Dela detta:
Välkommen! För att skriva i forumet måste du logga in först. Har du inget konto går det bra att registrera ett eller logga in med Facebook här. Det kostar inget.  :)

Författare Ämne:  Serie- eller parallellhybrid - funderingar kring DIY-vänlig minimalism  (läst 427 gånger)

JohnA

  • Inlägg: 936
  • Snål nord-vallentunisk skrotfyndande återanvändare
    • Uppland
    • EM34
För en gångs skull river jag igång en helt ny tråd i stället för att återstarta där det passar bäst. Jag har redan ältat det mesta på olika håll, men nu är tanken att ställa de olika funderingarna mot varandra och se om det går att tänka ut något som faktiskt skulle vara både vettigt och möjligt att uppnå för en glad DIY:are utan obegränsat startkapital.

Jag tror stenhårt på att teknikutveckling mot mindre miljöförstöring är bra, men allt som oftast verkar vi giriga ha en tendens att snabbt fylla upp framstegens marginaler med "extra allt", d.v.s. fler fantastiska funktioner och ökade prestanda/bekvämlighet i stället för att fullt ut nyttja potentialen till att göra av med mindre energi på våra transporter. Jag är en ynklig och lat figur som gett upp det där med att försöka rädda världen, utan ägnar mig åt energi- och miljötänk enbart för egen vinnings skull, och med "vinning" menar jag ofta nöjet i att skapa något som funkar bra, snarare än att det sparar mig en massa pengar. Å andra sidan kan bästa sättet att förbättra världen vara att VISA lösningar som faktiskt fungerar, i stället för att kämpa politiskt med regler, förbud och subventioner för det man TROR är si eller så.

Nu till tekniken!

Tanken är som sagt att samla en del tidigare funderingar, slå ihop några av dem och ställa andra mot varandra. Jag tror på att återanvändning av befintliga prylar är mer miljö- och resursmässigt försvarbart än att skrota ner och bygga nytt. Att sikta in sig på att byta ut endast det som är den huvudsakliga problemkällan. I våra fordon är det så klart motor och transmission, samt körsättet. (vi åsidosätter det tråkiga faktum att bilar rostar, att reservdelar kan bli svårt att få tag på till äldre bilar, att lagar kan strula till det och gamla bilar är en sinande resurs)

Alltså, behåll gammelbilen och bygg om den till el-, hybrid- och/eller fossilfritt snålfordon på annat sätt. Släng ut onödigt tungt, eller behåll det men tänk på att det kostar energi att frakta runt. Det går att göra ganska stora aerodynamiska förbättringar också, men det hoppar vi över här och siktar in oss helt på drivlinan.

En elbil är en elbil, den drivs på el från batterier. För kortare transporter i lägre hastighet kan man ganska billigt elkonvertera bilar (som inte är helfordonsgodkända) med begagnat material från gamla gaffeltruckar och liknande. Billigt och praktiskt, men kanske inte så spännande. Miljömässigt borde det dock vara vettigt att bygga helt och hållet av komponenter som redan finns i kretsloppet och på så vis hålla det undan några år till från materialåtervinningen/skroten. Hybridfordon är intressant, men det mesta som finns ute på vägarna idag är mer dyrt och komplicerat än effektivt. Om man designar sitt fordon för att klara 95% av vardagsbehoven och kan tänka sig hyra en bil som passar för de där fem procenten kan man tulla rejält på marginalerna.

Elfordons batterier är dyra, tunga och än så länge ganska miljövidriga saker att både framställa och återvinna. Dessutom ingår ju i kedjan att elenergin ska produceras någonstans. Kolvmotorer är etablerad teknik och det finns idag väldigt bränslesnåla motorer i olika storlekar. Ju snålare man är med marginalerna mellan prestanda och faktiska behov, desto effektivare drift får man. Om man dimensionerar för att motorn med nöd och näppe ska klara önskad marchfart får man dock problem, helt enkelt för att det behövs mer energi under accelerationen. Jag har många års erfarenhet av mycket motorsvaga fordon och vet att det brukar ta en halv dag att få upp farten, men sedan kan de hålla den ganska bra, t.o.m. när det går uppför. Väljer man en diesel- eller ottomotor som precis klarar marchfarten kan hybriddrift täcka upp för accelerationerna och även ge lite tillskott i uppförsbackarna.

