Vi Bilägares forum

Laddhybrider och motoreffekter

Laddhybrider och motoreffekter

God kväll! För ett tag sedan fanns en tråd om seriella hybrider, och jag tycker att det är litet intressant att återanknyta till det temat i samband med laddhybrider. Huvudfrågan är egentligen liknande: varför gör man dem inte som seriella hybrider? -- men nu börjar jag med en litet mer kvantitativ ansats.

Ta Kia Optima PHEV som ett exempel; den har en bensinmotor på 156 hk och en elmotor på 68 hk. Är det lämpligt valda effekter? Bensinmotorn är definitivt tillräckligt stor för att skjutsa upp bilen i höga hastigheter, medan elmotorn kan driva upp till 120 km/h (läste jag någonstans).

Frågan är vilken effekt som krävs för att driva bilen i konstant hastighet 120 km/h, på plan väg? Den rimliga gissningen är förstås 68 hk, men för att utreda saken litet grundligare kan man titta på t ex
http://www.carmag.co.za/technical_post/reducing-a-vehicles-wind-resistance/

Luftmotståndet ger en motkraft som ges av formeln under "drag force", och för deras exempelbil (Golf) vid 120 km/h är den 466 N. Effekten som krävs för drivning (mot denna kraft) är sedan kraft * hastighet, vilket blir 466 N * 33.3 m/s = 15.5 kW = 21.1 hk.

Tillkommer gör sedan t ex rullfriktion (däck) och andra friktionsförluster i drivningen, och så vill kan kanske ha litet effekt till värme/kyla. Något annat? Om vi lägger på 50% extra för detta (rimligt?) landar vi på 32 hk. För Kia Optima blir det förstås mer, men knappast 156 hk. Kanske 68 hk?

Min fundering är då återigen, varför ingen tillverkare gör just en sådan bil som är en plug in-hybrid i grunden, och där förbränningsmotorn (optimerad för ändamålet) driver en generator för att ge en effekt som täcker det *genomsnittliga* effektbehovet, och batteriet (som ju redan finns där!!) agerar energibuffert?

En insikt från räkningen ovan är att marschhastigheten i dimensioneringen är den variabel som är helt avgörande, eftersom den kommer in i kubik: i kvadrat för luftmotståndet och sedan en gång till i produkten kraft * hastighet. Variablerna c_w och tvärsnittsarea kommer bara in proportionellt. Det kostar alltså rejält att dimensionera för höga marschhastigheter, men personligen skulle jag klara mig fint med 120 km/h och det gäller nog många andra också!

Låter ovanstående resonemang rimligt?

2018-01-12 21:24

Kommentarer

De flesta är vana att det inte tar mer än 10 sekunder att nå 100 i en långsam bil. En stor bil med effekt för att bara nå 120 som max lär ta mer än 10 sekunder-

2018-01-12 22:37

Jodå, det tycker jag nog, men seriella hybrider är ju inget nytt, det har ju kommit i många varianter, men elmotorn kan ju gärna ha lite högre effekt för att ge acceptabel acceleration, den tar ju inte mer energi ändå vid konstant fart.
Porsche tog ju fram sådana för 120 år sedan och en av de mer intressanta var ju Volvo ECC från 1992 som var värd ett bättre öde, den var lite för tidigt framme, den hade intressant, men fel laddmotor, men ledningen trodde inte på den.
Men största problemet är att man tappar verkningsgrad med seriell drift jämfört med direktdrift som på parallellhybriden åtminstone när den går enbart med förbränningsmotorn, men då är det ju i praktiken en konventionell bil.
En seriell hybridbil som fungerar som ett dieselelektriskt lok tror jag inte på, däremot en batteribil med " räckviddsförlängare" som i3, men med lite vettigare effekt och större bränsletank kanske vore något.

