Od alternatora do maszyny rekuperacyjnej Boost
W ostatnich latach alternator rozwinął się z prostego elementu w wysoce zintegrowaną maszynę do odzyskiwania doładowania (BRM). Ale jakie są różnice i co pozostało takie samo?
Kiedy trójfazowy generator, nadal potocznie nazywany alternatorem, odpowiadał jedynie za dostarczanie energii do pojazdu, a do skomplikowanych systemów zarządzania akumulatorem było jeszcze daleko, wszystko było proste: jeśli migała kontrolka ładowania, oznaczało to albo V- pasek się zerwał lub w alternatorze skończył się węgiel. Ale w międzyczasie wiele się wydarzyło. Jednak współczesnemu alternatorowi stawiane są znacznie wyższe wymagania: z jednej strony znacznie wzrosły wymagania elektryczne dotyczące mocy ładowania, a z drugiej strony BRM w coraz większym stopniu przejmuje funkcję rozrusznika, aby zamienić klasyczny silnik spalinowy silnik w łagodną hybrydę. Aby uwzględnić te wymagania, klasyczny kontroler ładowania został przekształcony w 48-woltowy falownik, który może teraz ładować akumulator litowo-jonowy. Aby skutecznie odprowadzić powstałe ciepło odpadowe z elektroniki mocy, w większości zastosowań elektronika jest chłodzona wodą i zintegrowana z obwodem płynu chłodzącego silnika. Od strony paska proste koło pasowe sugeruje „prosty” pasek, ale aby móc przenosić moc napędową w trybie hybrydowym, niezbędny jest pasek dziesięciożebrowy i dwa BRM w pobliżu kół napinających lub odchylających (napinacze odsprzęgające), więc aby pasek miał możliwie najwyższą osłonę, jaką może posiadać koło pasowe.
Wydajność elektryczna
Obecnie konwencjonalne generatory trójfazowe zwykle dostarczają od 90 do 140 amperów. Im większy silnik i mocniejsze wyposażenie elektryczne, tym mocniejszy musi być generator i akumulator. Jednakże powyżej 140 amperów powietrze staje się rozrzedzone; tylko w sektorze pojazdów użytkowych istnieją indywidualne modele, które zapewniają jeszcze większą moc - przekroje kabli stają się po prostu zbyt duże. 140 amperów przy napięciu ładowania 14,3 daje łączną moc wyjściową około 2 kW, jaką taki generator może zapewnić na stałe – sprawność zwykle mieści się w zakresie 67 procent, co oznacza, że do wytworzenia 2 kW energii potrzeba około 3 kW energii mechanicznej energię elektryczną do wytworzenia – straty sprawności spowodowane przez napęd pasowy są pomijane.
Maszyna do odzyskiwania energii Boost przenosi wydajność elektryczną na zupełnie nowy poziom: Oprócz porównywalnej mocy wyjściowej 2,2 kW na szynie 12 V, dostarczają one również do 16 kW mocy na szynie 48 V do instalacji pokładowej sieci, gdy pojazd odzyskuje siły. Ogólna sprawność jest również znacznie wyższa: wynosząca 87 procent, powoduje konwersję na energię elektryczną około 20 procent więcej energii niż w przypadku konwencjonalnego generatora trójfazowego. Oprócz zoptymalizowanego uzwojenia i wirnika wzmocnionego magnesami neodymowymi, oszczędności te są możliwe dzięki elektronicznemu falownikowi, który zawsze może zapewnić optymalną pracę generatora. W tym celu BRM posiada czujnik położenia podobny do czujnika wału korbowego, dzięki czemu elektronika zawsze wie, w jaki sposób ustawiony jest wirnik i jego dokładną prędkość, aby móc możliwie najskuteczniej kontrolować rekuperację i doładowanie.
Falownik nie jest już tylko obwodem pasywnym, ale raczej własnym, wysoce zaawansowanym sterownikiem, który w zależności od producenta i modelu pojazdu zaprogramowany jest na konkretną krzywą ładowania/doładowania, optymalnie dostosowaną do silnika. Dużo wysiłku, który opłaci się producentom i kierowcom: w rzeczywistej eksploatacji łagodna hybryda pozwala zaoszczędzić średnio około 0,2 litra paliwa na 100 kilometrów; dla producenta oznacza to oszczędność 1,4 grama CO² w zużyciu floty.
To, co tylko pozornie przynosi korzyści w normalnej jeździe, ma również szereg wad w codziennej pracy warsztatu: napęd pasowy z napinaczem odsprzęgającym został zaprojektowany jako bardziej złożony, a integracja z obiegiem wody chłodzącej sprawia, że to, co wcześniej było „szybkim wymiana alternatora” na operację średniej wielkości obejmującą odpowietrzenie obiegu płynu chłodzącego. Oraz: W przeciwieństwie do alternatora, BRM nie da się już za bardzo naprawić. Węgle nadal można wymienić – to wszystko! Łożyska kulkowe teoretycznie można by wymienić, ale przeszkadza czujnik położenia, który jest wytrenowany na położenie wirnika z milimetrową precyzją. Po usunięciu oprogramowanie falownika wymaga ponownej kalibracji, czego nie można zrobić diagnostyką warsztatową, a jedynie narzędziami producenta. Jednocześnie akumulator litowo-jonowy 48 V i falownik DC/DC dodają do pojazdu dodatkowe, drogie komponenty, które stwarzają dodatkowe ryzyko błędów. Nikt jednak nie spodziewał się, że tak zaawansowany produkt nie będzie tańszy od prostszego poprzednika, prawda?
Informacje techniczne dostarczone przez:
Stremtec BV Holandia
www.stremtec.com