Små batterier og elektromotorer kan bli neste steg for fossilbilen. Teknologien kalles «mild hybrid», og kan potensielt spare store mengder drivstoff og utslipp.
Og selv med små motorer, kan slike biler gjøres sprekere. Alt som trengs er et lite batteri på 48 volt.
Mens elbil og hybridbiler gjerne fremheves som en løsning på klimagassutslipp fra bilparken, er det åpenbart slik at forbrenningsmotoren kommer til å være med oss mange år fremover.
For elbiler er enkle konstruksjoner, men krever store og dyre batteripakker. Fullhybrider har en komplisert drivlinje, som gir ekstra vekt og høyere pris.
Enkel hybridisering med lav spenning
Milde hybrider derimot, benytter små 48 volts litiumionebatterier, og krever ingen større modifikasjon av drivlinjen.
Dette skal løse en del utfordringer for dagens fossilbiler, forklarer Anders Grauer, førsteamanuensis ved Svenskt el- och hybridfordonscentrum på Chalmers tekniska högskola til Teknisk Ukeblad.
– Industrien ser på denne teknologien, som blir nødvendig for å nå neste steg i EUs CO2-krav. Om bilene ikke er for store, kan man klare det med eksisterende teknologi, men når kravene kommer ned mot 70 gram CO2 per kilometer, må man gjøre noe for å klare utslippskravene, sier Grauer.
Kostnadseffektivt
48 volt-systemene er den mest kostnadseffektive måten å få det til på, forteller han. Teknologimessig er det også et ganske enkelt steg å ta.
Slike systemer kan gi forbrenningsmotoren støtte fra en liten elektromotor i området 10 til 30 kilowatt, og gjøre det mulig å skru av forbrenningsmotoren i en del situasjoner.
48 volt-teknologien er også tenkt å gi muligheter for mer avansert og strømkrevende bilelektronikk, ettersom en del begrensninger med 12 volt-systemer fjernes.
Får en oppsving
Milde hybrider er i seg selv ikke et nytt konsept. Fabrikanter som General Motors, Toyota og Honda har i større eller mindre grad solgt modeller med mild hybridisering de siste 15 årene.
Nå ser det imidlertid ut til at slike systemer kan få en oppsving.
EU innfører i 2021 krav om at bilfabrikanter må holde et snitt på 95 gram CO2 per kilometer eller mindre. Når neste grense skal settes senere, kan kravet bli langt strengere.
– Med 48 volt trenger man ikke stor effekt, og det er et billigere system enn høyspentteknikk som brukes på elbiler og fullhybrider, sier Grauer.
Mer enn bare CO2-kutt
Han påpeker at det også åpner for nye muligheter.
– Man kan sette en elektromotor på turboaggregatet i motoren for å få mye raskere motorrespons. Noen sportsbiler har denne typen teknologi. Men man klarer ikke å oppnå høy nok effekt med 12 volt-systemer. Derfor ser man mot 48 volt. Det er ikke bare hybridisering som driver dette.
Andre eksempler er å bytte ut hydraulisk servostyring med elektrisk servo, og at klimaanlegget i bilen kan drives på strøm fra batteri.
- Les også: SSB-forsker slakter norsk elbilpolitikk: Mener Norge er for lite til å påvirke elbil-utviklingen
Bedre ytelse og mindre utslipp
Et eksempel er teknologi vist frem av motorteknologiselskapet FEV, som har demonstrert en en slik elektronisk turbolader i en Mercedes-Benz AMG A45.
Resultatet hevdes å være 40 prosent raskere akselerasjon fra 80 til 120 kilometer i timen.
Simulerte resultater fra et samarbeid mellom FEV og Valeo viser at en kan få bedre akselerasjon fra mindre motorer.
En to liters dieselmotor kan akselerere en bil fra 50 til 100 kilometer i timen på 13,6 sekunder, og har et CO2-utslipp på 103 gram per kilometer, ifølge FEV.
Ved å utstyre en 1,6 liters motor med større turbolader og en elektronisk turbolader, kan utslippet reduseres til 94,3 gram CO2 per kilometer, og aksellerasjonen reduseres til 11,1 sekunder.
Med andre ord bedre ytelse, mindre drivstofforbruk og lavere klimagassutslipp som vil bidra til å ta gjennomsnittsutslippet ned.
Lav spenning er en fordel
Elektriske turboer, eller «e-charger» er i seg selv ikke noe nytt konsept, og mange turbofabrikater lager dette.
Støttet av et 48 volts system kan det imidlertid implementeres enklere, sikrere og billigere.
I bilverdenen går det en øvre grense for hvor høy spenning elnettet i bilen kan ha før man trenger spesialutdannede mekanikere.
