Een hybride motor met recordefficiëntie, geboren uit de samenwerking tussen Renault en Geely
Een gezamenlijk project van de Franse autofabrikant Renault en een Chinese partner heeft een hybride aandrijfsysteem opgeleverd dat onder laboratoriumomstandigheden een efficiëntie van 98,2 procent behaalt. Het geheim achter dit opmerkelijke resultaat schuilt in een bijzonder materiaal dat voor de rotor wordt gebruikt.
Als deze cijfers ook bij serieproductie bevestigd worden, zouden concurrenten gedwongen zijn hun eigen technologieontwikkeling fors te versnellen. Onder het gedeelde merk Horse is een elektromotor voor hybride voertuigen ontwikkeld die in tests precies die 98,2 procent efficiëntie haalde — een resultaat dat de meeste momenteel geproduceerde eenheden overtreft. De sleutel tot deze verbetering is een nieuw type staal dat in de stator wordt toegepast.
De Amorfo-motor — het gezamenlijke project van Renault en de Chinese groep Geely
Horse is een bedrijf opgericht door autofabrikant Renault en de Chinese groep Geely, gespecialiseerd in de ontwikkeling van volgende generatie aandrijfeenheden. Het meest recente resultaat van het ingenieurswerk is de motor genaamd Amorfo, ontworpen voor hybride voertuigen en auto’s met een verlengd rijbereik.
De naam is niet toevallig gekozen. Die verwijst rechtstreeks naar het statormateriaal: het gebruikte amorf staal heeft een ongeordende atomaire structuur. In traditionele motoren wordt kristallijn staal gebruikt, waarbij atomen in een regelmatig rooster gerangschikt zijn. De fysische eigenschappen van amorf staal maken het mogelijk om de verliezen door het magnetische veld te beperken, met name op hoge frequenties.
Volgens bedrijf Horse gaat het niet om een louter marketinggimmick. De Amorfo-motor bereikt een efficiëntie van 98,2 procent, wat neerkomt op interne verliezen die ruwweg gehalveerd zijn ten opzichte van een typische elektromotor. Het opgegeven vermogen bedraagt 190 pk met een koppel van 360 newtonmeter — waarden die volledig geschikt zijn voor hybride SUV’s, compacte wagens en grotere elektrisch aangedreven sedans.
Lamellen dunner dan een mensenhaar — zo worden energieverliezen teruggedrongen
Het meest verrassende gegeven betreft de dikte van de elementen waaruit de stator is opgebouwd. Elke afzonderlijke lamel meet slechts 0,025 millimeter, ruwweg tien keer dunner dan bij elektromotoren die doorgaans in auto’s worden gemonteerd. Zulke dunne lagen helpen de zogenaamde wervelstromen te beperken.
Dat is een fenomeen waarbij ongewenste stromen in het metaal worden opgewekt die in warmte omgezet worden, wat energieverliezen veroorzaakt. Hoe dunner de elementen, hoe zwakker dit effect en hoe efficiënter de motor stroom omzet in beweging.
Horse meldt een vermindering van de motorverliezen met circa 50 procent ten opzichte van een referentieconstructie, terwijl de vermogens- en koppelparameters ongewijzigd blijven. In de praktijk betekent dit dat de motor bij gelijk energieverbruik meer nuttig werk levert. Minder energie gaat verloren als warmte, wat de belasting van het koelsysteem verlicht.
Hoe verhoudt dit resultaat zich tot andere motoren op de markt?
Huidige elektromotoren in personenwagens bereiken doorgaans een efficiëntie tussen de 93 en 97 procent. De verschillen hangen af van de belasting, de temperatuur, het toerental en de specifieke bouwarchitectuur. Een stijging van één of twee procentpunten klinkt op papier misschien bescheiden, maar dat is een vertekend beeld.
Op het gebied van energiebesparing vertegenwoordigt elk procentpunt een concreet voordeel, zeker wanneer het gaat om grote zakelijke wagenparken en miljoenen gereden kilometers. Voor fabrikanten is het bovendien een instrument om een concurrentievoordeel op te bouwen, met name wanneer vergelijkbare prestaties en een vergelijkbaar rijbereik met een kleinere batterij bereikt kunnen worden.
- Moderne elektromotoren voor personenwagens hebben een efficiëntie tussen 93 en 97 procent
- De Amorfo-motor claimt 98,2 procent onder laboratoriumomstandigheden
- Elk procentpunt besparing vermindert het energieverbruik uit de batterij of de verbrandingsmotor
- Een hogere efficiëntie maakt het mogelijk de batterij te verkleinen met behoud van hetzelfde rijbereik
- In de praktijk manifesteert de besparing zich bij langdurig gebruik van het voertuig
- Zakelijke wagenparken zullen het verschil het meest merken in de operationele kosten
- Minder verliezen betekenen ook een lagere belasting van het koelsysteem
Het totaalplaatje wordt echter bemoeilijkt door de meetomstandigheden. De geclaimde efficiëntie van 98,2 procent is afkomstig uit tests die het bedrijf zelf uitvoerde onder strikt gecontroleerde omstandigheden. In dagelijks gebruik spelen talrijke factoren mee die op een testbank moeilijk ideaal te reproduceren zijn.
