Mission E: To μελλον ανατελλει στο Zuffenhausen…
Με την 919 Hybrid, η Porsche εχει εξελιξει ενα νεο πεδιο τεχνολογιας, απωτερο σκοπο την εφαρμογη της σε sport μοντελα παραγωγης.
Για την \”Mission E\”, ενα πληρως ηλεκτρικο πρωτοτυπο σπορ αυτοκινητο δρομου που παρουσιαστηκε για πρωτη φορα το 2015, και αναμενεται να μπει στην παραγωγη στο τελος αυτης της δεκαετιας, οι σχεδιαστες της Porsche υιοθετησαν την τεχνολογια 800 Volt απο το πρωτοτυπο αγωνιστικο μοντελο.
Η Porsche εχει εξαντλησει ολες τις πιθανοτητες στο σχεδιασμο του αυτοκινητου που εχει αποσπασει δυο νικες στο LeMans – ειδικα σε ο,τι αφορα το συστημα κινησης. Αποτελειται απο τον διλιτρο υπερτροφοδοτουμενο βενζινοκινητηρα V4, τον πλεον αποδοτικο κινητηρα εσωτερικης καυσης που εχει κατασκευασει ποτε η Porsche, και δυο ακομη, διαφορετικα συστηματα ανακτησης ενεργειας.
Κατα το φρεναρισμα, μια γεννητρια στον εμπρος αξονα μετατρεπει την κινητικη ενεργεια του αυτοκινητου σε ηλεκτρικη.
Στο διαιρουμενο συστημα εξαγωγης, μια τουρμπινα κινει τον υπερσυμπιεστη και μια αλλη μετατρεπει την πλεοναζουσα ενεργεια σε ρευμα. Η ενεργεια απο το φρεναρισμα συμβαλλει κατα 60%, ενω το υπολοιπο 40% προερχεται απο τα καυσαερια. Η ανακτηθεισα ηλεκτρικη ενεργεια αποθηκευεται προσωρινα σε μια μπαταρια ιοντων λιθιου και τροφοδοτει εναν ηλεκτροκινητηρα αναλογα με τις αναγκες. Αυτο σημαινει οτι ο οδηγος, οποτε θελει να επιταχυνει, αξιοποιει αυτην την ενεργεια με το πατημα ενος διακοπτη. Συμφωνα με τις τελευταιες αλλαγες των κανονισμων, η ισχυς απο τον κινητηρα εσωτερικης καυσης ειναι μολις κατω απο τους 500 ιππους (368kW), ενω η αποδοση του ηλεκτροκινητηρα ξεπερνα κατα πολυ τους 400 ιππους (294 kW).
Για τη χρηση και τη συνδυασμενη αξιοποιηση αυτων των δυο πηγων ενεργειας απαιτειται μια καλοδουλεμενη στρατηγικη. Με καθε φρεναρισμα αξιοποιειται, δηλαδη ανακταται ενεργεια. Στο Grand Prix των 5,148 χιλιομετρων του Nürburgring, αυτο συμβαινει 17 φορες ανα γυρο, πριν απο καθε στροφη. Η ποσοτητα της ενεργειας που ανακταται εξαρταται απο τη δυναμη του φρεναρισματος η, με αλλα λογια, απο την ταχυτητα με την οποια ο οδηγος φτανει στη στροφη και απο το ποσο κλειστη ειναι αυτη η στροφη.
Το φρεναρισμα και η ανακτηση ενεργειας διαρκουν μεχρι την κορυφη καθε στροφης, οποτε ο οδηγος επιταχυνει και παλι. Τη συγκεκριμενη στιγμη, ο στοχος ειναι να αξιοποιηθει οσο το δυνατον περισσοτερη ενεργεια. Ο οδηγος λοιπον πατα το πενταλ γκαζιου χρησιμοποιωντας ενεργεια απο τα καυσιμα, ενω ταυτοχρονα \”τραβαει\” ηλεκτρικη ενεργεια απο την μπαταρια.
Καθως ο κινητηρας εσωτερικης καυσης δινει κινηση στον πισω αξονα, ο ηλεκτροκινητηρας αναλαμβανει τον εμπρος αξονα. Η 919 εκτινασσεται απο την στροφη χωρις την παραμικρη απωλεια προσφυσης, χρησιμοποιωντας την τετρακινηση της – και ταυτοχρονα ανακτα και παλι ενεργεια, καθως στις ευθειες η προσθετη τουρμπινα στον αγωγο της εξατμισης λειτουργει εντατικα.
