Techrules, een nieuw, in China gevestigd bedrijf in automotive research & development, debuteert op de internationale autotentoonstelling van Genève 2016 met een spectaculaire conceptcar. Het bedrijf richt zich op innovatieve energievoorziening voor elektrische voertuigen, waarmee milieuvriendelijkheid, prestaties en gebruiksgemak aanzienlijk verbeterd worden.

Techrules ontwikkelde een turbine-oplaadsysteem voor elektrisch aangedreven voertuigen, TREV genaamd (Turbine-Recharging Electric Vehicle). Dit is een volledig nieuwe, gepatenteerde technologie voor een hybride aandrijflijn met een turbinegenerator. TREV combineert de ervaring van Techrules in de luchtvaart en elektrische auto’s met de nieuwste technische innovaties en zorgt voor ontegenzeggelijke voordelen op het gebied van efficiëntie en prestaties. Bovendien is de technologie slechts zeer minimaal belastend voor het milieu.

Px187MzI2NzA3NS00LTQ1MTUzMjIxMw==

TREV is een range-extender die gebruik maakt van een microturbine om elektriciteit op te wekken waarmee de accu’s worden opgeladen. De accu’s voorzien elektromotoren van energie waarmee de wielen worden aangedreven. Een nieuw ontwikkeld batterijmanagementsysteem maakt extreem snel laden mogelijk, terwijl de range-extender met turbinegenerator minder accu’s noodzakelijk maakt. Dat zorgt voor een besparing aan gewicht en ruimte.

Techrules presenteert de revolutionaire TREV-technologie op de autotentoonstelling in Genève in een plug-in hybrid conceptcar met range extender die een vingerwijzing geeft naar China’s eerste supercar. De concept heeft een vermogen van 768 kW (1.044 pk) en voorlopige prestaties die er niet om liegen (acceleratie 0-100 km/u in 2,5 seconden, topsnelheid begrensd op 350 km/u). De actieradius is al even indrukwekkend met meer dan 2.000 km. In plug-in-modus bereikt de auto een brandstofverbruik van slechts 0,18 liter per 100 km.

Binnen enkele jaren verwacht Techrules hun TREV-technologie in serie te gaan produceren, verpakt in een zelf ontworpen supercar. Een aantal jaar daarna zullen grotere aantallen stadsauto’s met de technologie aan boord gebouwd worden.

William Jin, oprichter en CEO van Techrules, zegt: “Het TREV-systeem is een perfecte combinatie van een microturbine en een elektrische auto. Het is bijzonder efficient, produceert zeer weinig uitstoot en biedt een perfecte oplaadmogelijkheid voor elektrische auto’s. We geloven dat dit wel eens de manier zou kunnen zijn hoe de volgende generatie elektrische auto’s wordt aangedreven.”

Turbine-Recharging Electric Vehicle (TREV): een revolutionaire range-extender technologie voor de volgende generatie elektrische voertuigen

TREV is een geheel nieuwe, gepatenteerde hybride aandrijflijn. Het bevat een microturbinegenerator gebaseerd op technologie uit de wereldwijde vliegtuigindustrie en in de grote krachtcentrales. De turbine drijft een generator aan, die de accu’s oplaadt. Die leveren op hun beurt stroom aan de elektromotoren die de wielen aandrijven. In tegenstelling tot de meeste eerder ontwikkelde aandrijflijnen met een turbine, is er geen directe voeding vanuit de generator naar de elektromotoren: het TREV-systeem is een zuiver seriële, hybride aandrijflijn.

Lucht die de microturbine wordt ingevoerd passeert een warmtewisselaar die de hitte van de uitlaatgassen transporteert naar de koude inlaatlucht, nadat het is samengeperst. Ontsteking van het samengeperste en verwarmde lucht-brandstofmengsel zorgt voor een felle ontbranding waarbij enorm veel energie vrijkomt die met hoge snelheid langs de schoepen van de turbine wordt geleid. Zodra dit hete uitlaatgas wordt afgevoerd, passeert het de warmtewisselaar en wordt de warmte opgevangen en naar de koude inlaatlucht gevoerd.

Px187MzI2NzA3NS0zLTExNzExODAwMzA=

Px187MzI2NzA3NS0xLTI4NDgyOTE3MQ==

Chief Technology Officer van Techrules Matthew Jin legt uit: “In conventionele auto’s die de twintigste eeuw domineerden is de verbrandingsmotor die de chemische energie uit brandstof omzet in bewegingsenergie tevens de aandrijfmotor die de wielen laat draaien. ”

“Omdat turbines altijd een zeer inefficiënte manier zijn geweest om chemische energie om te zetten in bruikbare kinetische energie die de aandrijving verzorgt, heeft bijna niemand ooit geprobeerd een turbine op te nemen in een aandrijflijn, laat staan dat het tot een commercieel succes is gekomen.”

