Renault og Geely præsenterer elmotor med rekord-virkningsgrad

En lille komponent med stor betydning

Et tilsyneladende uanseligt teknisk element med et svært udtaleligt navn kan være ved at sætte gang i næste generations effektivitetsgennembrud inden for hybrid- og elbiler. Den fælles drivlinesafdeling Horse, grundlagt af Renault og den kinesiske bilkoncern Geely, har netop præsenteret en elmotor med en hidtil uset virkningsgrad – takket være et materiale, der lyder mere som noget fra et højteknologisk laboratorium end fra bilindustrien.

Hvad der gemmer sig bag den nye Renault-Geely-motor

Horse er et fælles selskab ejet af Renault og Geely, med ét klart formål: at udvikle mere effektive drivlinesystemer – primært til hybridbiler, men også til rent elektriske modeller med rækkeviddeforlænger.

Det seneste resultat af dette samarbejde bærer navnet Amorfo. Det usædvanlige navn hentyder til motorens centrale element: den såkaldte stator – den faste del, hvori magnetfeltet opbygges. I stedet for konventionelt elektrisk bandstål anvender ingeniørerne her et amorf stål, hvis atomer ikke er arrangeret i et ordnet krystalgitter, men derimod fordelt i uordnet tilstand.

Producenten opgiver en virkningsgrad på 98,2 procent for den nye motor – et tal, der ligger klart over de nuværende standardværdier på 93 til 97 procent.

Amorf stål er krævende at fremstille, men besidder særlige fysiske fordele. Det reagerer anderledes på skiftende magnetfelter sammenlignet med klassisk transformatorstål. Det er netop dette, der reducerer de såkaldte magnetiseringstab – altså den energi, der simpelthen forsvinder som varme i materialet.

Stållameller tyndere end et hår

Det andet afgørende element er den ekstreme tynde af stållamellerne i statoren. Disse plader er blot 0,025 millimeter tykke – cirka ti gange tyndere end i en typisk elmotor til biler. Et menneskehår virker nærmest groft i sammenligning.

Hvorfor er det vigtigt? I enhver elmotor opstår der hvirvelstrømme i metallet, når magnetfelter opbygges og bryder sammen igen. Disse strømme medfører energitab. Jo tyndere pladerne er, desto mindre plads er der til sådanne hvirvelstrømme – og dermed falder tabene, mens virkningsgraden stiger.

• Tykkelse af statorplader: 0,025 mm (ca. ti gange tyndere end normalt)
• Virkningsgrad ifølge producenten: 98,2 %
• Effekt: 190 hk
• Drejningsmoment: 360 Nm
• Anvendelsesområde: primært hybridanlæg og rækkeviddeforlængere

Ifølge Horse halveres de interne tab i motoren med denne konstruktionsmetode. Set fra et laboratorieperspektiv er det et bemærkelsesværdigt fremskridt, selv om forbedringen på systemniveau er mere afdæmpet.

190 hk og 360 Nm – optimeret til hybridbiler

Med 190 hk og 360 Newtonmeter drejningsmoment placerer motoren sig klart inden for segmentet for aktuelle fuld- og plug-in-hybridanlæg i kompakt- og mellemklassen. Konstruktørerne sigter ikke efter rå sportsvognsydelse, men derimod mod et så effektivt arbejdsredskab som muligt til hverdagskøretøjer.

Typiske anvendelsesscenarier kan være:

• Fuldhydridbiler, hvor forbrændingsmotoren primært arbejder ved gunstige belastningspunkter, mens elmotoren håndterer mange køresituationer.
• Plug-in-hybridbiler med større batterier, hvor motoren hyppigt kører i rent elektrisk tilstand.
• Rækkeviddeforlænger-koncepter, hvor en lille forbrændingsmotor fungerer som generator, mens elmotoren driver hjulene.

Netop i rent elektrisk drift tæller hvert procentpoint virkningsgrad dobbelt: Det sænker forbruget og varmeafgivelsen og aflaster dermed både batteri og kølesystem.

Hvad 1 procent lavere forbrug betyder i praksis

På systemniveau – altså for det samlede hybridkøretøj – forventer Horse en energibesparelse på cirka én procent. Det lyder beskedent, men har konkrete konsekvenser.