Σε σταθερα υψηλες στροφες του κινητηρα, η πιεση στο συστημα εξαγωγης αυξανεται γρηγορα και κινει τη δευτερη τουρμπινα, η οποια ειναι συνδεδεμενη απευθειας σε μια ηλεκτρογεννητρια.
Και για τις δυο πηγες ενεργειας, ωστοσο, ισχυουν περιορισμοι που τιθενται απο τους κανονισμους: ο οδηγος δεν επιτρεπεται να χρησιμοποιησει περισσοτερα απο 1,8 λιτρα καυσιμου ανα γυρο και περισσοτερες απο 1,3 κιλοβατωρες (4,8 μεγατζαουλ) ηλεκτρικου ρευματος. Πρεπει να πραγματοποιει προσεκτικους υπολογισμους, ετσι ωστε το τελος του γυρου να εχει χρησιμοποιησει ακριβως αυτην την ποσοτητα – ουτε περισσοτερο, ουτε λιγοτερο.
Εαν χρησιμοποιησει περισσοτερο, τιμωρειται με ποινη. Εαν χρησιμοποιησει λιγοτερο, μειωνεται η αποδοση. Πρεπει να σταματα να \”τραβα\” ενεργεια και να παιρνει το ποδι του απο το γκαζι ακριβως τη σωστη στιγμη.
Στον γυρo των 13,629 χιλιομετρων του LeMans, ο οποιος χρησιμοποιειται ως υποδειγμα κλιμακας για τους κανονισμους, η επιτρεπομενη ποσοτητα ενεργειας ειναι 2,22 κιλοβατωρες. Αυτο αντιστοιχει σε 8 μεγατζαουλ – και ειναι η υψηλοτερη ενεργειακη κατηγορια που προβλεπεται στους κανονισμους.
Η Porsche ηταν η πρωτη και η μονη κατασκευαστρια εταιρεια το 2015 που τολμησε να σπρωξει τα ορια τοσο μακρια. Το 2016 η Toyota επισης συμμετεχει στην κατηγορια των 8 μεγατζαουλ. Η Audi χρησιμοποιει 6 μεγατζαουλ. Οι κανονισμοι του WEC εξισορροπουν σχεδον πληρως αυτες τις διαφορες.
Για την επιλογη των τεχνολογικων λυσεων που θα αξιοποιουσε η Porsche 919 Hybrid εξεταστηκαν πολυ προσεκτικα οι επιμερους εναλλακτικες λυσεις. Αναμφιβολα η Porsche θα χρησιμοποιουσε την ενεργεια πεδησης στον μπροστινο αξονα, καθως ετσι προκυπτει τεραστια ποσοτητα ενεργειας απο τομεις που εχουν ηδη αξιοποιηθει εν μερει με τεραστια προοδο.
Για το δευτερο συστημα, εξεταστηκε η περιπτωση της ανακτησης ενεργειας στον πισω αξονα η της αξιοποιησης των καυσαεριων. Υπηρξαν δυο παραγοντες που οδηγησαν στην επιλογη των καυσαεριων: Το βαρος, και στη συνεχεια η αποδοτικοτητα.
Στην περιπτωση της ανακτησης ενεργειας πεδησης, το συστημα πρεπει να ειναι σε θεση να ανακτα ενεργεια σε πολυ μικρο χρονικο διαστημα, πραγμα που σημαινει οτι πρεπει να διαχειριζεται μεγαλες ποσοτητες ενεργειας, εχοντας ομως αυξημενο βαρος. Οι φασεις της επιταχυνσης, ωστοσο, εχουν πολυ μεγαλυτερη διαρκεια απ\’ ο,τι οι φασεις της πεδησης, πραγμα που αυξανει το χρονικο διαστημα της ανακτησης και παρεχει τα περιθωρια να εχει το συστημα μικροτερο βαρος. Συν το γεγονος οτι ο κινητηρας εσωτερικης καυσης της 919 διαθετει ηδη συστημα κινησης στον πισω αξονα. Με ακομα μεγαλυτερη ισχυ στον πισω αξονα, θα αυξανοταν το μη αποδοτικο σπιναρισμα των τροχων. Επιπλεον, κατι τετοιο θα προκαλουσε εντονη φθορα των ελαστικων.
Αναμφιβολα η πιο τολμηρη αποφαση της Porsche για το υβριδικο συστημα της 919 ηταν η επιλογη των 800 Volt. Ο καθορισμος του επιπεδου της τασης αποτελει θεμελιωδη αποφαση στα ηλεκτρικα συστηματα κινησης. Επηρεαζει τα παντα – τον σχεδιασμο της μπαταριας, τον σχεδιασμο των ηλεκτρονικων συστηματων, τον σχεδιασμο των ηλεκτροκινητηρων και την τεχνολογια φορτισης. Η Porsche εξαντλησε καθε δυνατο περιθωριο.