Elmotor/generator och batterier känns som det självklara, men svänhjulsteknik, hydraulik och tryckluft kan väl få vara med i utvärderingen de också. En ofrånkomlig nackdel med alla slags buffertsystem är att de har förluster, som dessutom blir större ju mer bråttom det är att både frigöra och lagra energin. Detta får mig att tänka att en energibuffert behöver ha högre verkningsgrad för ett renodlat stadsfordon än om det mesta av resandet sker på landsväg. Energibuffertens verkningsgrad måste alltså ställas mot den verkningsgrad man får av en mestadels illa utnyttjad kolvmotor med överkapacitet. I slutänden är allt en kompromiss...  :-\

Mitt tankeprojekt:
En äldre småbil av enkel modell i gott skick byggs om till något slags hybrid med ganska blygsamma prestanda. Jag prioriterar stor räckvidd över minsta möjliga energiåtgång vid kortare körsträckor, men även stadstrafik är viktig att klara utan att landsvägsvinsterna försvinner. En diesel- eller ottomotor utgör grunden i drivlinan, och naturligtvis drivs den med biodiesel, rapsolja, etanol, gengas eller vad som nu känns bäst. Motorn är i alla fall dimensionerad efter toppfart=marchfart med ganska liten marginal. Energilagring med tryckluft och hydraulik är skrymmande, och förmodligen varken billigare eller mer effektivt än el. Eftersom det är ganska bråttom att både ladda upp och frigöra extraenergin behövs tyvärr hyfsat modern batteriteknik. Å andra sidan behöver batterierna inte vara så stora.

Serie- eller parallellhybrid?
Effektiv kolvmotor på ca 15kW hk till en småbil och elektriskt hybridaggregat på ungefär lika mycket ger i praktiken 25-40 kW kortvarigt, beroende på hur hårt man kan pressa elmotorn/-motorerna och vilken effekt kolvmotorn lämnar vid respektive varvtal, samt hur väl motorernas varvtal anpassas till fordonets hastighet. En traditionell växellåda har ganska stora förluster så att bli av med den vore kanske trevligt, och på köpet kan det spara in en hel del vikt. En seriehybrid kan ha t.ex. 20 kW generator och 15-20 kW elmotor i vardera bak- eller framhjulet. Hybridsystemet kan vid måttlig acceleration i lägre hastigheter arbeta som en ren momentomvandlare mellan kolvmotor och drivhjul, men det kräver en hyfsat avancerad inverter. Batterierna behöver endast ge extra energi vid övergången från "mellanfart" upp till den högre marschfarten, alltså mindre än en minut.

