R&D

Хибридната революция - дългогодишни проучвания и разработки

2013-06-28

Текст: Ник Таунсенд, снимка: Оскар Матсон

През юни 2011 г. Volvo Trucks достави на клиент неговия първи хибриден товарен автомобил. Днес вече са в експлоатация повече от 50 хибрида Volvo FE. Дългите години научна и развойна дейност за създаване на тези товарни автомобили и хибридните технологии на Volvo Trucks демонстрират обещаващо бъдеще.

Хибриден двигател Volvo Trucks — Още през 1985 г. Volvo Group първа пристъпи към проучване на хибридни силови задвижвания, но реален пробив бе постигнат едва през 2005 г.

За да се оцени напълно значението на хибридния Volvo FE, трябва да се разбере нивото на проучванията и разработките, които стоят зад проекта. Противно на популярното схващане, използването на електрически двигатели не е нова концепция. Volvo Group започва да прави проучвания, свързани с хибридните силови линии, още през 1985 г. Тези проекти обаче не стигат по-далече от прототипи и демонстрационни модели.

„По онова време тези проекти бяха по-скоро застраховка в случай че не успеем да изпълним нормативните изисквания за емисиите“, казва Андерс Круун, вицепрезидент енергийна ефективност и околна среда във Volvo Trucks, който е вземал активно участие в проекта за хибридни автомобили в продължение на повече от десет години. „Те изобщо не бяха фокусирани върху пазарните финансови аспекти и създаването на продаваем продукт.“

Всичко това се променя през 2001 г., когато на Круун е възложено да започне проучване на горива за бъдещето и резултатите са поразителни.

„Стана ясно не само че епохата на лесното снабдяване с петрол ще има край, но и че този край приближава“, спомня си той. „Много скоро осъзнахме, че ще се нуждаем от алтернативи на изкопаемите горива и че трябва да направим нещо сега, ако искаме да бъдем подготвени.“

От 2002 г. насам, след като решават, че електричеството е най-приложимият алтернативен източник на енергия, като се има предвид високата ефективност при преобразуването му в механична енергия, Андерс Круун и неговият екип започват да изследват различните комбинации от електрически двигатели и двигатели с вътрешно горене, което ги води до разработката на паралелните хибриди. Финансиран както от шведското правителство и американското министерство на отбраната, така и със средства от Volvo Group, екипът за разработка успява да създаде хибридна паралелна система, която е готова за демонстриране в края на 2005 г.

Ние вече разполагаме с технологията – просто работим по усъвършенстването й.

След това дойде голямата повратна точка: след като хибридът е представен на вътрешно ниво, Лейф Йохансон, главен изпълнителен директор на Volvo Group по това време, обещава публично, че Volvo Group ще пусне хибридна силова линия в рамките на три години.

„Бяхме работили по тази тема само три години, не бяхме организирани официално“, казва Круун. „Бързахме, бяхме нащрек заради конкуренцията. Но за две години и половина създадохме силова линия, готова за производство.“

За Volvo Trucks резултатът от усилията е хибридът Volvo FE, показан официално през 2009 г. През юни 2011 г. първият автомобил е предаден на клиентите, а по време на написването на този материал вече работят над 50 хибридни автомобила.

„Това е най-големият серийно произвеждан товарен автомобил, предлаган за търговски цели“, казва Мигел Холгрен, мениджър по изисквания към продуктите, Volvo Trucks. „Никой друг производител в света не беше създавал 26-тонен товарен автомобил с хибридна силова линия преди Volvo Trucks.“

Хибридът Volvo FE работи тихо, като използва само електродвигателя си. След като скоростта на автомобила надхвърли 20 км/ч, се включва дизеловият двигател, а автоматичната скоростна кутия осигурява оптимален баланс между двата, което спомага за избягване на операциите с ниска ефективност. Акумулаторът се зарежда, като се използва възстановената енергия, генерирана по време на спирането, и така намалява загубите на енергия.