Uppdaterat: 2018-01-12 22:42
Varje Saab är värd att vårdas och bevaras, sådana bilar görs inte längre

Nissan Note E-power - kanske svaret på ToRy's fråga...:)
https://www.forbes.com/sites/peterlyon/2017/01/31/nissans-note-e-power-a-glimpse-at-the-hybrid-car-of-the-future/#1fc7f5ae7797

2018-01-12 23:24

En något kraftigare elmotor är absolut vettigt — kanske behövs inte samma maxeffekt som för en förbränningsmotor eftersom allt vridmoment finns direkt (väl?)?

Vad gäller effektförluster jmf med direktdrift på hjulen så slipper man växellåda antar jag, och då blir det en liten vinst där. Å andra sidan får man förluster i generatorn (men har de inte väldigt hög verkningsgrad?), och så går förbränningsmotorn optimalt hela tiden. Är det självklart vilken lösning som är effektivast?

Nu när det kommer alla möjliga elektrifierade bilar så tycker jag helt enkelt att det är litet märkligt att ingen tillverkare (mer än Bmw då) gör något sådant här. Borde bli billigare än en standard laddhybrid, men man vill förmodligen ha litet större batteri, t ex för 15 mil.

2018-01-12 23:31

E-power är åt ”rätt” håll, men den behöver större batteri och laddfunktion. Man vill ju köra det absolut mesta på el!

I texten står först att el-motorn är på 40 kW, och sedan 109 hk — det får jag inte ihop. Förmodligen är det bensinmotorn som är på 109 hk, vilket då är i överkant. Men batteriet är ju litet, så det behövs väl större bensinmotor då.

2018-01-12 23:42

Volt/Ampera var ju egentligen nära idealet och är väl det som ToRy efterfrågar. Den hade ju en laddmotor på 62kW och en elmotor för drivning på 111kW.
Nya Volt 2018 har det ju inte talats mycket om, men den är ju egentligen ännu mer intressant: http://www.chevrolet.com/electric/volt-plug-in-hybrid

2018-01-13 10:54
Varje Saab är värd att vårdas och bevaras, sådana bilar görs inte längre

Jag byggde Volt på hemsidan och hamnade på ett pris med lite extra utrustning ca SEK 315000:- i US.
Hade den kunnat säljas i Sverige för det priset skulle det nog hamna i toppen.

2018-01-13 11:06
Varje Saab är värd att vårdas och bevaras, sådana bilar görs inte längre

Där ser man — jag trodde att Volt var nedlagd till förmån för Bolt, men det var tydligen helt fel. Som du säger saabnisse så kommer väldigt nära trådiden. Enligt wiki kan bensinmotorn kopplas att driva på hjulen direkt, men detta för ökad effektivitet. Synd att den aldrig lär komma till Sverige!

2018-01-13 11:57
ToRy skrev:

God kväll! För ett tag sedan fanns en tråd om seriella hybrider, och jag tycker att det är litet intressant att återanknyta till det temat i samband med laddhybrider. Huvudfrågan är egentligen liknande: varför gör man dem inte som seriella hybrider? -- men nu börjar jag med en litet mer kvantitativ ansats.
Ta Kia Optima PHEV som ett exempel; den har en bensinmotor på 156 hk och en elmotor på 68 hk. Är det lämpligt valda effekter? Bensinmotorn är definitivt tillräckligt stor för att skjutsa upp bilen i höga hastigheter, medan elmotorn kan driva upp till 120 km/h (läste jag någonstans).
Frågan är vilken effekt som krävs för att driva bilen i konstant hastighet 120 km/h, på plan väg? Den rimliga gissningen är förstås 68 hk, men för att utreda saken litet grundligare kan man titta på t ex
http://www.carmag.co.za/technical_post/reducing-a-vehicles-wind-resistance/
Luftmotståndet ger en motkraft som ges av formeln under "drag force", och för deras exempelbil (Golf) vid 120 km/h är den 466 N. Effekten som krävs för drivning (mot denna kraft) är sedan kraft * hastighet, vilket blir 466 N * 33.3 m/s = 15.5 kW = 21.1 hk.
Tillkommer gör sedan t ex rullfriktion (däck) och andra friktionsförluster i drivningen, och så vill kan kanske ha litet effekt till värme/kyla. Något annat? Om vi lägger på 50% extra för detta (rimligt?) landar vi på 32 hk. För Kia Optima blir det förstås mer, men knappast 156 hk. Kanske 68 hk?
Min fundering är då återigen, varför ingen tillverkare gör just en sådan bil som är en plug in-hybrid i grunden, och där förbränningsmotorn (optimerad för ändamålet) driver en generator för att ge en effekt som täcker det *genomsnittliga* effektbehovet, och batteriet (som ju redan finns där!!) agerar energibuffert?
En insikt från räkningen ovan är att marschhastigheten i dimensioneringen är den variabel som är helt avgörande, eftersom den kommer in i kubik: i kvadrat för luftmotståndet och sedan en gång till i produkten kraft * hastighet. Variablerna c_w och tvärsnittsarea kommer bara in proportionellt. Det kostar alltså rejält att dimensionera för höga marschhastigheter, men personligen skulle jag klara mig fint med 120 km/h och det gäller nog många andra också!
Låter ovanstående resonemang rimligt?