Laboratorium versus rijpraktijk
Bij normaal voertuiggebruik zijn meerdere variabelen van invloed op de werkelijke efficiëntie van de aandrijfeenheid. Denk aan temperatuurschommelingen, van bevriezing in de winter tot gloeiend heet asfalt in de zomer. De motor werkt niet in één optimaal punt, maar bij deellast over een breed bereik van omstandigheden.
Daar komen nog de veroudering van materialen bij, waaronder de isolatie en het staal zelf, spanningswisselingen en de wisselende prestaties van de tractieaccu. Fabrikanten vermelden doorgaans de maximale efficiëntie die in een bepaald werkgebied behaald wordt, niet het gemiddelde over de volledige rijcyclus. Onafhankelijke laboratoria komen vaak tot lagere resultaten dan het reclamemateriaal suggereert.
Horse heeft nog niet bekendgemaakt in welke auto’s en in welke configuratie deze motor ingebouwd zal worden, waardoor het moeilijk te beoordelen is hoe de motor zich in een afgewerkt voertuig zal gedragen. Het bedrijf schat dat, rekening houdend met het volledige hybride systeem — batterij, omvormer, transmissie en overige componenten — de totale energiebesparing op ongeveer één procent uitkomt.
Reële energiebesparing — ongeveer één procent op het totale systeem
Een vermindering van het energieverbruik met één procentpunt in een hybride auto lijkt op individuele schaal verwaarloosbaar, maar vermenigvuldigd over duizenden exemplaren vertaalt dit zich in enorme hoeveelheden bespaarde elektriciteit of brandstof. Bij een jaarlijks rijbereik van 20.000 tot 30.000 kilometer begint zo’n voordeel, over zakelijke wagenparken en een lange levensduur van het voertuig, significant te wegen voor zowel bestuurders als de CO₂-balans.
Voor fabrikanten telt elk fractie van een procentpunt, omdat dit kan helpen om steeds strengere energieregelgeving na te leven. De Amorfo-motor staat al in de catalogus van bedrijf Horse, wat betekent dat zakelijke klanten hem op elk moment voor hun projecten kunnen bestellen. De eerste afnemer zal vrijwel zeker de Renault-groep zijn, samen met de daaraan verbonden merken.
Ook andere bedrijven behorend tot de Geely-groep worden in overweging genomen, zoals bijvoorbeeld Volvo. Dit type motor past bijzonder goed in de nieuwe generatie plug-in hybrides, waarbij de prioriteit ligt bij laag energieverbruik en niet bij recordprestaties. Als de claims bij seriewagens bevestigd worden, ervaart de gebruiker dit in de eerste plaats als een lager energieverbruik in het dagelijkse rijden.
Bij een hybride kan dit resulteren in minder tankbeurten per jaar of een groter rijbereik op één lading van de tractieaccu. Een bijkomend voordeel is de geringere warmteafgifte van de motor zelf. Een efficiënter aandrijfsysteem warmt minder op, waardoor het koelsysteem met een lagere belasting kan werken en de constructie van het gehele voertuig mogelijk vereenvoudigd of verlicht kan worden.
Waarom fabrikanten strijden om de efficiëntie van aandrijfeenheden
De markt voor auto-aandrijfsystemen ontwikkelt zich sneller dan tien jaar geleden. Naast batterijen en besturingselektronica zijn het juist de elektromotoren die het nieuwe technologische strijdtoneel vormen. Chinese merken presenteren steeds geavanceerdere constructies, van verbrandingsmotoren met recordefficiëntie tot innovatieve elektrische oplossingen.
Europese en Japanse bedrijven, die jarenlang domineerden op het gebied van aandrijfsystemen, zijn gedwongen te reageren. Een motor met een zeer hoge efficiëntie presenteren is een manier om de eigen positie te handhaven en aan te tonen dat men technologisch nog steeds een stem in het kapittel heeft. De onderzoekers van beide bedrijven werkten meerdere jaren aan het project en testten daarbij verschillende varianten van amorfe materialen.
De ontwikkeling van aandrijfeenheden beïnvloedt de gehele voertuigarchitectuur. Samen met de efficiëntieverhoging verschijnen vaak aanpassingen in de beheersoftware, de strategie voor remenergieterugwinning of de keuze van de transmissie. Het eindresultaat wordt door de bestuurder ervaren als een soepelere werking van de aandrijving en een betere respons op het gaspedaal.
Het is de moeite waard te benadrukken dat de evolutie van motoren zich weerspiegelt in de algehele rijbeleving. Voor een voertuig dat 200.000 kilometer aflegt over zijn levensduur kunnen verschillen van één à twee procent aanzienlijk oplopen. Dit heeft zowel gevolgen voor de operationele kosten als voor de koolstofvoetafdruk van het individuele voertuig. Vanuit gebruikersperspectief loont het om niet alleen op vermogen en koppel te letten, maar ook op de manier waarop de fabrikant de efficiëntie van de motor en het totale systeem beschrijft.
