Så fungerar GM s E-Flex-framdrivningssystem

En titt inuti Chevrolet Volt. Elmotorn och räckviddsförlängaren är framme och batteriet går ner i mitten av bilen. Se fler bilder på elbilar. Photo Courtesy General Motors

1996 dök General Motors EV-1 batteridriven elbil i Saturn-utställningslokalerna i Kalifornien och Arizona. Under de närmaste sju åren hyrdes mer än 1 000 modeller till förare som ville ta sig runt utan att börda lägga bensin i sina bilar. Men GM beslutade slutligen konsumenternas efterfrågan och batteritekniken var inte riktigt på nivå, och de flesta av dessa bilar hamnade på en krossande anläggning.

Sedan 1990-talet har priset på bränsle skyrocket och batteritekniken har utvecklats avsevärt, så GM har beslutat att det är dags att ta en ny spricka i elbilen. Den här gången gör de saker lite annorlunda.

De E-Flex framdrivningssystem är en helt ny plattform från GM som förväntas underbygga den efterlängtade Chevrolet Volt sedan, som kommer i showrooms i slutet av 2010. Systemet sätter vad ingenjörer kallar en revolutionerande snurr på elbilen - en som drivs av elkraft men kan köra hundratals mil med hjälp av en förbränningsmotor.

"[E-Flex-fordon kräver] inget stöd från en gasmotor för att fungera, till skillnad från en hybrid, som inte kan arbeta utan motorn," sade GM-talesman Dave Darovitz. "Vår motor är inte direkt ansluten till hjulen och tänds bara när batteriet är urladdat och fungerar som en stationär ombordgenerator för att skapa ytterligare el för att ladda batteriet igen och driva bilen." Till skillnad från hybridbilar som Toyota Prius - som använder en liten elmotor för låghastighetskörning och bytt till en förbränningsmotor för acceleration och snabbare körning - anser GM bilar byggda på E-Flex-plattformen vara elbilar snarare än plug-in hybrider.

Efter en natt med laddning (alla hushållsuttag gör det) drivs bilens hjul enbart av el från batteripaketet. Den bensindrivna motorn används bara för att ladda batteriet när det har slut.

Om allt går enligt planen på GM, kan bilar som drivs av E-Flex köra upp till 40 miles (64 kilometer) på elkraft ensam, utan att använda en droppe bensin. Efter 40 mil (64 kilometer) tappas bilens första batteriladdning och förbränningsmotorn - kallad en räckvidds förlängning -- sparkar sömlöst in, använder en generator som laddar batteriet och håller bilen igång med elkraft.

I nästa avsnitt tittar vi på hjärtat av E-Flex-plattformen - dess batteri - och hur mycket pengar du skulle spara med en bil som kör på en.

Innehåll

1. E-Flex-batteriet
2. E-Flex Generator och motor ombord
3. E-Flex Range Extender
4. E-Flex och miljön
5. Framtiden för E-Flex

Ett 16-kilowatt batteripaket för Chevrolet Volt (höger) visas bredvid det ursprungliga EV-1 16-kilowatt batteripaketet på GM Battery Lab i Warren, Mich. John F. Martin / General Motors

E-Flex-batteriet är ett 400 pund (181 kilogram) avancerat litiumjonbatteri som genererar upp till 16 kilowattimmar el.

Framstegen inom batteriteknologi som har gjort sådana enheter möjliga under de senaste åren förklarar varför en bil på E-Flex-plattformen kan göra vad den gör. EV-1 använde till exempel ett bly-syrabatteri som hade samma effekt som ett E-Flex-fordon, men vägde cirka 2 200 pund (998 kilogram) mer.

E-Flex-batteriet är också plant, till skillnad från de cylindriska litiumjonbatterier som används av de flesta bilar av sin typ. Platta celler tar mindre plats än cylindriska celler, så att mer energi kan lagras i bilens batteripaket. Dessa celler är också lättare att kyla och konditionera, eftersom vätska kan strömma lätt över en plan yta.