Precis de där tankarna, med en liten generatormotor som gör att man klarar sig med mindre batteri än exempelvis Tesla men ändå får lång räckvidd - ja, en dieselelektrisk driftvariant - har jag haft i åratal. Jag har vridit och vänt på steken många gånger och förstår inte heller varför det inte satsas på det, annat än att väldigt få vill gå först. Sedan kanske det finns en hake regelmässigt, att så som iljöreglerna ser ut så blir det nästan en bestraffning med den tekniken trots att de reella utsläppen blir lägre.
Det är ju bara att titta på en V90/XC90 T8, hybridvarianten alltså, med sin löjligt lågt deklarerade förbrukning. För en genomsnittsperson finns det inte på kartan att nå dit. På Pritmonitor hittar jag 13 stycken XC90 T8 och där snittar de på 6,81 l/100 mil. NEDC anger 2,1.
Observera också att spannet för det 13 är att 1 (en) bil ligger på 1,19. Övriga 12 ligger på 6,21 till 10,69 så egentligen blir snittet 7,95 om man tar bort den där extremt avvikande individen.

2018-01-13 12:03

@X: Ja de där stora PHEV-SUV:arna med från Volvo, BMW, Audi m fl ser jag också som rätt poänglösa, och förmodligen mest framtagna för att skapa publicitet och status. För de bilar du listar är det uppenbarligen en förare som har ett passande körmönster (och bryr sig om att ladda); de andra har andra körmönster och/eller struntar i att ladda.

Nu när laddhybrider kommer på bred front är mysteriet varför ingen tillverkare, efter att ha specat elmotor och batteri, tänker ett varv till: behöver vi stoppa in ytterligare en komplett drivlina, eller kan vi göra det enklare? Det kanske är som du skriver X, ingen vill gå först.

2018-01-13 13:16

Om man spårar ner det, handlar allt till slut om luftmotståndet och vikten. Energiförbrukningen måste ned på bilen och den måste vara en "fisk i vattnet" om du förstår jag talar om. Den måste vara strömlinjeformat och aerodynamisk för att få lågt luftmotstånd. Därför förstår jag inte alls varför man tex tar fram modeller av SUV/MPV segmentet eftersom detta är en återvändsgränd. Skulle man bygga något framtidssäkert så skulle bilen likna allt annat än det vi sitter och kör runt med idag antar jag. En gång såg jag ett program på TV där en forskare byggt en bil, den såg faktiskt ut som ett ÄGG.... jag skojar inte. Bilen hade väldigt smala hjul. Man satt faktiskt högre upp än en SUV, nästan som i en lastbil. Jag vet inte hur man lyckats hålla vikten låg, men materialet var kanske mer åt kevlar/plast mm. Så det skulle gå att bygga snåla bilar, men de skulle nog inte kunna samexistera på vägarna med nuvarande fordonspark där snittet ligger på 1800 kg/bil, ur säkerhetssynpunkt.