Regner man det op på millioner af køretøjer over flere år, summerer sådanne effektivitetsgevinster sig hurtigt til et betydeligt niveau – både for producenternes energiregnskab og for nationale CO₂-mål.

Laboratorieværdier kontra hverdagen: hvor pålidelige er de 98,2 procent?

De oplyste tal stammer fra målinger udført under laboratorieforhold. Her kan temperaturer, belastningspunkter og omdrejningstal justeres præcist. Ude på vejen er bilens adfærd langt mere uforudsigelig: Udetemperaturer svinger, chaufføren accelererer nu hårdt, nu blidt, og materialer ældes med tiden.

Erfaringsmæssigt ligger de reelle virkningsgrader i en bil en smule under de ideelle værdier fra testbænken. Det gælder for forbrændingsmotorer, batterier og ligeledes elmotorer. Sådanne afvigelser er normale og gennemgående for hele branchen.

Det afgørende bliver, hvor meget af laboratoriets effektivitet der rent faktisk overføres til hverdagskørslen – særligt ved dellast og over mange års driftstid.

Uafhængige måleserier foreligger endnu ikke. Horse har heller ikke afsløret, i hvilket seriekøretøj motoren først tages i brug, eller hvornår den bliver tilgængelig for kunder. Det er dog klart, at den figurerer i drivlinesafdelingens katalog og kan anvendes af alle mærker, der benytter sig af Horse – primært Renault, men teoretisk også Volvo og andre mærker fra Geely-universet.

Hvorfor hvert procentpoint virkningsgrad pludselig tæller

Mange spørger sig selv: Hvorfor gør ingeniørerne sig al den umage for blot 1 eller 2 procent? Gennem årtier var det relativt enkelt at forbedre drivliner markant. I dag er de store spring imidlertid i vid udstrækning udtømt – både for forbrændingsmotorer og elektriske drivliner.

Nye fremskridt opstår i stedet gennem mange små skridt:

• Bedre materialer i motor og inverter
• Optimeret køling for at reducere tab
• Mere intelligent software til styring af drivlinjen
• Lettere komponenter, der kræver mindre energi at bevæge

Til sidst er det summen, der afgør det hele: To procent her, tre procent der – og pludselig forbruger en ny modelårgang markant mindre energi end forgængeren, uden at kunderne kan pege på ét enkelt afgørende gennembrud.

Hvad amorf stål egentlig er

Det eksotisk klingende stål i Amorfo-motoren tilhører gruppen af metalliske glas. Anderledes end ved normalt stål afkøler producenterne smelten så hurtigt, at der ikke dannes nogen ordnet krystalstruktur. Det giver særlige magnetiske egenskaber, som er særligt interessante i transformatorer og elmotorer.

Ulempen er, at fremstillingen er kompliceret og forarbejdningen krævende. For bilindustrien kan det kun betale sig at anvende materialet, hvis det kan produceres pålideligt i store mængder og integreres i de sædvanlige produktionsprocesser. At en stor koncern som Renault tager dette skridt, viser, hvor alvorlig konkurrencen om den mest effektive drivline er blevet.

Hvad dette betyder for fremtidens hybrid- og elbiler

Amorfo-motoren vil sandsynligvis ikke blive den ene afgørende faktor for eller imod et bestemt model for hybrid- og elbilskøbere. Den spiller snarere en rolle i baggrunden. Den, der kører i et køretøj udstyret med denne motor, nyder i bedste fald en smule mere rækkevidde, mindre varmeafgivelse og marginalt lavere driftsomkostninger.

Det spændende bliver at se, om sådanne høj-virkningsgrads-motorer breder sig bredt og forbedres yderligere i kommende generationer. Kombineret med mere effektive invertere, bedre batterier og intelligent termostyring kan fremtidige køretøjsgenerationer komme betydeligt tættere på de fysiske grænser, end det er tilfældet i dag.

For producenterne handler det ikke blot om teknisk stolthed – det handler også om hård regulering: Hvert gram CO₂-besparelse og hver kilowatttime reduceret forbrug hjælper med at undgå bøder og opfylde ambitiøse flådemål. Den nye motor fra Renault og Geely er således endnu et brik i puslespillet på vejen mod mere effektive drivliner – selv om det ved første øjekast "kun" drejer sig om ét procentpoint.