Till skillnad från konventionella batterier som helt enkelt placeras i en bils motorrum, är E-Flex-batteriet så stort att det faktiskt är inbyggt i själva bilen. Det T-formade batteriet går genom fordonets mitt mellan fram- och bakhjulen, med toppen av "T" under passagerarsätet bak. Detta håller batteriet säkert vid en olycka.

Fortfarande skapar plattformens unika utmaningar som GM måste möta.

"Hjärtat och själen på [E-Flex-plattformen] är batteriet, med ett fordon på toppen", säger Tony Posawatz, fordonslinjedirektör för Chevrolet Volt. Ingenjörer vet hur man utformar och bygger fordon, sade han. "Men montering av batteripaketet, värme och kylning, vilka typer av material som används ... det är allt inte känt."

Till skillnad från vätgasbränsleceller är tekniken en som vi inte behöver vänta på. "Infrastrukturen finns redan på plats för elfordon," sade Posawatz. "Elektricitet kostar en eller två cent en mil, mot 10 cent en mil för gas just nu."

E-Flex-batteriet är anslutet till en elmotor som driver fordonets framhjul. Det är helt tyst i det här läget, och allt som en förare kommer att höra är vägens brus.

Denna motor producerar cirka 120 kilowatt effekt, vilket motsvarar ungefär 160 hästkrafter på en förbränningsmotor. Eftersom elektriska motorer ger omedelbart vridmoment - du behöver inte svänga motorn för att uppleva dess fulla kraft - kommer Chevrolet Volt att erbjuda betydligt bättre prestanda.

Spänningen förväntas gå från noll till 60 km / h (97 kilometer per timme) på mindre än 9 sekunder. Men det är känslan av att starta bilen som verkligen kommer att imponera på prestanda-galna förare. Accelerationen känner sig mer som en sportig bil med en V-6-motor än en liten ekonomibil. Bilen använder också regenerativ bromsning, vilket betyder att bilen samlar in kinetisk energi när den kuster eller bromsar och använder denna energi för att ladda batteriet. Att ha batteriet i bilens botten betyder också ett lågt tyngdpunkt.

Litiumjonbatterierna som används på E-Flex-drivna bilar är desamma som använder mobiltelefoner och bärbara datorer, bara mycket större. Ladda batteriet genom att helt enkelt ansluta bilen till valfri 110-voltsuttag - varje standard hushållsuttag fungerar. GM förväntar sig att de flesta kunder kommer att ladda bilen över natten i sina garage, en process som tar cirka sex timmar att slutföra. På en 220-volts krets behöver förarna tre till fyra timmar för att ladda batteriet.

GM: s ingenjörer försöker bygga en bil som vem som helst kan använda. Medan de många komponenterna i E-Flex-bilar låter komplicerat, vill Andrew Farah, volymens chefstekniker, att folk ska förstå att det är lika enkelt att hålla bilen i drift som att ansluta en apparat. Volt har en plugg på sin sida för insättning i vägguttag för laddning.

Läs vidare för att lära dig vilken roll en förbränningsmotor spelar i Chevy Volt.

Chevrolet Volt-konceptbilen är det första fordonet som drivs av E-Flex. Photo Courtesy General Motors

När batteripaketet förlorar sin initiala laddning är det dags att räckviddens förlängning - GM: s namn för förbränningsmotorn framför fordonet - går på jobbet. På Chevrolet Volt-konceptbilen är det en 1,0-liters (1 000 kubikcentimeter) 3-cylindrig motor designad för att driva en generator som håller batteriet laddat. Den körs på en 12-liters (45-liters) bränsletank.

"På ett typiskt elbil har du ett batteri och en elmotor," sa ingenjör Andrew Farah. "Det är allt du behöver tills du tar slut på din laddning ... då måste du skjuta det hem." Med gasmotorn på E-Flex-plattformen är det inte längre ett problem, sa han.

Syftet bakom den bensindrivna serieförlängaren är att ha en elbil där förarna inte ständigt stirrar på en mätare för att se hur mycket juice de har kvar innan de måste vända bilen och åka hem för att ladda.