2018-01-13 15:01
Styggavargen
ToRy skrev:

Där ser man — jag trodde att Volt var nedlagd till förmån för Bolt, men det var tydligen helt fel. Som du säger saabnisse så kommer väldigt nära trådiden. Enligt wiki kan bensinmotorn kopplas att driva på hjulen direkt, men detta för ökad effektivitet. Synd att den aldrig lär komma till Sverige!

Jag undrar om det är så fortfarande. På gen I kunde bensinmotorn driva direkt som på en parallellhybrid, men gen II påstås vara rent seriell.
Det är lite luddigt, men jag fortsätter att leta i specen.
Kanske finns någon som vet mer?

2018-01-13 17:32
Varje Saab är värd att vårdas och bevaras, sådana bilar görs inte längre

Here we go again... Det vore trevligt att åtminstone någon gång kunna köra en tråd utan att det här måste dras in.

Men: enligt http://rc.opelgt.org/indexcw.php har den älskade Octavia (gen 3) cw = 0.30 och projicerad area framifrån ("Fläche") 2.3 m^2, vilket ger produkten 0.69 m^2. För den hatade (?) Yeti (som jag kör) är motsvarande värden 0.37, 2.47 resp. 0.914. Kvoten 0.914/0.69 är 1.325. Ja, vid en given hastighet måste Yetins motor ge 32.5% mer effekt för att övervinna luftmotståndet. Å andra sidan är tredjeroten ur 1.325 lika med 1.1 (ungefär), vilket betyder att i en Yeti som kör i 100 km/h och i en Octavia som kör i 110 km/h måste motorerna generera samma effekt för att övervinna luftmotståndet. En skillnad i hastighet om 10% motsvarar alltså en skillnad i cw * area om 32% -- alltså spelar hastigheten större roll för effekten som krävs visavi luftmotstånd.

Vikten, dvs massan, är en faktor som spelar roll vid acceleration -- men bara proportionellt. Newtons lag säger att den kraft som erfordras för en viss acceleration är proportionell mot massan.

2018-01-13 17:37

[quote=ToRy]Där ser man — jag trodde att Volt var nedlagd till förmån för Bolt, men det var tydligen helt fel. Som du säger saabnisse så kommer väldigt nära trådiden. Enligt wiki kan bensinmotorn kopplas att driva på hjulen direkt, men detta för ökad effektivitet. Synd att den aldrig lär komma till Sverige![/
Både Volt och Prius Prime kan driva hjulen direkt utan förlusterna som en seriehybrid alltid har.

2018-01-13 18:32

Är det så det går till på motorvägarna? :-) (Jag kör sällan motorväg). Ja, SUV-förarna övertolkar kanske betydelsen av ”S” i SUV? :-) Själv tycker jag att det är mer avslappnande att lunka fram i jämn något lägre hastighet — i enlighet med ovanstående!

2018-01-13 18:33

Intressant inlägg, ToRy.
Men numera så är det ju ofta just större SUV:ar som står för en stor del av omkörningar i lite högre hastigheter och det är ju då inte speciellt energieffektivt när man relaterar till ToRy's inlägg #14. Fortåkarna borde köra Porsche eller i vart fall Prius istället - sett ur luftmotstånds-synpunkt...:)

2018-01-13 18:34

PREVIA, det Wiki skriver om Volt och parallelldrift gäller gen. I, jag har inte sett någon tydlig indikation att samma gäller gen. II.
Ska man gå efter hemsidan verkar den vara rent seriell.
Men hemsidan är inte särskilt teknisk, mest försäljningssnack till de som köper efter utseendet.

2018-01-13 19:45
Varje Saab är värd att vårdas och bevaras, sådana bilar görs inte längre

GM påstod länga att första modellen av Volt var seriehybrid utan mekanisk koppling mellan elmotor och hjul men till slut fick man erkänna att bilen ibland drevs rent mekaniskt från motor till hjul tack vare sina tre kopplingar. Den senare modellen som kom 2016 har även den tre kopplingar och två lika stora elmotorer/ generatorer. Om bilen vore en seriehybrid så behövdes nog inte några mekaniska kopplingar precis som på dieselloken som inte har någon mekanisk drivning mellan dieselmotor och hjul.
http://m.wardsauto.com/engines/gen-ii-chevy-volt-propulsion-system-shockingly-good

Uppdaterat: 2018-01-13 23:19

PREVIA, tack, det gav ju svar på många funderingar.
Det är ju ändå inte riktigt det ToRy är ute efter, det är väl mer en bil som i3 men med större motor helt mekaniskt skild från driften, alltså en rent seriell hybrid som alltid drivs med elmotorer.

