autókban általában találunk egy olyan módot, ami extra erős motorfékhatást biztosít. A VW csoport autóiban és a Toyota Priusokban „B”-vel jelölik, ami a brake szóra utal, a Nissan „e-pedal” fantázianéven emlegeti ezt a funkciót (de B mód ettől függetlenül a LEAF-ekben is van). A közhiedelem szerint az autó csak ilyenkor tölt vissza, de ahogy korábban leírtam, ez nem igaz. Azt is gyakran látom, hogy arra biztatják egymást a felhasználók, hogy ha takarékoskodni akarnak az elektronokkal, akkor ezt a módot kell választani. A helyzet sajnos nem ennyire egyszerű, nem szabad általánosítani. Inkább egy kényelmi extraként érdemes tekinteni rá, amely lehetővé teszi, hogy az autót 90%-ban egy pedállal vezessük. Nem kell átlépegetni a fékre, ha meg akarunk állni, egyszerűen csak fel kell engedni a gázpedált és az autó elektronikája először visszatöltéssel lassít, majd egyes típusoknál (pl. Nissan LEAF vagy BMW i3) az üzemi fék használatával megállítja a járművet. A „B” fokozat tartós lejtmenet esetén is hasznos lehet, mert nem kell folyamatosan nyomni a féket, az autó számítógépe biztosítja a motorfékkel elérhető maximális fékhatást, amibe csak ritkán kell pluszban belefékezni. Egyenletes haladás esetén és gyorsításkor a „B” módnak nincs hatása, ugyanúgy viselkedik, mint „D”-ben, nem kopik vagy terhelődik jobban semmilyen alkatrész.

Az energiahatékony vezetésről

Sokan úgy gondolják, hogy a regeneratív fékezésnél nincs hatékonyabb módszer az energiával való spórolásra, de ez sem teljesen igaz. A hatótávnövelés szempontjából a legjobb módszer a kigurulás vagy más néven vitorlázás, amikor az autót hagyjuk szabadon futni egészen a megállásig. Hasonló módszerrel érik el az Eco-Maraton rekordjait is. Egy autó 50 km/h-ás sebességről közel 1 km-t képes gurulni mielőtt megáll, tehát amikor a forgalmi szituáció megengedi, (például országúton haladva a távolban meglátunk egy körforgalmat) akkor a legjobb amit tehetünk, hogy normál „D”-ben haladva levesszük a lábunkat a pedálokról és hagyjuk szépen gurulni az autót (vagy ha az autó ilyenkor már D-ben is fékez, akkor nulla fogyasztás körül tartjuk a pedált), persze csak ha nem tartunk fel senkit. Sajnos a legtöbb esetben, főleg városi forgalomban ez a módszer kivitelezhetetlen ott a regeneratív fékezés a nyerő.

A fékezés közbeni energia visszanyerésnek van egy hátránya, ami miatt jobb a kigurulás, ez pedig a 100% alatti hatásfok. Amikor gyorsítunk az autóval, már akkor kialakulnak bizonyos veszteségek a rendszerben. Az akkumulátornak, a motorvezérlőnek, a motornak, a hajtásnak és a keréknek is van egy bizonyos hatásfoka. Szerencsére mindegyik jóval 90% fölött van, de a teljes lánc hatásfoka mégiscsak becsúszhat akár 90% alá. Amikor visszatöltéssel fékezünk, akkor az energia ugyanezen az útvonalon, halad végig egészen az akkumulátorig. Ha ez megint 90% alatti, akkor az össz hatásfok nem lehet nagyobb ~80%-nál. Tehát ideális esetben csak a gyorsításra fordított energia 80%-a nyerhető vissza. Ez az oka annak, hogy jobb a vitorlázás. Természetesen egy tisztán belsőégésű motoros jármű a mozgási energia 0%-át képes visszanyerni fékezéskor! Ehhez képest a 80% igazi ajándék.

A másik trükk a hatékony vezetésre a folyamatos lassú haladás. Egy korábbi teszt szerint 50-60 km/h környékén olyan keveset fogyaszt az autó, hogy az átlagos használathoz képest majdnem dupla hatótáv is elérhető. Természetesen sokszor nem életszerű ötvennel menni egy főúton ahol 90 km/h a megengedett sebesség, de tisztán városi használatban nem lehetetlen.