Seriehybriden får adderade förluster generator-inverter-elmotor mellan förbränningsmotorn och hjulen. Det blir förstås också förluster vid upp- och urladdning av batteriet, men dessa är rimligen samma som i en parallellhybrid. En vanlig kuggväxellåda har även den förluster, och de kan bli ganska stora i en bil. -Men är de större eller mindre än en "elektrisk momentomvandlare"?  Som som DIY-vänligt lowtech-projekt tror jag mer på en parallellhybrid där en kombinerad elmotor/generator 10-30 kW monteras mer eller mindre direkt på förbränningsmotorns vevaxel. -Honda Insight har väl så, men där är förbränningsmotorn betydligt kraftigare än elmotorn och jag tänker att man vänder på det. Parallellsystemet borde rent elektriskt kunna göras väldigt enkelt, -elmotorn skulle om den inte är väldigt stark kunna slå till från ingenting till full kraft när man trampar gaspedalen i botten. Det som behöver vara sofistikerat är invertern/laddaren som vid uppnådd marschfart, nedförsbackar, "intelligent tomgång" och kanske även vid motorbromsning kopplar om elmotorn till generator och låter den ladda upp batteriet. Regenerativ bromsning är ganska ineffektivt så denna funktion kan man enkelt göra överflödig, ja t.o.m. överträffa, om man lär sig planera körningen. Eftersom batteriet ska vara så litet som möjligt prioriterar man att försöka hålla detta fulladdat i stället för att ha marginal för regenerativ bromsning. Det finns ett tillbehörskit vid namn E-charger, vilket i princip är just det jag föreslår som parallellhybrid: https://www.youtube.com/watch?v=4-Vck6oCi3A  Bilen i videon är dock ganska långt från vad jag tänker mig, inte minst för att dess förbränningsmotor är mycket kraftigare än vad som behövs för att hålla marschfarten.

Alltså: Utgå från en äldre småbil. Byt originalmotorn till något modernt med så låg effekt att den med knapp marginal räcker till för önskad marschfart. Addera en elmotor/generator med MINST lika mycket effekt som förbränningsmotorn, ett batteripaket som ned knapp marginal räcker till för några enstaka accelerationer och så förstås en laddningselektronik som kan variera hur mycket energi som tillåts flöda TILL batteriet beroende på vad bilen har för sig för stunden.

Ja det blir förstås begränsningar i vad bilen klarar, men det är faktiskt så man sparar på resurerna och undviker en halvdålig kompromiss. -Hamnar man i en längre uppförsbacke får man kanske växla ner och nöja sig med en lägre hastighet och har man kört om två lastbilar får man vänta några minuter innan man kan ta sig an en tredje.

Hmmm... Om man avstår från möjligheten att kunna stå stilla och ladda batteriet t.ex. vid rödljusen, samt den extra hjälp eldriften ger redan vid stillastående starter kan elmotorn monteras på ett eget hjul, t.ex. på en stötfångare eller dragkrok, med fördelen att kunna slå av förbränningsmotorn och ladda batteriet i nerförsbackar och vid regenerativ inbromsning utan att förbränningsmotorn dras runt och bidrar till förlusterna. Jag tror dock att ett vevaxelmonterat hybridsystem vinner totalt sett.




Skitless på översittare med attityden "köp en xxx istället så funkar det bättre". -Inte mitt fel att jag har gott om egna idéer medan de måste låna andras. Kör min 40 år gamla Saab V4 på drygt fyra deciliter milen till vardags. http://ecomodder.com/forum/em-fuel-log.php?vehicleid=847

 

JohnA

  • Inlägg: 936
  • Snål nord-vallentunisk skrotfyndande återanvändare
    • Uppland
    • EM34
Satt och funderade vid ratten längs vägen i min gamla Saab idag igen...  :) Även om en växellåda stjäl en hel del effekt behöver man ju en differential (om man inte satsar på elektriska navmotorer), och förlusterna i växellådan kanske har ett visst samband med den effekt som överförs? Och sänker man effekten går det kanske att ha en tunnare olja i lådan utan att den skadas? Hur som helst slogs jag idag av tanken att göra en klassisk elkonvertering där elmotorn monteras mot bilens befintliga växellåda, utan koppling och via en adapterplatta. Kolvmotorn ska ju sedan dimensioneras så att den med relativt liten marginal räcker till för önskad marschfart i lättare motvind. Vid så låga effekter får man nog sikta in sig på en liten industridiesel eller kanske en mindre MC-motor med insprutning, och då kan kolvmotorn placeras ovanpå elmotorn och driva via kilrem/multi-V, som även fungerar som en lättrampad koppling om man låter bli att slira för mycket. Med den hjälp man kan få av elmotorn behöver man faktiskt inte slira alls på drivremmen.