2018-01-14 10:14
Varje Saab är värd att vårdas och bevaras, sådana bilar görs inte längre

Tja, jag var egentligen inte ute efter en i detalj specad lösning, och om det är effektivare att driva på hjulen direkt som Volt gör ("to improve energy efficiency" enligt Wiki), så får det väl vara så! Volts bensinmotor är en 1.5 liters 4:a på 101 hk, så den borde kunna göras mindre om den aldrig drev direkt. Denna motor används också i en rad andra GM-bilar (ej hybrider), så den är inte framtagen specifikt som del i en hybridlina (i likhet med motorn i i3), utan för en konventionell drivlina.

Frågan om en optimerad mindre motor, på närmast konstant varvtal (men med förluster i generator och elmotor), aldrig kan bli lika effektivt totalt sett som en större motor som driver direkt (men måste arbeta över ett bredare varvtalsområde och med förluster i växellåda) kan vi kanske inte besvara här.

Men, även om den senare lösningen är något effektivare kan den förra kanske ändå vara att föredra eftersom den är enklare (ingen växellåda och koppling), vilket ger lägre pris, och kanske även lägre service- och reparationskostnader. Och högre driftsäkerhet?

Trots allt är ju tanken att bilen skall gå åtminstone 80-90% av tiden på el från ett laddat batteri, och förbränningsdelen av drivlinan skall vara en bra och enkel lösning för en liten del av driften. Det verkar rimligt att offra litet effektivitet i den delen för lägre pris och en enklare lösning. Tycker jag i alla fall!

2018-01-14 12:37

Ett problem med en mindre förbränningsmotor är att den måste orka med den fulllastade bilen även när man kör några mil upp i bergen vilket den kan få svårt att klara om batteriet inte är jättestort och det är nog därför som vissa laddhybrider har en inställning där generatorn startar med laddning av batteriet redan innan det normala för just klara körning över bergmassiv. Prius bensinmotor klarar att med mycket lågt effektuttag ändå ha mycket hög verkningsgrad vilket inte motorer som inte har en Atkinsoncykel klarar då bland annat pumpförluster sänker verkningsgraden.
Då kan en 1,8 liters motor ge hög verkningsgrad vid bara 10 kW effektuttag likt en liten motor ser man i diagrammen.
http://automotorpad.com/toyota/381781-toyota-prius-2zr-fxe-engine-efficiency-map.html
Om det vore så enkelt som att bara ha en liten motor som gick konstant så som ett elverk gör skulle säkert alla redan haft det, men här jagar man delar av en procent i verkningsgrad och då blir det genast svårare. På sidan 33 i den här publikationen kan man se olika mekaniska och elektriska förluster som uppstår i en hybridbils transmission vilka man försöker minska så gott det går vilket inte är helt enkelt.
https://www.engr.uvic.ca/~mech459/Pub_References/890029.pdf

2018-01-14 15:14

PREVIA, Volt använder också Atkinson: "The Gen II propulsion system features a 1.5L direct-injected Atkinson-cycle I-4 engine, two electric motors, two planetary gearsets, three clutches,"
Det finns alltså vissa likheter med Prius.
Undrar om den är lika surrig?

2018-01-14 15:47
Varje Saab är värd att vårdas och bevaras, sådana bilar görs inte längre

Previa, tack för materialet. Det kommer att ta ett tag att gå igenom, men jag skall göra ett försök!

2018-01-14 20:49
saabnisse skrev:

PREVIA, Volt använder också Atkinson: "The Gen II propulsion system features a 1.5L direct-injected Atkinson-cycle I-4 engine, two electric motors, two planetary gearsets, three clutches,"
Det finns alltså vissa likheter med Prius.
Undrar om den är lika surrig?