Тъй като хибридът Volvo FE не изразходва гориво при ниски скорости и разчита на възстановената спирачна енергия, той е най-подходящ за цикли на шофиране с многократни спирания и потегляния. По тази причина най-големи икономии са постигнати при автомобилите за сметосъбиране, които използват до 20 процента по-малко гориво. При използване в комбинация с електрически компактор, икономията за целия автомобил може да достигне 30 процента. При товарните автомобили за градска дистрибуция също може да се постигне икономия до 15 процента.

Никой друг производител в света не беше произвеждал 26-тонен товарен автомобил с хибридна силова линия преди Volvo Trucks.

Досега обратната връзка от клиентите относно хибрида Volvo FE е изцяло положителна. Той осигурява не само обещаната икономия на гориво и намаляване на шума, но и висок максимален пробег и производителност.

„Голямата разлика между Volvo FE и другите хибридни товарни автомобили е тази, че той е система, оптимизирана от Volvo“, добавя Холгрен. „Обединихме цялата система от самото начало и оптимизирахме всички компоненти, така че да работят заедно, което осигурява високо ниво на качеството и допълнителна ефективност.“

Дори екипът по разработката е изненадан от това, колко добре работи хибридът Volvo FE.

„Резултатът е изключително надежден автомобил“, казва Матс Алакула, Global Advanced Engineering, Volvo Trucks. „При внедряването му в лондонските автобуси той показа по-висок максимален пробег от нехибридните версии на същия тип автомобил, което според мен е забележително. Това е много добро доказателство за качеството на извършената работа.“

„Инженерно-конструкторската работа е като атлетиката – ако си пръв, всички те гледат и слушат“, добавя Андерс Круун. „Ако разгледате пазара след две или три години, ще видите повече или по-малко копия на това, което имаме сега.“

Какво ще се случи по-нататък? Дали хибридът Volvo FE е крайната точка или само началото? „Хибридизацията е добра първа крачка, защото намалява разхода на гориво, но то все пак се използва, така че проблемът не е решен“, казва Алакула. „Следващата крачка е да преминем от дизелово гориво към алтернативен източник, в този случай електричество, като основен енергиен ресурс.“

В краткосрочен план фокусът е върху усъвършенстване на хибрида чрез увеличаване на капацитета на акумулатора, така че хибридната силова линия да може да се използва при повече приложения и модели на товарни автомобили. Възстановяването на енергията от спирането обаче само ще се увеличава. За да се премине към изцяло електрически режим, ще трябва да се внедрят решения с включване в електрическата мрежа. Следователно бъдещият приоритет е да се намери начин за включване към електрическа мрежа, без да се променя цикълът на шофиране на автомобила, например чрез зареждане, когато автомобилът е спрял по друга причина. Ако могат да бъдат намерени бързи и удобни методи за свързване, автобусите предлагат най-голям потенциал, поради факта, че имат редовни и прогнозируеми спирания на установени места; товарните автомобили за градска дистрибуция обаче също ще се възползват от тях.

Ние вече разполагаме с технологията – просто работим по усъвършенстването й.

„Ако един товарен автомобил за дистрибуция спира по десет пъти на ден, всеки път за 5 – 10 минути, и може да има достъп до електрически извод с разумна мощност, в много случаи това ще бъде достатъчно“, обяснява Алакула. „Тези товарни автомобили ще могат да извършват по-голяма част от ежедневната работа в електрически режим, което е благоприятно за околната среда и икономиите. Ние вече разполагаме с основната технология – просто работим по усъвършенстването й.“

Колкото и вълнуващо да звучи това, то все пак има граници, тъй като разчита на честото спиране на автомобила, което е абсолютно непрактично за приложения, като дистрибуцията на дълги разстояния. А какво би станало, ако беше възможно да се зарежда акумулаторът по време на шофиране? Концепцията за електрически пътища, по които автомобилите са непрекъснато свързани към електрическа мрежа, звучи фантастично, но идеята се обсъжда сериозно. „В момента се изграждат тестови писти в САЩ, Азия и Европа“, казва Андерс Круун.

„Ключът е в зареждането“, заключава Матс Алакула. „Ако можем да осигурим евтина електрическа енергия по надежден, безопасен и удобен начин, това изцяло би променило всичко. Ако можем да направим това, няма да има ограничения.“