Alltså, kolvmotorn driver elmotorn via en koppling. Elmotorn driver växellådan direkt utan koppling. Om elmotorn inte har för stor rotationsmassa och man växlar lugnt borde det gå bra trots att kopplingspedalen bara separerar kolvmotorn från elmotorn. Mekaniskt blir det en väldigt enkel och billig lösning, och man har fördelen att inte bara kunna ladda batteriet medan bilen står stilla med växellådan i friläge, det går även att köra bilen på ren eldrift kortare sträckor. Dessutom kan man bromsa regenerativt utan kolvmotorns förluster om man trampar ner kopplingspedalen samtidigt som växellådan har en växel ilagd. Av fördelarna jämfört med att koppla ihop kolvmotor och elmotor permanent med t.ex. kuggrem ser jag störst värde i att smidigt kunna krypköra i bilköerna tills batteriet börjar sina, och då kan man återladda med kolvmotorn medan bilen står stilla, och/eller fortsätta kökörningen med enbart kolvmotordrift.
Skitless på översittare med attityden "köp en xxx istället så funkar det bättre". -Inte mitt fel att jag har gott om egna idéer medan de måste låna andras. Kör min 40 år gamla Saab V4 på drygt fyra deciliter milen till vardags. http://ecomodder.com/forum/em-fuel-log.php?vehicleid=847

torpjens

  • Inlägg: 1914
  • Vi lever på naturens villkor
    • Södermanland
 (:)  Håll er till trådens ämne. Nu försvann ett par inlägg som inte hade här att göra och ni som skrivit dem har skrivit helt i onödan och det är ju synd. Skriv gärna men håll er till ämnet, ok? /Torpjens - moderator
Problemet är inte att makt korrumperar, det är att de korrumperbara söker makten.

Dwrgi

  • Inlägg: 39
    • Övriga världen
Jag kan nästan ingenting om sånt här men tycker det är jättekul/-intressant att läsa inläggen, så fortsätt gärna "tänka högt"! :)

Postat med Alternativ.nu´s app


torbjorn

  • Inlägg: 10191
    • Medelpad
På tal om förlusterna i växellådor:  Finns det några pålitliga siffror (typ mätresultat eller labbrapport) över förlusterna i en någotsånär modernt konstruerad bilväxellåda vid olika varvtal och belastningar?

Med tanke på att praktiskt taget alla mekaniska växellådor och slutväxlar klarar sig helt utan särskild kylning, så har jag svårt att tänka mig att förlusteffekten ens vid hårdast tänkbara belastning skulle överstiga någon enstaka kW. Och i förhållande till bilmotorns effekt så borde man alltså kunna räkna med på sin höjd 1 % förluster. Den största "boven" när det gäller förluster är, skulle jag tro, slutväxel av hypoidtyp, där det ju förekommer glidfriktion mellan kuggarna. I en bil med tvärställd motor, där det inte finns någon vinkelväxel i kraftöverföringen, slipper man ifrån den sortens förluster.

Jag har en bok från 1920-talet där det står en del om smörjnings- och oljeproblem, där finns beskrivet grundliga försök med att mäta verkningsgraden hos växellådan i en svarv under olika driftförhållanden och med olika slags oljor. Nu är den väl inte längre särskilt relevant idag, eftersom den växellådan var helt och hållet glidlagrad och dåtidens smörjoljor inte har så mycket gemensamt med de växellådsoljor som finns idag.  Skulle i alla fall kunna undersöka möjligheterna att scanna artikeln och se om den går att lägga upp på detta forum eller annat bekvämt åtkomligt ställe på nätet.

ensamhet

  • Inlägg: 3096
    • Lappland
Växellådor med ATF olja istället för 80/90 olja borde väll ha mindre förluster, helst när det är kallt?

torbjorn

  • Inlägg: 10191
    • Medelpad
Jo, frågan är förstås också om "tomgångsförlusterna", alltså den effekt som går åt för att dra runt en obelastad växellåda, har så stor betydelse.
Den stora fördelen med ATF i växellådor är väl  att det går lättare att växla om lådan är -30 grader, man riskerar inte att det känns som om växelspaken är fastlimmad.