I första modellen av Volt / Ampera satt man in en vanlig bensinmotor som inte var anpassad för hybriddrift troligtvis på grund av kostnadsskäl eller tidsbrist men i den senaste modellen av bilen sitter det en bensinmotor med Atkinsson arbetscykel vilket ger lägre bränsleförbrukning.
Kul att se fördelarna med en laddhybrid när det gäller återmatning av energi till batteriet när det rullar utför då mycket av energin som användes vid körning uppför backarna återvinns igen.

https://youtu.be/oIS08-A3H0s

2018-01-15 17:32

God kväll! Jag kör ett inlägg i den här tråden igen efter litet läsning i Expressens senaste bilbilaga som jag köpte idag. I den finns bl a rapport från provkörning av Nissan Leaf och också en intervju med Nissans produktionschef (Ponz Pandikuthira heter han). Han säger bl a att han tror att laddhybrider blir en parentes, och att de kommer att ersättas av rena elbilar. Citat: "Det säger sig självt. En laddhybrid har både en bensinmotor, en växellåda, en elmotor och ett stort batteri. Det är dyr teknik och det blir tungt att släpa runt på. Ingen tillverkare av laddhybrider tjänar pengar idag på sina bilar. Det är ett mellansteg."

Har någon sett liknande åsikter (att laddhybrider saknar lönsamhet t ex) någon annanstans? Möjligen skulle det kunna vara ett argument för den biltyp som skissats ovan (laddbart batteri + range extender) eftersom förbränningsmotorn då blir enkel/billigare/lättare och växellådan kanske utgår (men generator då tillkommer)?

Vad som sedan inte alls framgår är vad hans tidsperspektiv är -- 5 år, 10 år, 20 år? Hur priset på batterier utvecklas är kanske den faktor som har störst betydelse, och den prisutvecklingen är svår att förutse.

2018-02-17 18:10

Samma skulle gälla för icke laddbara hybrider i så fall eftersom kostnaden för det större batteriet blir allt mindre, ca 15000 idag.
Men nog har han rätt, det enda rätta är rena eldrift med snabbladdare på de traditionella mackarna och långsam laddning hemma.

2018-02-17 19:23

Såg också nån rubrik om höga servicekostnader för laddhybriderna - kunde vara i AMS... Vilket ju inte är så konstigt eftersom dessa bilar innehåller 2 olika drivlinor.
Sen är det nog som redan konstaterats många gånger att det kommer att finnas plats på marknaden för flera olika typer av drivlinor eftersom behoven hos oss bilköpare är så olika.

2018-02-17 19:39

Servicekostnaden på Tesla är horribel, trots att det är så lite som behöver göras. Så inga illusioner nu om att servicekostnaden sjunker om man bara går på batteri.

2018-02-17 19:55

Den här sidan https://www.breakit.se/artikel/6563/tesla-kapar-batterikostnaderna-for-elbilar uppskattar priset på batterier från Teslas Gigafactory till 124 USD (c:a 1000 SEK) per kWh för ett år sedan. Antag att VW har, eller snart har, tillgängligt batterier för samma pris. Tag en Golf kombi, som börjar på 190 kkr. Lägg in 25 kWh batterier, vilket borde ge en hyfsad elräckvidd (Kia Optima plug-in har 11 kWh), till ett pris av 25 kkr. Byt växellådan mot en generator (samma kostnad?), plocka bort turbon från VAGs 3-cylindare och skruva in styrelektroniken för att köra på lagom och jämnt varvtal (ger 70-80 hk kanske, vilket är fullt tillräckligt med batteriet som buffert). En liten besparing där.

Slutligen tillkommer förstås elmotor och diverse andra elkomponenter, men hur dyrt kan det bli? Speciell efter bonus. Dessutom bör resultatet jämföras med bensinmodellen med automatlåda, som är runt 15 kkr dyrare än grundpriset. Här finns ett case för en framåtblickande tillverkare!

2018-02-17 22:14