“Echter, in een elektrische auto is het een elektromotor die de wielen aandrijft. Die maakt de verbrandingsmotor uitsluitend noodzakelijk voor het omzetten van chemische energie in mechanische energie en uiteindelijk in elektriciteit. Dit is een grote doorbraak, en het maakt het voor ons mogelijk om de hoogefficiënte turbinemotor in te zetten als perfecte range-extender voor onze voertuigen.”

Microturbines zijn als range-extender veel efficiënter dan zuigermotoren omdat er significant minder energieverlies is aan bewegende delen. Er kan daardoor veel meer van de chemische energie uit brandstof worden benut.

De turbine drijft een generator aan die elektriciteit produceert om de accucellen op te laden. In de TREV-configuratie van Techrules delen de turbine en de generator dezelfde as en draaien daardoor op dezelfde snelheid: meer dan 96.000 omwentelingen per minuut.

Het totale gewicht van het TREV range-extendersysteem (microturbine, omvormers, brandstofpompen, luchtpompen, generator, maar zonder accu’s en elektromotoren) is ongeveer 100 kilo.

Het TREV-systeem staat voor gepatenteerde, innovatieve technologie waarmee een nog niet eerder vertoonde efficiëntie bereikt wordt.

TREV bevat een aantal nieuwe technologieën waarmee het systeem ongeveer 50 procent efficienter is dan systemen met brandstofmotor, hetgeen de levensvatbaarheid van commerciële serieproductie van de microturbine vergroot.

Het hoge toerental dat de as bereikt om de benodigde hoeveelheid lucht te verwerken betekent dat minimale wrijvingsweerstand van het grootste belang is voor de efficiency van het TREV-systeem.

Techrules past daarom luchtlagering toe. Dit is een technologie waarbij een permanente stroom van samengeperste lucht wordt gebruikt om de as vrij te laten zweven in het lager in plaats van in het traditionele laagje olie. Dit resulteert in minder energieverlies door wrijving, omdat het verlies van een traditioneel lager niet meer meespeelt. Het gebruik van een luchtlager is niet uniek, maar de wijze waarop Techrules het luchtlager gebruikt, is een echte innovatie die uniek is in de wereld.

Noemenswaardig is bovendien dat het luchtlager wordt ondersteund door een magnetisch veld dat zorgdraagt voor de exacte positionering van de hogesnelheidsas. Beide lagertechnieken werken samen om buitengewone stabiliteit te garanderen. Het magnetisch lager laat veel meer ruimte toe tussen de as en zijn behuizing en dat komt de duurzaamheid op lange termijn van het systeem ten goede.

Juist dit is een belangrijke overweging bij het toepassen van turbinesystemen in automotive, omdat in tegenstelling tot toepassing in stabiele krachtcentrales de gehele constructie tegen schokken bestand moet zijn. Verticale krachten van een onregelmatig wegdek en horizontale krachten in bochten zorgen immers voor niet-ideale omstandigheden. De hybride lagering van Techrules is bovendien economischer te produceren doordat de ingebouwde extra ruimte in de behuizing de extreem kleine toleranties die een turbine-as normaalgesproken heeft, vergroot.

Daarnaast wordt een nieuw soort interne folie – een intrinsieke component in een lager-  gebruikt in het lager. Dit materiaal vormt de bekleding van de behuizing van het lager en staat rechtstreeks in contact met de luchtstroom en -druk. Het is gemaakt van een nieuw samengesteld materiaal met een uitzonderlijke duurzaamheid. Minstens net zo belangrijk is echter dat het nieuwe folie massaproductie van de binnenzijde van het lager mogelijk maakt omdat de benodigde toleranties van zelfs bij hoge productieaantallen en tegen lage kosten bereikt worden.

Techrules introduceert eveneens een innovatieve warmtewisselaar die door een nieuw ontwerp efficiënter is dan een conventioneel exemplaar. Voor de warmtewisselaar wordt een nieuw materiaal gebruikt dat de efficiëntie van het terugwinnen van de warmte van de uitlaatgassen enorm vergroot.