JohnA

  • Inlägg: 936
  • Snål nord-vallentunisk skrotfyndande återanvändare
    • Uppland
    • EM34
Vad gäller förlusten i vanliga växellådor och slutväxlar är jag klart förvirrad. Å ena sidan är det ingen radikal uppvärmning att tala om, definitivt inte så att det tycks behövas kylflänsar. Att en slutväxel av hypoidtyp ger sämre verkningsgrad än kuggar utan glidning är inte svårt att gissa, men som sagt, det är sällan man ser kylflänsar på bilars växellådor.

Å andra sidan presenteras ofta väldigt stora förlustsiffror i samband med bilars effektmätningar på rullande landsväg. 10-20% förluster tycks inte vara ovanligt, men då ingår också drivhjulen i summan, och däck blir ju trots allt lite uppvärmda. En viktig sak att tänka på är dock att syftet med rullande landsväg ofta är att optimera en trimmad motor för maximal effekt, och då är man ju bara intresserad av "fullt ös", vilket rimligen är det driftfall där också transmissionens förluster är som störst. Det vore konstigt om en växellåda/slutväxel hade samma eller t.o.m. högre förluster vid lägre belastning.

En växellådas förluster borde kunna delas upp i två huvudkomponenter: Friktion/glidning mellan metalldelar som är i kontakt och arbetet att skotta omkring en massa olja. I praktiken har oljan uppgiften att bilda en separerande film mellan metalldelarna, så i slutänden är väl i princip alla förluster relaterade till oljans kringskottande. För att oljan ska nå fram till alla friktionsutsatta delar i en växellåda måste några av kuggdreven bada ganska djupt i oljereservoaren, och är oljan då seg går det förstås åt en hel del arbete till själva kringskvättandet. Om detta är stort i förhållande till uppvärmningen då oljefilmen krossas mellan metalldelarna vågar jag inte gissa, men för DIY-ändamål borde det vara möjligt att modifiera en växellåda till "aktiv torrsumpsmörjning" med hjälp av en elektrisk oljepump och ett rörsystem med små munstycken som portionerar ut oljan överallt mellan drev och i lager utan att det behöver bli det där hysteriska kringskottandet som oljedränkta kuggdrev ger. Om tuggandet av oljefilm orsakar de större förlusterna är ombyggnaden förstås meningslös.

Absolut effektivaste transmissionen är förstås en direktkoppling mellan drivmotor och hjul, men är en kolvmotor inblandad leder det förstås till väldigt små hjuldiametrar och då blir det en rejäl ökning av rullningsmotståndet mot gatan i stället. En varvtalsreduktion behövs alltså, och då antar jag att torr kuggrem är det allra effektivaste. Eftersom kuggremstransmissioner inte har någon egentlig glidande friktion antar jag enda betydande förlusten är remmens böjning i kombination med att materialet inte är 100% elastiskt. Precis som i vanligaste kuggväxellådorna finns tomgångsförluster mellan alla drev som är i konstant ingrepp med varandra. Jag har en återkommande idé om en växellåda där endast den för stunden aktiva växeln är i ingrepp och kan ge förluster. Bästa kandidaten är en flyttbar kuggrem mellan två semi-koniska "staplar" av remdrev. Utmaningen ligger i att skapa mekanismen som flyttar kuggremmen samt slakar av och spänner den utan att den skadas. Med hjälp av elektroniska sensorer och vettig styrning av elmotor/kolvmotor borde det gå att lösa. Med alla roterande delar tvärmonterade slipper man hypoidväxel och en differential kan förmodligen vara fettsmord. Det borde alltså för en lättare bil med måttlig motoreffekt gå att skapa en hybriddrivlina av transaxeltyp som har en enda kuggrem och är helt fri från glidande friktion och kontakt metall-mot-metall med undantag för de få kullager som behövs.