A regeneratív fékezés lelki világa

Sokszor látom leírva, hogy az e-pedal (vagy a „B” mód) veszélyes, mert az erőteljes motorfék megviccelheti a mögöttünk haladót. A feltételezés abból indul ki, hogy az autó féklámpája a fékpedál nyomására aktiválódik, de egy modern villanyautó esetén ez már nem igaz. A elektromos autókban a számítógép pontosan tudja, hogy a motorfék mekkora lassulást okoz és a fékpedál nyomása nélkül is aktiválja a féklámpát, ha szükséges.

Érdekes kérdés, hogy milyen hatással van a regeneratív fékezés az autó akkumulátorára. Mivel a visszatöltést számítógép vezérli, amibe beprogramozták, hogy mekkora árammal szabad maximum tölteni az akksit, nem lehet probléma. A Totalcar néhány éve a csinált egy kísérletet egy Kia Soul EV-vel. Egy elhagyott kifutón vontatókötélre akasztották és folyamatosan figyelve a visszatöltés mértékét (a képernyőn kW-ban jelenik meg) megállapították, hogy kicsivel 50 kW fölött megáll a maximális visszatöltés, pont mintha villámtöltenénk. A műveletről videó is készült. A kísérletből az is kiderül, hogy egy lemerült villanyautót akár vontatással is fel lehet tölteni, viszont ez a művelet nem ajánlott!

Eco mód

A villanyautók többségén van valamiféle energiatakarékos mód. A legtöbb gyártó „eco” jelzőt aggat erre a funkcióra. Ha benyomjuk a gombot, vagy aktiváljuk a menüben, sok érdekes dolog történik, amivel nem biztos hogy tisztában van a felhasználó. A legfontosabb és valóban hasznos korlátozás, a motor teljesítményének csökkentése. Ezzel a gyorsítás mértékét és a végsebességet is limitálni lehet. Tulajdonképpen egy gyengébb autót kapunk a nagyobb hatótávért cserébe. Nyilván ez sem csodafegyver, csak bizonyos körülmények között nő emiatt a hatótáv.

A másik – elég bosszantó dolog – hogy a belső hőmérséklet szabályzásáért felelős rendszer (klíma, fűtés, levegő befúvás) hatékonysága is csökken. Sok esetben belső keringetésre kapcsol és a ventilátor ereje is jelentősen lecsökken. Ez veszélyes játék, mert amellett, hogy a vezető közérzete romlik, nő a baleset kockázata is.

Olyan esetekről is hallottam, amikor a rádiót vagy a világítást is lekapcsolták az emberek a nagyobb hatótáv érdekében. Ennek viszont semmi értelme. Az, hogy a klímát csak 1-2 °C fokkal hidegebbre állítsuk, mint a külső hőmérséklet vagy hogy a fűtést 15-18 fokra állítva kormány és ülésfűtéssel vezessünk még elfogadható, mert óránként akár 3-4 kWh energiát is megtakaríthatunk. Viszont a szellőztető ventilátor kikapcsolásával, a lámpák lekapcsolásával és a rádió kikapcsolásával egy 3-4 órás út során is maximum 0,5 kWh-át nyerhetünk. Megéri? Szerintem nem.

Nem csodafegyver, de automatikusan teszi a dolgát

Aki elektromos autóba ül, mindenképp fogja használni a regeneratív fékezést, akár tisztában van vele akár nem. Az autó számítógépe igyekszik először mindig visszatöltéses fékezést alkalmazni. Az e-pedal és a „B” mód nem takarékos üzemmódok, hanem kényelmi extrák, érdemi megtakarítást átlagos vezetési körülmények között nem lehet velük elérni, viszont városban, dinamikus vezetési stílus esetén javasolt a használatuk. A hatótáv növelésének leghatékonyabb eszköze továbbra is az óvatos pedálkezelés, a kis sebesség és az előrelátó vezetés. Ugyan kicsit ellentmond ezzel a villanyautók kiemelkedő dinamizmusa és kanyarstabilitása, de ha meguntuk a játszadozást, jöhet a fogyasztási rekordok beállítása. Jó szórakozást!

Magyar Péter

Villamosmérnökként szakmai csodálattal tekintek minden elektromos járműre, ugyanakkor azt látom, hogy sok az ismerethiányból adódó ellenérzés irántuk. Írásaimmal ezen szeretnék pozitív irányban változtatni!