I Sverige går grensen på 70 volt, og ved å holde seg til 48 volt har man en sikkerhetsmargin, forklarer Grauer.
Ved å øke spenningen på det elektriske anlegget til 48 volt, kan strømstyrken reduseres når man trenger høyere effekt.
12 volt har blitt knapt
Ifølge FEV kan noen av dagens biler med 12 voltsanlegg allerede oppleve å ligge helt på grensen for hvor mye strøm som kan leveres under visse omstendigheter.
Tomgang i lav temperatur, for eksempel, kan gjøre at dynamoen ikke klarer å levere strøm til all elektronikk og samtidig lade batteriet.
– Standardbilene vil klare seg med 12 volt en stund til, men premiumbilene har mye utstyr som trekker mye strøm. Derfor vil vi trolig se denne teknologien i de dyre bilene først, sier Grauer.
Audi med 48 volt-motorsystem
Et eksempel er Audi, som nylig har lansert et 48 voltsystem fokusert på bedre ytelse.
De introduserte en ny dieselmotor med en 48 volts kompressor, som støtter to vanlige turboer.
Riktig nok ikke en liten og effektiv motor, ettersom det er en fire liters TDI med et utslipp på 194 gram CO2 per kilometer. Men tanken her er å gi en mer dynamisk akselerasjon fra start.
Elektromotoren spinner kompressorhjulet opp til 70.000 omdreininger, og gir umiddelbar effekt når gasspedalen trykkes inn. Effektforbruket er inntil sju kilowatt, levert fra et 470 wattimers litiumionebatteri.
Batteriet driver også et elektromekanisk antikrengesystem, som holder bilen stabil.
Systemet lanseres med 2017-utgaven av Audi Q7.
- Les også: Nå kjører batteribussene i Oslo
Gjør vanlige biler til hybrider
Flere andre aktører i bilindustrien utvikler 48 volt-systemer. En av disse er Continental, som har utviklet konseptet 48 Volt Eco Drive, som integreres i eksisterende drivlinjer.
De har demonstrert systemet i flere små personbiler med små motorer.
Systemet inkluderer en liten elektromotor som kan støtte forbrenningsmotoren, og som erstatter dynamoen.
Tanken er å stoppe forbrenningsmotoren så ofte som mulig, og koble den fra drivlinjen. Dette er en mer avansert form for start-stopp-system som finnes i mange biler i dag.
Kutter motoren for å spare drivstoff
Bilen vil rulle i fri når føreren tar foten av gasspedalen. Elektromotoren vil så hjelpe til med å opprettholde hastigheten.
Når det er behov for å starte motoren igjen, er den klar på 0,2 sekunder.
Om bilen ruller, skrus forbrenningsmotoren helt av, og oppbremsing regenererer energi til batteriet. Ved korte stans vil alltid motoren skrus av.
Når bilen setter i gang igjen, tar elektromotoren seg av fremdriften de første meterne, før forbrenningsmotoren starter.
Ved kjøring på motorvei, vil bilen ofte ha nok energi til å følge trafikken selv uten at motoren er i gang. Systemet avgjør selv når dette skal gjøres, basert blant annet på skydata om trafikkforholdene.
Drivstofforbruket går ned med mer enn 13 prosent, ifølge Continental. Andre tester har vist en reduksjon på 21 prosent.
Siden mange av bilens komponenter, som styring og bremsing, er avhengig av krafttilførsel, er disse elektrifisert slik at de vil fungere også om motoren er av.
En elektrisk oppvarmet katalysator vil også hjelpe til å holde utslippene nede.
Kommer i år
De første bilene med slike moderne 48 voltsystemer kommer på markedet i år, forteller kommunikasjonsarbeider Simone Geldhäuser til Teknisk Ukeblad.
Continentals system skal først utstyres i biler solgt i Europa, men de forteller ikke hvilken produsent som skal ta systemet i bruk.
Også andre produsenter, som britiske CPT, har sagt at systemene deres er klare for salg i år.
Bosch sitt tilsvarende mikrohybridsystem utstyres på enkelte biler fra og med neste år. Heller ikke de sier hvilke bilmerker det er snakk om.
Først premium
Grauer spekulerer i at det trolig bare blir premiumbiler, hvor man ønsker god ytelse og lavt drivstofforbruk.
– Når EU har bestemt seg for en lavere CO2-grense, vil det trolig bli vanlig på massemarkedsbilene noen år før grensen innføres. Men det kan vise seg å komme raskere.
Trolig blir ikke slike biler engang markedsført som hybrider, ettersom teknologien blir helt standard.
– En gang brukte man 16 ventiler som et salgsargument, men etterhvert gikk alle over til den motorteknologien, så man sluttet man å markedsføre det.
