Opel Ampera: ηλεκτρικό σύστημα κίνησης με range extender

Με αφορμή την επέτειο των δέκα χρόνων από την παρουσίαση του Opel Ampera, του ηλεκτρικού/υβριδικού αυτοκινήτου με επέκταση αυτονομίας, παραθέτουμε μια αναλυτική τεχνική περιγραφή του συστήματος κίνησης του αυτοκινήτου που στις ΗΠΑ ήταν διαθέσιμο στην αγορά με τα σήματα της Chevrolet, ως Chevrolet Volt.

Το σύστημα κίνησης του Opel Ampera

Το σύστημα παραγωγής και μετάδοσης ισχύος Vortec του Ampera αποτελείται από δύο ηλεκτροκινητήρες (ένας κύριος [έλξης] που μεταδίδει κίνηση στους τροχούς – και ένας δεύτερος που λειτουργεί και σα γεννήτρια), ένα βενζινοκινητήρα, τρεις συμπλέκτες και ένα σετ πλανητικών γραναζιών που φροντίζει για τη συνεργασία των δύο ηλεκτροκινητήρων και μειώνει την κατανάλωση ενέργειας από την μπαταρία στις υψηλές ταχύτητες, προσθέτοντας μέχρι δύο μίλια (3,2 km) επιπλέον αυτονομίας με ηλεκτροκίνηση (EV).

Βασικό χαρακτηριστικό του Vortec είναι το ότι ο βασικός ηλεκτροκινητήρας είναι αυτός που βρίσκεται πάντα σε σύνδεση με τους τροχούς και αποτελεί την κύρια πηγή ισχύος. Ο δεύτερος ηλεκτροκινητήρας/γεννήτρια μπορεί να λειτουργήσει συμπληρωματικά προσφέροντας την ισχύ του για την κίνηση των τροχών, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας. Τέλος, σε συνθήκες αυξημένης ζήτησης ισχύος, μπορεί να συνδεθεί μηχανικά με τους τροχούς (να μεταδώσει δηλαδή κίνηση στους τροχούς) και ο βενζινοκινητήρας.

Οι ηλεκτροκινητήρες του Ampera και το σετ γραναζιών τοποθετούνται εν σειρά με τον κινητήρα εσωτερικής καύσης. Δύο από τους συμπλέκτες χρησιμοποιούνται είτε για το κλείδωμα του επικυκλικού γραναζιού ή για τη σύνδεσή του με τον ηλεκτροκινητήρα/γεννήτρια ανάλογα με το πρόγραμμα λειτουργίας. Ο τρίτος συμπλέκτης συνδέει τον κινητήρα εσωτερικής καύσης στην γεννήτρια για επέκταση της αυτονομίας.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΙΝΗΣΗΣ AMPERA: Kinematic Architecture – Κινηματική Αρχιτεκτονική, Traction Motor – Ηλεκτροκινητήρας Έλξης, Planetary Sun Gear – «Ήλιος», Planetary Ring Gear – Επικυκλικό γρανάζι, Planetary Carrier – Πλανητικός Φορέας, Final Drive Gearing – Τελική Μετάδοση, Axle Differential – Διαφορικό Άξονα, Inverter – Μετατροπέας, Generator – Γεννήτρια, Battery Pack – Συστοιχία μπαταριών

Το σύστημα κίνησης του Ampera περιλαμβάνει τέσσερα προγράμματα λειτουργίας:

Ηλεκτροκίνηση (EV) με έναν Ηλεκτροκινητήρα

Σ’αυτό το πρόγραμμα, ο ηλεκτροκινητήρας έλξης προσφέρει όλη την ισχύ σε χαμηλές ταχύτητες και γρήγορες επιταχύνσεις, αντλώντας όλη την ενέργειά του από τη μπαταρία. Το επικυκλικό γρανάζι «κλειδώνει» και η γεννήτρια αποσυνδέεται από τον κινητήρα και το σετ γραναζιών. Ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να καταναλώνει μέχρι 111 κιλοβάτ και να παράγει ροπή 370 Nm.

Ηλεκτροκίνηση (EV) με Δύο Ηλεκτροκινητήρες

Όσο η ταχύτητα του αυτοκινήτου αυξάνεται, το επικυκλικό γρανάζι απελευθερώνεται και συνδέεται με τον ηλεκτροκινητήρα/γεννήτρια. Αυτό σημαίνει ότι οι δύο ηλεκτροκινητήρες συνεργάζονται για την παραγωγή συνδυασμένης ισχύος με υψηλότερη ηλεκτρική απόδοση. Χρησιμοποιώντας τη συνδυασμένη ισχύ των ηλεκτροκινητήρων που πλέον περιστρέφονται σε χαμηλότερες στροφές, η ομάδα κατάφερε να αντλήσει πάνω από 3,0 km αμιγώς ηλεκτρικής αυτονομίας στον αυτοκινητόδρομο.

