Et fælles projekt bag en bemærkelsesværdig effektivitet på 98,2 procent
Et samarbejde mellem den franske bilfabrikant og en kinesisk partner har resulteret i et hybriddrivsystem, der under laboratorieforhold opnår en virkningsgrad på 98,2 procent. Hemmeligheden bag energibesparelsen er et utraditionelt materiale i statoren.
Hvis disse resultater kan bekræftes i serieproduktionen, vil konkurrenterne blive tvunget til at accelerere udviklingen af deres egne teknologier. Under det fælles mærke Horse er der udviklet en elmotor beregnet til hybridbiler, som i tests opnår en virkningsgrad på 98,2 procent. Det er et bedre resultat end hos de fleste aktuelt producerede enheder, og nøglen hertil er angiveligt en ny type stål anvendt i statoren.
Motor Amorfo – et fælles projekt mellem Renault og den kinesiske koncern Geely
Horse er et selskab grundlagt af bilproducenten Renault og den kinesiske koncern Geely, som beskæftiger sig med udvikling af moderne drivenheder. Det seneste resultat af ingeniørernes arbejde er en motor kaldet Amorfo, primært designet til hybrider og biler med udvidet rækkevidde.
Navnet er ikke tilfældigt. Det henviser direkte til statorens materiale — det anvendte amorfe stål har en uordnet atomstruktur. I konventionelle motorer benyttes krystallinsk stål, hvor atomerne arrangerer sig i et regelmæssigt gitter. De fysiske egenskaber ved amorf stål gør det muligt at reducere de tab, der er forbundet med magnetfeltets påvirkning, især ved høje frekvenser.
Ifølge Horse er der tale om mere end blot markedsføring. Motor Amorfo opnår en virkningsgrad på 98,2 procent, hvilket svarer til cirka halvt så store interne tab som hos et typisk elektrisk drivsystem. Den deklarerede ydelse er 190 hestekræfter og et drejningsmoment på 360 newtonmeter, hvilket er fuldt tilstrækkeligt til hybrid-SUV’er, kompakte biler og større sedaner med elektrisk fremdrift.
Plader tyndere end et menneskehår – sådan reduceres tabene
Det mest imponerende aspekt er tykkelsen på de elementer, statoren er sammensat af. Hver enkelt plade måler kun 0,025 millimeter. Det er cirka ti gange tyndere end hos typiske elmotorer monteret i biler. Disse ekstremt tynde lag hjælper med at minimere såkaldte hvirvlestrømme.
Hvirvlestrømme er et fænomen, hvor der induceres uønskede strømforløb i metallet, som omdannes til varme og forårsager energitab. Jo tyndere elementerne er, desto svagere er dette fænomen, og desto mere effektivt omsætter drivenheden strøm til bevægelse. Horse erklærer en reduktion af tabene i selve motoren på cirka 50 procent sammenlignet med en referencekonstruktion, mens ydelses- og drejningsmomentparametre bevares.
I praksis betyder det, at motoren ved samme strømforbrug kan udføre mere nyttigt arbejde. Mindre energi går tabt som varme, hvilket reducerer kravene til kølesystemet. De tynde plader af amorf stål udgør dog en teknologisk udfordring under fremstillingen, da de kræver mere præcis bearbejdning og mere skånsom montage end standardmaterialer.
Hvordan placerer dette resultat sig i forhold til andre motorer?
Nuværende elektriske drivsystemer i personbiler opnår typisk en virkningsgrad på mellem 93 og 97 procent. Forskellene afhænger af belastning, temperatur, omdrejningstal og den konkrete konstruktion. På papiret virker en stigning på et til to procent måske ikke imponerende sammenlignet med eksempelvis en fordobling af ydelsen.
Inden for energieffektivitet betyder hvert eneste procent dog reelle besparelser, særligt når vi taler om store køretøjsflåder og millioner af kørte kilometer. For producenterne er det desuden et redskab til at opbygge en konkurrencemæssig fordel — især når tilsvarende ydelses- og rækkeviddeegenskaber kan opnås med et mindre batteri.
- Moderne elmotorer i personbiler har en virkningsgrad på 93 til 97 procent
- Motor Amorfo erklærer 98,2 procent under laboratorieforhold
- Hvert procent i besparelse betyder lavere forbrug fra batteri eller motor
- Højere virkningsgrad giver mulighed for et mindre batteri ved samme rækkevidde
- I praksis vil besparelsen vise sig ved langvarig brug af køretøjet
- Virksomhedsflåder vil mærke forskellen mest i driftsomkostningerne
- Lavere tab betyder også mindre belastning af kølesystemet
Det samlede billede kompliceres af målebetingelserne. Den angivne virkningsgrad på 98,2 procent stammer fra tests udført af selskabet under strengt kontrollerede forhold. I daglig drift opstår der faktorer, som er svære at reproducere perfekt på en prøvestand.