De turbine, die 96.000 toeren per minuut draait, produceert 36 kW. Hiervan wordt 30 kW aangewend voor de generator en 6 kW voorziet de hulpaggregaten, zoals de omvormers, van energie. De 30 kW elektriciteit die de generator opwekt wordt gebruikt om de accu’s op te laden.

Slimme monitoring van de accu’s met een nieuwe oplaadstrategie
Het TREV-systeem bevat een innovatief accumanagementsysteem dat zorgt voor maximale efficiëntie tijdens het opladen en verdeling van de energie tussen de cellen van de batterijen.

In een conventioneel lithium-ion accumanagementsysteem moeten de cellen, die elk in hun eigen tempo opladen, tijdens het laadproces gebalanceerd worden. Dit om schade door overladen te voorkomen. Het balanceren wordt gedaan door de accucellen die sneller opladen actief te ontladen zodat andere cellen het laadproces kunnen ‘bijbenen’. Dit proces heeft een zekere mate van energieverlies gedurende het laden tot gevolg en maakt dat de tijd die het kost om alle accucellen volledig op te laden, toeneemt.

Om de tekortkomingen van deze standaard toepassing te elimineren, heeft Techrules een innovatieve nieuwe strategie voor de oplaadbalans ontwikkeld. Dit slimme accubalanceersysteem gebruikt het ‘overtollige’ voltage van de snelst ladende accucellen om de wat minder vlot ladende cellen van extra kracht te voorzien zodat de juiste balans verkregen wordt. Het resultaat is een sneller ladend accupakket waarin geen energie verspeeld wordt.

Het TREV-systeem maakt gebruik van reeds beschikbare cilindrische 18650 Lithium-Mangaan-oxide batterijen. Techrules kiest ervoor te focussen op efficiënt accumanagement in plaats van op de chemische eigenschappen van de batterijen zelf. Voordeel is dat het verkregen inzicht en het slimme accumanagementsysteem toepasbaar zijn op alle accutechnologieën die er in de toekomst zullen verschijnen.

Px187MzI2NzA3NS0yLTMxOTI3ODU1MQ==

In tegenstelling tot de meeste ontwikkelingsprogramma’s voor elektrisch aangedreven voertuigen kiest Techrules ervoor om de vermogensdichtheid – de capaciteit van accu’s om piekvermogen te leveren – te late prevaleren boven energiedichtheid, – de capaciteit van accu’s om maximaal energie vast te houden. Het TREV-systeem bevat namelijk een seriële, hybride range extender.

Het accumanagementsysteem van TREV optimaliseert het laadproces van de accu’s, reduceert de laadtijd en vermindert de verspilling van energie.

Minder belasting voor het milieu gedurende de gehele levenscyclus
De TREV-technologie zorgt voor minder nadelen voor het milieu tijdens de gehele levenscyclus doordat diverse tekortkomingen in de huidige technologie van elektrisch aangedreven voertuigen zijn ondervangen.

Dat begint al met de niet eerder geziene actieradius voor een elektrisch voertuig.

Voorspellingen, gebaseerd op de eerste tests, geven aan dat het bereik van een toekomstige, en serie gebouwde supercar met de TREV-technologie aan boord op elektriciteit alleen zo’n 150 kilometer. Bovendien kunnen de accu’s overal worden opgeladen, tijdens parkeren en zelfs tijdens het rijden – de angst om stil komen te staan is daarmee geheel verdwenen. Overigens kan het oplaadproces tijdens het parkeren zonder toezicht plaatshebben, bijvoorbeeld ‘s nachts.

De maximale actieradius van een supercar met techniek aan boord zoals van de concept die in Genève staat, zal rond de 2.000 kilometer liggen, uitgaande van 80-liter vliegtuigkerosine (rijomstandigheden in de stad) of brandstof met een vergelijkbare calorische waarde.

Een andere fundamentele uitdaging die speelt bij de massale adoptie van elektrische auto’s in diverse markten is de grote druk op het elektriciteitsnetwerk die zou ontstaan tijdens het opladen van grote aantallen voertuigen. In de Chinese markt bijvoorbeeld zou omvangrijke adoptie van plug-inhybrides zorgen voor een toename van de luchtvervuiling door kolencentrales. Ook veel markten in de Westerse wereld zitten gevaarlijk dicht bij de maximale capaciteit die het elektriciteitsnetwerk kan leveren. Hier is een brede inzet van plug-in EV’s om die reden niet haalbaar.