Οδήγηση Εκτεταμένης Αυτονομίας με Ένα Ηλεκτροκινητήρα

Μόλις η μπαταρία φτάσει στην ελάχιστη κατάσταση φόρτισης, ο βενζινοκινητήρας συνδέεται με τη γεννήτρια μέσω του τρίτου συμπλέκτη.

Στις χαμηλότερες ταχύτητες και τις γρήγορες επιταχύνσεις, το Ampera κινείται μέσω του βασικού ηλεκτροκινητήρα έλξης με το επικυκλικό γρανάζι κλειδωμένο. Η γεννήτρια που λειτουργεί μέσω του βενζινοκινητήρα και η μπαταρία παρέχουν ηλεκτρική ισχύ στον ηλεκτροκινητήρα έλξης μέσω του μετατροπέα.

Κατά μέσο όρο, η γεννήτρια που λειτουργεί μέσω του κινητήρα θα διατηρήσει τη μπαταρία σε μία ελάχιστη κατάσταση φόρτισης για επέκταση της αυτονομίας. Επειδή ο αποδοτικότερος τρόπος φόρτισης της μπαταρίας του Ampera είναι η σύνδεση σε μία ηλεκτρική πρίζα, η γεννήτρια χρησιμοποιείται μόνο για διατήρηση του ελάχιστου επιπέδου φόρτισης της μπαταρίας. Εάν η μπαταρία αδειάσει κάτω από το ελάχιστο επίπεδο κατά τη διάρκεια της επιτάχυνσης ή όταν το πρόγραμμα mountain ενεργοποιηθεί και βρίσκεται κάτω από το 45% της φόρτισης, η γεννήτρια θα φορτίσει τη μπαταρία μέχρι το ελάχιστο επίπεδο και θα το διατηρήσει.

Οδήγηση Εκτεταμένης Αυτονομίας με Δύο Ηλεκτροκινητήρες

Η στρατηγική συνδυασμένης ηλεκτρικής ισχύος με δύο ηλεκτροκινητήρες που χρησιμοποιείται στις υψηλότερες ταχύτητες έχει προσαρμοστεί και για εφαρμογή στο πρόγραμμα επέκτασης αυτονομίας.

Οι συμπλέκτες που συνδέουν τη γεννήτρια με τον κινητήρα και το επικυκλικό γρανάζι εμπλέκονται, ενώνοντας το βενζινοκινητήρα και τους δύο ηλεκτροκινητήρες για να κινήσουν το Ampera μέσω του σετ πλανητικών γραναζιών. Όλη η ενέργεια κίνησης «συγχωνεύεται» και μεταφέρεται στην τελική μετάδοση.

Ανεξάρτητα ποιο drive mode(πρόγραμμα) χρησιμοποιείται, το Ampera κινείται πάντα με ηλεκτρική ισχύ που παρέχει ο ηλεκτροκινητήρας έλξης. Ο βενζινοκινητήρας δεν μπορεί να κινήσει το Ampera εκτός εάν λειτουργεί και ο ηλεκτροκινητήρας έλξης.

Για να μπορεί το πλανητικό σετ γραναζιών να μεταφέρει ροπή, τουλάχιστον ένα από τα τρία βασικά στοιχεία (επικυκλικό γρανάζι, ηλιακό γρανάζι, πλανητικός φορέας) πρέπει να μπορούν να κλειδώνουν ή να φρενάρουν (πέδη). Επειδή δεν υπάρχει συμπλέκτης για το κλείδωμα του ηλιακού γραναζιού, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ο ηλεκτροκινητήρας έλξης ο οποίος προσφέρει την απαραίτητη ροπή αντίδρασης που απαιτεί η κίνηση (έλξη).

Χάρη στην αρχιτεκτονική του συστήματος κίνησης το Ampera επιτυγχάνει 10-15% καλύτερη απόδοση στις υψηλές ταχύτητες σε σχέση με τη χρήση μόνο του ηλεκτροκινητήρα έλξης.

Παρατήρηση: Το κείμενο που παρατίθεται είναι της Opel και διανεμήθηκε στους δημοσιογράφους του ειδικού τύπου στο πλαίσιο της παρουσίασης του μοντέλου, το 2012.