Laboratorium versus virkelighed på vejen
Under normal drift påvirkes køretøjet af en række faktorer, der influerer driveenhedens reelle virkningsgrad. Det inkluderer temperaturudsving fra vinterfrost til sommerens brændende asfalt. Motoren arbejder ikke i ét optimalt punkt, men under delbelastning over et bredt område.
Hertil kommer ældning af materialer, herunder isolering og selve stålet. Spænding og trækbatteriets ydeevne svinger ligeledes. Producenter angiver typisk den maksimale virkningsgrad opnået inden for et bestemt arbejdsområde og ikke et gennemsnit fra hele kørecyklussen. Uafhængige laboratorier opnår ofte lavere resultater end reklamematerialerne lover.
Horse oplyser endnu ikke, i hvilke biler og hvilken konfiguration denne motor vil blive anvendt, hvilket gør det vanskeligt at vurdere, hvordan den vil opføre sig i et færdigt køretøj. Selskabet bag projektet estimerer, at den samlede energibesparelse — når hele hybridsystemet medregnes, herunder batteri, inverter, gearkasse og øvrig udrustning — udgør cirka ét procent.
Reel energibesparelse – omkring ét procent i hele systemet
En reduktion af energiforbruget i en hybrid på ét procent kan virke ubetydelig i målestokken for én bil, men på tværs af tusindvis af eksemplarer svarer det til enorme mængder sparet elektricitet eller brændstof. Ved et årligt kilometertal i størrelsesordenen 20.000 til 30.000 kilometer, kombineret med firmaflåder og lang brugstid, begynder en sådan gevinst at have reel betydning — både for chaufføren og for CO₂-regnskabet.
For producenterne tæller selv den mindste brøkdel af et procent, da det kan gøre det lettere at opfylde stadig strengere energieffektivitetsnormer. Motor Amorfo figurerer allerede i Horses katalog, hvilket betyder, at selskabets kunder til enhver tid kan bestille den til deres projekter. Den første aftager vil højst sandsynligt være Renault-koncernen selv, herunder tilknyttede mærker.
Andre selskaber inden for Geelys kapitalgruppe, som eksempelvis Volvo, kan også komme i betragtning. Denne motortype er særligt velegnet til den næste generation af plug-in hybrider, hvor prioriteten er lavt energiforbrug frem for rekordydelse. Hvis de erklærede specifikationer bekræftes i seriekøretøjer, vil brugerne primært opleve et lavere energiforbrug i hverdagen.
I en hybrids tilfælde kan det betyde færre tankstop i løbet af året eller længere rækkevidde på én opladning af trækbatteriet. En anden fordel er den reducerede varmestråling fra selve motoren. En mere effektiv drivenhed opvarmes mindre, så kølesystemet kan arbejde med lavere belastning. Det åbner igen mulighed for at forenkle køretøjets konstruktion eller reducere vægten af visse komponenter.
Hvorfor konkurrerer producenterne om drivenheds-virkningsgrad?
Markedet for biludrivningssystemer ændrer sig hurtigere end for ti år siden. Ud over batterier og styreelektronik er netop elmotorerne blevet et kapløbsfelt. Kinesiske mærker præsenterer stadig mere avancerede konstruktioner — fra forbrændingsmotorer med rekordhøj virkningsgrad til innovative elektriske drivsystemer.
Europæiske og japanske virksomheder, der i årevis dominerede inden for drivlinjer, er nødt til at reagere. At præsentere en motor med meget høj virkningsgrad er en måde at fastholde sin position og demonstrere, at de stadig har meget at byde på teknisk set. Forskere fra begge selskaber arbejdede på projektet i adskillige år og testede forskellige varianter af amorfe materialer.
Udviklingen af drivenheder påvirker køretøjets samlede arkitektur. Sideløbende med effektivitetsforbedringer dukker der ofte ændringer op i styresoftware, strategi for rekuperering af bremseenergi eller valg af gearkasse. Den endelige effekt oplever bilisten som et mere jævnt drivsystem og en bedre respons på speederpedalen.
Det er værd at bemærke, at motorudviklingen afspejles i den samlede køreoplevelse. For et køretøj, der tilbagelægger 200.000 kilometer i løbet af sin levetid, kan forskelle i størrelsesordenen ét til to procent akkumulere sig markant. Det slår igennem både i driftsomkostningerne og i det enkelte køretøjs CO₂-aftryk. Set fra brugerens perspektiv er det værd at se nærmere på ikke blot ydelse og drejningsmoment, men også på, hvordan producenten beskriver effektiviteten for drivenheden og hele systemet.
