Undersøgelse af det 48-volt-milde hybrid-system

13 / 05 / 2020

Marketing

I modsætning til de ægte hybrid-konfigurationer, der anvender motoren og/eller den elektriske motor til at drive køretøjet, anvendes 48-volts-mild hybrid-systemet i et typisk stop-start-køretøj med integrering af en 48 volt elektrisk motor/generator-enhed, der supplerer motoren og forbedrer accelerationen og brændstoføkonomien.

Derudover reducerer elektrificeringen af dele som kompressoren til airconditionsystemet, pumpen til servostyringen og motorens oliepumpe yderligere presset på motoren og forbedrer brændstoføkonomien.

diagram of a hybrid car

1 Elektrisk motor/generator-enhed.
2 AC/DC-vekselretter.
3 48-voltsbatteri.
4 DC/DC-omformer.
5 48-voltsstrømfordelingsenhed.
6 12-voltsbatteri.
7 12-voltsstrømfordelingsenhed.
8 E-charger

Elektrificeringen af køretøjer med mere end 12 volt er ikke nyt: Bilindustrien overvejede allerede at indføre et 42-voltssystem i 1990’erne. Det blev dog senere forkastet pga. betænkelighed vedrørende prisen samt praktiske forhold såsom holdbarheden af kontakter og relæer. Men af miljømæssige hensyn benytter moderne elektronik transistorer, dioder og mikroafbrydere, der er mere robuste, og gør det dermed til en realistisk mulighed.

Så hvorfor stoppe ved 48 volt? Den nuværende lovgivning dikterer, at alt over 60 volt officielt er ‘højspænding’. Dette giver større omkostninger pga. tilføjelsen af dyr afskærmning, forbindelsesklemmer og elektrikerrør som de orange, man ofte ser på hybrid- og el-køretøjer. Men det betyder ikke, at hele køretøjets elektriske arkitektur vil overgå til 48 volt. Den konventionelle 12-volts-tilførsel anvendes stadig til at give strøm til mange af de almindelige kredsløb såsom lygter, dørlåse, el-ruder og infotainment-systemer.

Den almindelige 48 volt mild hybrid består kun af et lille antal yderligere komponenter: elektrisk motor/generator-enhed, AC/DC-vekselretter, DC/DC-omformer, et 48-voltsbatteri og en e-charger.

Elektrisk motor/generator-enhed: Den vandkølede remdrevne elektriske motor/generator erstatter den almindelige vekselstrømsgenerator og genstarter motoren efter en stop-start-hændelse, mens den konventionelle 12-voltsstartmotor bruges til almindelige starter via tændingsnøglen.

Den elektriske motor/generator kan støtte motoren og forbedre accelerationen og reducere belastningen strategisk med henblik på forbedring af brændstoføkonomien. Derudover genlader den elektriske motor/generator i generatortilstand begge batterier på samme måde som en konventionel vekselstrømsgenerator, men den gør det også, når køretøjet kører i frigear eller bremser ned.

AC/DC-vekselretter: AC/DC-vekselretteren kan enten være integreret eller ikke-integreret i den elektriske motor/generator på 48 volt og har to funktioner.

Først og fremmest skal den konvertere jævnstrømmen (DC) fra 48-voltsbatteriet til vekselstrøm (AC), som så driver den elektriske motor/generator i motortilstand.

Og dernæst skal den konvertere den vekselstrøm, der genereres af den elektriske motor/generator i generatortilstand til jævnstrøm og dermed genoplade 12- og 48-voltsbatterierne.

DC/DC-omformer: Da dette køretøj er udstyret med både 12- og 48-voltssystemer, er der monteret en DC/DC-omformer, der reducerer den elektriske spænding fra 48 volt til 12 volt.

48-voltsbatteri: Lithium-ionbatteriet på 48 volt er normalt placeret bag i køretøjet, og ligesom den elektriske motor/generator kan det anvende kølesystemet til at fordele varmen.

E-charger: Den konventionelle turbolader er erstattet af en elektrificeret udgave bedre kendt som en e-charger. I stedet for at vente på, at udstødningsgasserne får kompressorhjulet op i fart, anvendes en elektrisk motor til at drive kompressorhjulet, og den giver omgående det nødvendige boost uden den sædvanlige forsinkelse, man normalt oplever med turboladede motorer. Alternativt kan superladere også elektrificeres, så de kan levere resultater på linje med en elektrisk motordrevet turbolader.

48-volts-mild hybrid-systemet er konstant under udvikling for at leve op til lovgivningen vedrørende udledningen af udstødningsgasser, forbedre brændstoføkonomien og øge accelerationen. Derfor er producenter af køretøjer allerede i gang med at udvikle andre intelligente forbedringer, der kan komplementere 48-voltssystemet, og følgende er bare et par eksempler:

DSF-teknologi (Dynamic Skip Fire): Integrerer cylinderdeaktivering med 48-volts-mild hybrid-systemet. DSF-systemet isolerer en cylinder ved at frakoble knastakselfølgerne. Dette låser indsugnings- og udblæsningsventilerne i lukket tilstand, når der er brug for mindre kraft, hvilket resulterer i bedre brændstoføkonomi

Udvidet stop-start-teknologi: I modsætning til den konventionelle stop-start-teknologi, hvor motoren slukkes, når køretøjet standser helt, slukker det udvidede stop-start-system også motoren, når man nærmer sig et stop, eller når motoren kører langsomt ved en konstant hastighed.

Elektrisk opvarmet katalysator: For at reducere mængden af skadelige udledninger skal katalysatoren nå driftstemperatur så hurtigt som muligt. Hybridsystemer vanskeliggør dette pga. hyppige stop-start-hændelser eller kørsel i frigear med motoren slukket, men det problem kan nemt løses ved at opvarme katalysatoren elektrisk ved hjælp af 48-voltssystemet.

Elektrificering af motordrevet hjælpeudstyr: Vandpumpen og airconditionsystemets kompressor er to eksempler på dele, der kan elektrificeres. Dette reducerer belastningen af motoren, og hvad mere er, det giver mulighed for, at de enkelte komponenter kan køre i deres egen driftscyklus alt efter køretøjets og førerens behov.

Så hvor det nuværende 12-voltssystem har svært ved at følge med sammenlignet med de andre dyrere ægte hybrider, giver 48-volts-mild hybrid-teknologien dig en omkostningseffektiv løsning i forhold til opfyldelse af lovgivningen vedrørende udledninger og en fremtidig øgning i antallet af energisultne elektriske dele.

Der er udsigt til, at brugen af 48-voltsteknologi breder sig endnu mere, især fordi der vedtages strengere mål for CO2-udledning, og forbrændingsmotoren udfases.

Med den stigende popularitet af og efterspørgsel efter hybridkøretøjer og elektriske køretøjer udruller Autodata diagrammer over knastakseldrev for elektriske og hybridkøretøjer – og sikrer dermed, at vi forbliver den foretrukne løsning til diagnosticering og reparation af køretøjer på vejene.