Trots elmotorns effektivitet måste förarna komma ihåg att hålla sina bensintankar fulla. Även om bilen kan köra upp till 64 kilometer med batterikraft, måste den sedan ha gasmotorn igång för att driva generatoren.

GM säger att den genomsnittliga kunden ska spara cirka 500 gallon (1 892 liter) bränsle varje år och nästan aldrig behöver gå till bensinstationen eller upprätthålla typiska schema för motortjänster. Företaget rekommenderar att bilen kopplas in så ofta och så länge som möjligt för att hålla batteriet konditionerat.

För närvarande arbetar GM-ingenjörer för att få utökningsområdet att drivas med bensin samt E85 etanol / bensinblandning. I Europa experimenterar de också med dieselbränsle. De arbetar också med en bränslecellvariant av E-Flex [källa: Farah]. På det fordonet skulle räckvidd och generator tas bort och ersättas med vätgasbränsleceller. På ett sådant fordon sa Farah, "du skulle köra bränslecellen för det mesta och batteriet inte lika mycket."

GM vill att E-Flex-plattformen ska vara en miljövänlig med avseende på utsläpp och bränsleekonomi. De är på rätt väg hittills: E-Flex-drivna bilar producerar inga utsläpp alls för de första 40 mil (64 kilometer) som körts. Medan bilen kör på batteri, släpper elmotorn ingen av kemikalierna och luftföroreningarna för vilka bensindrivna bilar har varit så felaktiga.

När förbränningsmotorn har kommit in, uppskattar GM-ingenjörer att förarna kommer att få cirka 50 mil per gallon (21 kilometer / liter) med räckviddsförlängaren. Chevy Volt-konceptbilen visade en total räckvidd på mer än 600 mil (966 kilometer), men produktionsversionen har en räckvidd på cirka 360 mil (579 kilometer) på grund av en minskad gastankstorlek. GM-ingenjörer bestämde helt enkelt det extra tankutrymmet och extra vikt var inte nödvändigt.

GM-tjänstemän insisterar på att förändringen är meningsfull. "Eftersom människor nästan aldrig kör över 400 mil utan att stanna, varför bära allt det extra bränslet runt som du kanske aldrig använder?" Frågade Darovitz. Faktum är att de flesta människor kanske inte använder bensin någonsin, eftersom GM uppskattar att mer än 75 procent av de amerikanska pendlarna kör mindre än 64 mil per dag [källa: Chevrolet].

Om allt går enligt planen med E-Flex-fordonen, kommer dessa förare aldrig att använda en droppe bensin eller producera några skadliga utsläpp under sina dagliga pendlar - även om den reducerade storleken på bensintanken ironiskt nog kan öka fordonens bränsleekonomi. Men bara om dessa förare bestämmer sig för att testa sina nya drivlinor och träffa den öppna vägen, får bilarna fortfarande cirka 50 mil per gallon (21 kilometer / liter).

Så när kan du köpa Chevy Volt och för hur mycket? Vad kan förare hitta på E-Flex-plattformen? Ta reda på det på nästa sida.

Opel Flextremes sortimentförlängare är en turbodieselmotor istället för förbränningssorten som används i de flesta amerikanska bilar. Cate Gillon / Getty Images

Chevrolet Volt, som presenterades vid North American International Auto Show (NAIAS) 2007, är det första fordonet på E-Flex-plattformen. Till skillnad från två-sits, två-dörrar EV-1, är Volt en fyra-dörrars kompakt sedan med fyra säten. Interiören bör rymma en 6-fots 2-tums man bekvämt i fram- och baksätet. Avsaknaden av en mittplats i ryggen ger plats för bilens batteri i mitten av bilen och håller taket lågt för bättre aerodynamik. För att få bränsleekonomin som GM vill, kommer Volt att vara extremt aerodynamisk.

Det kommer att ta lite arbete: Många har kallat Volts släpptidsplan för extremt ambitiös. GM vill ha bilarna på väg i slutet av 2010, och det innebär omfattande tester av batteriet och utvecklingen av själva bilen.