Speciellt DIY-vänligt är detta dock inte, så mitt yrande om transmissioner är väl lite OT här, men med tillgång till en schysst verkstad är det nog lättare att bygga egen växellåda än en välfungerande kolvmotor. Grundkonceptet jag vill fortsätta fundera på är ändå en befintlig personbil av mindre modell som behåller sin växellåda och får originalmotorn utbytt mot en mindre förbränningsmotor och ett elektriskt "buffertsystem". Jag tror då som sagt mest på att sätta en kombinerad elmotor/generator direkt på växellådans ingående axel och sedan med rem av lämpligt slag addera en liten och lätt vattenkyld fyrtakts MC-motor (utan växellåda) ovanpå eller bredvid. MC-motorn bör ha elektronisk insprutning (eller konverteras till detta) och ha 1-2 cylindrar. För en mindre bil borde 8-15 kW kolvmotor vara lagom. Elmotorn/generatorn bör ha MINST samma effekt men helst mer.

Jag misstänker att valet av batteriteknik och dess storlek inte är så enkelt som att bestämma hur länge batteriet behöver räcka och lägga på en liten marginal. Oavsett batteriteknik uppstår alltid omsättningsförluster i form av uppvärmning i batteriet, och ju snabbare det laddas och laddas ur desto större blir förlusterna. Att helt tömma batterier brukar heller inte vara så lyckat. Egentligen vore kanske superkondensatorer ett bättre val men dels blir väl storleken 10x, dels har vi problemet med att spänningen varierar helt efter laddningsnivån, vilket gör kraftelektroniken betydligt krångligare. Därför tror jag tyvärr inte på superkondensatorer och gamla hederliga blyackumulatorer är vad jag förstått olämpliga främst för att de har en för stor tidskonstant och för stora förluster i den elektrokemiska omställningen från energileverans till uppladdning. Så vi landar väl på ett batteripaket av typen Nickel-metallhydrid eller någon lithiumvariant? För att må bra och inte få för stora förluster antar jag att ett sådant batteripaket alltså måste väljas en hel del större än det teoretiska och praktiska behovet. Å andra sidan får man ju en bättre buffertkapacitet för de större men mer sällsynta fallen.
Skitless på översittare med attityden "köp en xxx istället så funkar det bättre". -Inte mitt fel att jag har gott om egna idéer medan de måste låna andras. Kör min 40 år gamla Saab V4 på drygt fyra deciliter milen till vardags. http://ecomodder.com/forum/em-fuel-log.php?vehicleid=847

rikardn

  • Inlägg: 114
    • Västergötland
Nu är detta kanske inte så DIY-vänligt, men optimalt hade varit:
4x navmotorer på lämplig styrka med DC eller AC drift.
Mindre batteripack som räcker kanske 20km som kan laddas i vanlig elstolpe eller hemma.
Liten 1-2cyl bränslemotor driven på biodiesel/veg.olja eller liknande som ger direkt DC/AC till navmotorerna samt batteriladdning.

Ingen stor motor, ingen växellåda, liten tank kanske i 10-20L storlek (kanske plats för 25L dunk/jeepdunk).

Men det är lite OT :)

/Rikard

torbjorn

  • Inlägg: 10191
    • Medelpad
I väntan på att jag lyckas scanna och lägga upp artikeln om växellådsförsöken, så kan jag nämna att den ursprungligen verkar ha varit publicerad i tidskriften "Werkstatt-Technik" 1916. Författare Schlesinger och Kurrein.  Kanske går att googla fram något...


 


Dela detta:

* Inloggade just nu

* Forum

* Nyheter

* Nya inlägg

* Nytt i ditt landskap

För inloggade medlemmar visas här nya lokala annonser, aktiviteter och presentationer.
Logga in eller
registrera dig.
 :)

* Nya annonser