Met een gemeenschappelijke basisarchitectuur kunnen de componenten van het TREV-systeem eenvoudig worden aangepast om op verschillende brandstoffen te lopen. Dit betekent dat het TREV-systeem geschikt is voor de brandstofsoort die op een bepaalde markt beschikbaar en goed verkrijgbaar is. Daardoor vraagt de adoptie van het TREV-systeem bij leveranciers van brandstof, autofabrikanten en consumenten weinig tot geen investeringen in nieuwe netwerken. Dat laatste is wel noodzakelijk voor plug-invoertuigen of auto’s die door waterstof worden aangedreven. Het TREV-systeem is in verschillende configuraties getest met aardgas, biogas, diesel en kerosine. Een prototype op gewone benzine is op dit moment in ontwikkeling.

De inzet van volledig elektrische voertuigen is sterk afhankelijk van de beschikbaarheid van een netwerk met oplaadpunten. Met het TREV-systeem, dat  gebruik maakt van het bestaande distributienetwerk van brandstoffen, is zo’n netwerk met laadpunten overbodig.

Het TREV-systeem is een sealed-for-life aandrijflijn die vrijwel geen onderhoud vraagt tijdens de gehele levenscyclus. Het enige onderdeel dat service verlangt, is het luchtfilter in de inlaat.

De conceptcar is een voorbode van een toekomstige TREV supercar
Techrules toont de TREV-technologie op de autotentoonstelling van Genève in een tweezits, vierwielaangedreven supercar concept. De turbinegenerator zit achter de cabine en voor de achteras, waarmee het een elektrische auto met middenmotor is.

Er staan twee varianten, de AT96 en GT96. Deze ontwerpen, die beide een alternatieve configuratie van het TREV-systeem hebben, zijn twee variaties op de visie hoe een supercar met turbinegenerator eruit zou kunnen zien wanneer de technologie in productie gaat. Het zou zomaar het design van China’s eerste supercar concept kunnen zijn.

‘AT’ staat voor ‘Aviation Turbine’, en geeft aan dat de turbine is geconfigureerd om vloeibare brandstoffen zoals kerosine, diesel of benzine te verbranden. De AT96 is een circuitversie van de supercar en heeft een grote achterspoiler voor stabiliteit bij rechtuitrijden en neerwaartse druk om hoge snelheden in bochten mogelijk te maken. actieve aerodynamica, zoals een bewegende achterspoiler.

De GT96, wat staat voor Gasoline Turbine, is ontworpen om op gasachtige brandstof te lopen. Het prototype is ontworpen voor gebruik op de openbare weg.

De supercar is ook voorzien van een plug-in-mogelijkheid voor markten waar laadmogelijkheden beschikbaar zijn, of waar het mogelijk is om aan huis te laden.

Het eerste rijdende ontwikkelingsmodel van de supercar – gebaseerd op de AT96 Aviation Turbine configuratie – is gebouwd door Techrules’ gespecialiseerde vehicle engineering partners in Italië en het Verenigd Koninkrijk. De eerste tests vonden plaats in 2016 op het iconische circuit van Silverstone in het Verenigd Koninkrijk.

De verwachte actieradius van de supercar concept op uitsluitend de capaciteit van de accu’s is 150 kilometer. Een bereik van 2.000 kilometer uit 80 liter vliegtuigkerosine -of een brandstof met een vergelijkbare calorische waarde- is mogelijk met de turbine ingeschakeld.

Het gecombineerde piekvermogen van de motoren bedraagt 768 kW (1.044 pk) en het maximale koppel aan de wielen van 8.600 Nm. Met een dergelijk vermogen dat ook nog eens op spectaculaire wijze vrijkomt, is de supercar van Techrules een regelrechte concurrent voor hedendaagse hypercars: de acceleratie van 0 tot 100 km/u kost 2,5 seconden, de topsnelheid is elektronisch begrensd op 350 km/u.

Het verwachte brandstofverbruik bedraagt slecht 0,18 l/100 km. Een volledige oplaadcyclus alleen door het TREV-systeem, levert een brandstofverbruik op van ongeveer 4,8 liter per 100 km.

Het leeggewicht van het testvoertuig is op dit moment 1.380 kilo, maar het doel voor de toekomstige productieversie bedraagt minder dan 1.000 kilo.

Het hart van de conceptcar is een koolstofvezel monocoque die een extreme torsiestijfheid bezit en de passagiers optimaal beschermt. De carrosseriestructuur is van lichtgewicht koolstofvezel, net als de vleugeldeuren.

