Beta Marin – Förklaring hybridmotor – Nordic Genset & Motors AB

Vad är en hybridmotor?

En hybridmotor kan kan drivas framåt med hjälp av en bränslekälla (t ex en dieselmotor) eller genom en lagrad energikälla (t ex en batteribank och elmotor).

Det finns tre grundläggande Hybrid konfigurationer (med många varianter), diesel / el, Seriehybrid och parallellhybrid.

Diesel / EL

Motorn (t ex bensin eller diesel) är ansluten direkt till en elektrisk generator. Kraften i systemet överförs elektriskt till propelleraxeln via en motorstyrenhet och elmotor. Systemet kan ha flera generatorer och flera motorer som är anslutna till en gemensam ”electrical bus”. Denna teknik används i diesel / elektriska tåg och många stora fartyg såsom Queen Mary 2. Genom den strikta definition är detta inte en hybrid eftersom det inte finns någon elektrisk lagring av energi.

Seriehybrid

Seriehybriden liknar Diesel/El hybriden då även den bryter den mekaniska förbindelsen mellan motor-propelleraxel. En batteribank är också ansluten till en gemensam elektrisk strömkälla. I de här systemet kan man stanna motorn och använda den strömmen som är lagrad i batteribanken. Med större batterier kan man under längre perioder använda elektrisk framdrivning (och/eller köra elektriska apparater ombord) utan att återföra till generatorn.

Parallelhybrid

En parallel hybrid bibehåller den mekaniska kontakten mellan motorn och propelleraxeln. Som namnet antyder så verkar den elektriska motorn på drivaxeln parallellt med motorn. Strömfördelningen är en mekanisk mekanisk som tillåter överföring av energi mellan anslutningarna. Du kan driva propellern direkt från motorn eller från el-motorn eller från båda. Du kan också koppla från propellern för en fristående generatorfunktion . Under återgenerering är motorn frånkopplad.

Energilagring

Om effektbehovet är lågt oberoende av motorvarvtalet kan den inte användas på ett effektivt sätt. Energilagring kan hjälpa här. En hybrid kan från motorn extrahera en högre effekt än som krävs av framdrivning. Den extra tillförda energin kan sedan lagras (buffras) i batteribanken . När batterierna är fulla kan du stänga av motorn och tillgodose det låga framdrivningseffektbehovet med ren eldrift. När batterierna blir uttömda kan du då sätta på motorn igen. Motorn är drivs sålunda i start / stopp-cykler, när den är igång arbetar den under en avsevärd belastning. Vilket resulterar i en högre total effektivitet.

Vi kan nu fastställa några regler som ger oss en grundläggande förståelse för hybrider.

En motot under låg belastning arbetar under en lägre effektivitet än under högre belastning.
På högsta fart, förutsatt att motorn har en anpassad propeller, arbetar den effektivast.
På marschfart är motorn vanligtvis lätt belastad och arbetar således ineffektivt.
Hybridmotorer kan hjälpa effektiviteten på marschfart genom motor cykling eller energilagring från motorn och returnerar den till drivaxeln under en senare tid
En hybrid kan bara förbättra den totala effektiviteten om förlusterna som uppkommit i förvaring och återföring av energi är mindre än de förbättringar som gjorts i driftseffektiviteten. Detta är en väldigt viktig punk eftersom inte alla hybridutföranden kan åstadkomma detta och vissa kan till och med i slutänden vara mindre effektiv än en standard diesel.
Det här är en mycket förenklad diskussion och endast avsedd för att täcka grunderna för en bredare publik. Om du är en maskiningenjör har du säkert synpunkter och iakttagelser.

Vilken är den bästa hybriden?

Det finns många hybrid varienater och det är ingen lätt fråga att säga vilken som är bäst. Till stor del beror det på vilket fordon och hur den är tänkt att användas.

Till exempel, låt säga att du har ett extra segelfartyg med en 100 hk diesel installerad och du vill ersätta denna motor med en hybrid. Du vill ha förbättringar i bränsleekonomi när kör för motor men kräver fortfarande 100 hk max effekt för nödsituationer.

Är seriehybriden den bästa?

Med hänvisning till ritningarna ovan kan du välja ett hybridsystem. Det kommer att finnas förluster i den elektriska generatorn, batterier, motorkontroller och motor. Om du har en motor på 100 hk. Om du fortfarande kräver samma max effekt på axeln så måste motorn vara större än 100 hk för att kompensera för dessa förluster. Generatorn, motorstyrning och motor behöver ge hela 100 hk och detta gör dem stora och dyra föremål.

Från regel 2) ovan (Energilagring) kan man se att vid full effekt arbetar motorn med relativt hög effektivitet så här kan hybriden inte ge några förbättringar. Men för att få samma max driftskraft måste du dimensionera storleken på de elektriska komponenterna för att fungera vid maximal motoreffekt där hybriden inte ger några fördelar. Det är ett mycket högt pris att betala för detta (bokstavligen ) och förklarar varför seriehybrid system kan bli mycket dyrt.

Är parallellhybrid den bästa?

I ett parallellhybrid system kan motor & generator funktion kombineras i en enhet vilket spara vikt och kostnader. De elektriska drivkomponenter är dimensionerade för drifteffekt där de kan göra mest nytta, det vill säga: lågfart till marschfart. Maximal effekt tillförs direkt av motorn och hybrid håller sig ur vägen. En parallellhybrid ger således förbättrad effektivitet vid hög effekt jämfört med en seriehybrid.

En parallellhybrid är också i sig själv mer tillförlitligt än en seriehybrid . Om en elektronisk komponent går sönder i ett seriehybrid system så blir det obrukbart. Om en parallellhybrid går sönder så kan motorn fortsätta gå på utan problem och fortsätta framdrivningen som vanligt.

Eftersom de elektriska komponenterna är mindre och lättare i en parallellhybrid kan kostnaderna vara betydligt mindre än i ett seriehybrid system . Detta ger en god kostnadskontroll avvägning och är därför som Hybride Marine som företag har beslutat att koncentrera sig på att utveckla parallella hybridsystem.