Ηταν δυσκολο να βρεθουν εξαρτηματα για αυτην την υψηλη ταση, ειδικα δε ενα καταλληλο αποθηκευτικο μεσο.
Γεννητρια με σφονδυλο, υπερπυκνωτες η μπαταρια; Η Porsche επελεξε μια υδροψυκτη μπαταρια ιοντων λιθιου, με εκατονταδες ξεχωριστες κυψελες, καθεμια απο τις οποιες περικλειεται στο δικο της κυλινδρικο μεταλλικο περιβλημα – υψους 7 εκατ. και διαμετρου 1,8 εκατ.
Τοσο σε ενα αυτοκινητο δρομου, οσο και σε ενα αγωνιστικο αυτοκινητο, η πυκνοτητα ισχυος και η πυκνοτητα ενεργειας πρεπει να εξισορροπουνται. Οσο μεγαλυτερη ειναι η πυκνοτητα ισχυος της κυψελης, τοσο ταχυτερα μπορει να γινεται η ανακτηση και η απελευθερωση της ενεργειας. Η αλλη παραμετρος, η πυκνοτητα ενεργειας, καθοριζει την ποσοτητα ενεργειας που μπορει να αποθηκευεται. Στους αγωνες, οι κυψελες – μιλωντας μεταφορικα – πρεπει να εχουν τεραστιο ανοιγμα. Και αυτο διοτι, μολις ο οδηγος φρεναρει, δεχονται τεραστια ποσοτητα ενεργειας – και, μολις ο οδηγος τη ζητησει, η ενεργεια αυτη πρεπει να βγει απο τις κυψελες ακριβως με την ιδια ταχυτητα.
Μια συγκριση καθημερινης χρησης: εαν μια αποφορτισμενη μπαταρια ιοντων λιθιου ενος smartphone ειχε την ιδια πυκνοτητα ισχυος με την μπαταρια της 919, θα επαναφορτιζοταν πληρως σε λιγοτερο απο ενα δευτερολεπτο. Το μειονεκτημα: Μετα απο μια συντομη συνομιλια, η μπαταρια θα αποφορτιζοταν και παλι. Προκειμενου η μπαταρια του smartphone να διαρκει μερες, η πυκνοτητα ενεργειας εχει προτεραιοτητα, πραγμα που συνεπαγεται την αναγκη να υπαρχει χωρητικοτητα.
Σε ενα ηλεκτρικο αυτοκινητο καθημερινης χρησης, η χωρητικοτητα μεταφραζεται σε αυτονομια. Απο την αποψη αυτη, οι απαιτησεις ενος αγωνιστικου αυτοκινητου διαφερουν απο τις απαιτησεις ενος ηλεκτρικου αυτοκινητου δρομου.
Με την 919, ομως, η Porsche εχει προχωρησει σε επιπεδα διαχειρισης του υβριδικου συστηματος που εως τωρα δεν μπορουσε να φανταστει κανεις. Η 919 αποτελει το εργαστηριο δοκιμων για το επιπεδο της τασης που θα διαθετουν τα μελλοντικα υβριδικα συστηματα. Στη διαρκεια του προγραμματος LMP1 αποκτηθηκαν σημαντικες βασικες γνωσεις. Οπως για θεματα που αφορουν στην ψυξη για την αποθηκευση ενεργειας (μπαταρια) και τον ηλεκτροκινητηρα, την τεχνολογια συνδεσης για ακραια υψηλη ταση, καθως και τη διαχειριση της μπαταριας και τον σχεδιασμο των συστηματων. Απο την εμπειρια αυτη, οι τεχνικοι στο τμημα αναπτυξης παραγωγης απεκτησαν σημαντικη εμπειρια απο το τετραθυρο πρωτοτυπο Mission E που χρησιμοποιει τεχνολογια 800 V. Απο αυτο το πρωτοτυπο θα προκυψει ενα αυτοκινητο παραγωγης προς τα τελη της δεκαετιας, το οποιο θα ειναι και το πρωτο αποκλειστικα ηλεκτροκινητο μοντελο της Porsche.
.embed-container { position: relative; padding-bottom: 56.25%; height: 0; overflow: hidden; max-width: 100%; } .embed-container iframe, .embed-container object, .embed-container embed { position: absolute; top: 0; left: 0; width: 100%; height: 100%; }