Batteriet måste hålla sig svalt. Det måste vara säkert. Den måste hantera ojämna vägar och måste vara massproducerad också. Ingenjörer måste också ha själva bilen - allt som batteriet fungerar, i huvudsak - redo att gå vid släppdatumet.

Företaget hade riktat 30 000 $ till ett rimligt pris för Volt, men under de senaste månaderna har GM-tjänstemän våfflat med det numret och berättat för reportrar att Volts pris skulle kopplas till priset på bensin vid bilens lansering [källa: Blanco].

"Prissättning av Chevrolet Volt har ännu inte fastställts," sade Darovitz. "Vi kommer att utvärdera många faktorer inklusive statliga skattekrediter, kundförmåner och värde, andra subventioner, elkostnader kontra bensinbesparingar och initiala volymer innan vi slutför priset."

Några månader efter avslöjandet av Volt introducerade GM sin kusin, Opel Flextreme. Ett E-Flex-fordon riktat mot den europeiska marknaden, det är en snygg femdörrars hatchback med samma hjärta som Volt. Det enda undantaget är Flextreme-serien extender, som är en 1,3-liters (1.300 kubikcentimeter) turbodiesel, snarare än Volts förbränningsmotor. Detta gör Flextreme bättre lämpad för europeiska länder som Tyskland, Opels hemmamarknad, där dieselbränsle driver de flesta fordon.

I januari 2008 träffade Cadillac Provoq SUV auto show-kretsen. Den använder ett E-Flex-system i kombination med vätgasbränsleceller för att leverera ett fordon som kan köra 280 mil (451 kilometer) på väte och 20 mil (32 kilometer) med elektriskt batteri energi - allt utan att ge ut några utsläpp utom vattenånga.

Medan Volt, Flextreme och Provoq fortfarande är i konceptstadierna, sa Farah att E-Flex-komponenterna är designade för användning i ett brett sortiment av fordon. "Vi borde kunna bredda tillgängligheten för den här typen av teknik, sätta den i alla typer av olika bilar som folk vill ha," sade han.

Relaterade artiklar

• Hur motorer fungerar
• Hur elbatterier fungerar
• 5 Hybridbatteripakförbättringar
• Hur elbilar fungerar
• Så fungerar plug-in-hybrider
• Hur Saturn Cars arbetar

källor

• Blanco, Sebastian. "Vad kostar Chevy Volt? Beror på gaspriset i slutet av 2010." Autoblog Green. 27 mars 2009. (10 juli 2009)
• Chevrolet. "Chevrolet: Ny elbil." (6 juli 2008) http://www.chevrolet.com/electriccar
• Darovitz, Dave. GM-talesman för Chevrolet Volt och E-Flex Operations. Telefon- och e-postintervju, den 6 juli 2008.
• Energiinformation Administration. "Veckopris på premiumbensinpriser (inklusive skatter)." (10 juli 2008) http://www.eia.doe.gov/emeu/international/gas1.html
• General Motors. "GM tilldelar avancerade batteriavtal för utveckling för Chevrolet Volt E-Flex-system." (10 juli 2008) http://www.gm.com/explore/technology/news/2007/fuel_cells/volt_eflex_batteries_060607.jsp
• General Motors. "Chevrolet Volt-utvecklingsladdningar på." (10 juli 2008) http://media.gm.com/us/gm/en/news/events/volt_eflex/index.html
• Farah, Andrew. Chevrolet Volt Chief Engineer. Telefonintervju, genomförd den 8 juli 2008.
• Posawatz, Tony. Chevrolet Volt Vehicle Line Director. Telefonintervju, genomförd den 8 juli 2008.
• Turner, Lance. GM Battery Test Engineer. Telefonintervju som genomfördes den 7 juli 2008.
• Rauch, Jonathan. "Elektrochockterapi." Atlantic Månadsvis. Juli / augusti 2008. http://www.theatlantic.com/doc/200807/general-motors