Het achterste subframe draagt de basiscomponenten van de range-extender, waaronder de microturbinegenerator en directe hulpcomponenten. Daarnaast ook de vloeistofgekoelde systemen voor de elektromotoren en accupakket en de omvormers.

Onder de koolstofvezel carrosserie vormt een in lengterichting geplaatst, T-vormig accupakket de ruggengraat van de auto – het geeft bovendien in de cabine dezelfde beleving als de middentunnel zou doen in een achterwielaangedreven auto met de motor voorin. Het accupakket is vloeistofgekoeld om de optimale temperatuur voor de accucellen te handhaven.

Het accupakket bestaat uit 2.376 individuele, cilindervormige 18650 cellen die beschikken over de veilige Lithium-Mangaan-oxide (LiMn) basis met een effectieve capaciteit van 20 kWh bij een voltage van 720 V. Dankzij het intelligente accumanagementsysteem kan het accupakket volledig worden opgeladen door de turbinegenerator in ongeveer 40 minuten.

De supercar concept wordt aangedreven door zes elektrische tractiemotoren die per stuk 13 kilo wegen en elk over een eigen omvormer beschikken.

Het belangrijkste voordeel van het gebruik van twee kleine motoren in plaats van een grote voor elk achterwiel is dat deze efficiënter zijn en eenvoudiger in de monocoque gemonteerd kunnen worden.

De zesmotorige opstelling met onafhankelijke aandrijving per wiel is een ideale configuratie om de kracht over de vier wielen te verdelen. Dit wordt geregeld door een elektronische controleunit. Krachtverdeling over alle vier de wielen zorgt voor maximale stabiliteit in bochten en maakt de toepassing van complexe en zware mechanische differentiëlen onnodig.

Met zoveel vermogen en snelheidspotentieel onder het gaspedaal is adequate remkracht noodzakelijk. Op de voorwielen zijn remschijven met een diameter van 405 mm en remklauwen met zes zuigers te vinden, aan de achterzijde remschijven van 380 mm en remklauwen met vier zuigers.

Het plan is om binnen een paar jaar een supercar voorzien van TREV-technologie in kleine aantallen te gaan bouwen en te verkopen. Juist die kleine aantallen maken het voor Techrules mogelijk de TREV-technologie verder te perfectioneren, ervaring op te doen met het gebruik ervan in de praktijk en klaar te maken voor productie in grotere aantallen.

Door de TREV-technologie te demonstreren in een supercar laat Techrules tevens zien dat het bedrijf in staat is duurzame en milieuvriendelijke technologie te laten samensmelten met buitengewone prestaties en rijeigenschappen. Zoals Techrules zich in sneltreinvaart ontwikkeld van automotive-R&D bedrijf tot autofabrikant, is een goed voorbeeld van de opmars die de Chinese auto-industrie maakt naar een wereldwijd erkend en concurrerend kwaliteits- en prestatieniveau.

Volgend op de bouw van een kleine serie supercars zal Techrules zich klaarmaken voor de volgende ambitie: de technologie gereedmaken voor toepassing in compacte auto’s (B- en C-segment). De marktintroductie daarvan volgt enkele jaren later.

Techrules – een nieuw bedrijf,  voorbode van een nieuw tijdperk voor de auto

Techrules is een in Beijing gevestigd bedrijf in automotive onderzoek en richt zich volledig op de ontwikkeling van revolutionaire aandrijflijnen voor zuinige en milieuvriendelijke voertuigen.

De oprichters geloven dat auto’s in de toekomst efficiënter, milieuvriendelijker en ook gebruiksvriendelijker zullen zijn dan auto’s die op dit moment op de markt zijn. Om dit te bereiken moet er forse vooruitgang geboekt worden op het gebied van emissies gedurende de gehele levenscyclus van het voertuig, iets waar de huidige auto’s met elektro- of verbrandingsmotor niet altijd goed scoren.

Techrules is een onderdeel van Txr-S, een onderzoeks- en ontwikkelingsbedrijf dat met diverse takken actief is in de wereld van de ontwikkeling van nieuwe materialen, de productie van biogas en de luchtvaart.

TECHNISCHE GEGEVENS TECHRULES AT96 / GT96 CONCEPT SUPERCAR

Prestaties (gegevens zijn gebaseerd op de eerste tests met het prototype van de conceptcar)

  • Vermogen: 768 kW (1.044 pk)
  • Koppel op voorwielen: 2880 Nm
  • Koppel op achterwielen: 5760 Nm
  • Totale koppel: 8640 Nm
  • Acceleratie (0-100 km/u): 2,5 seconden
  • Topsnelheid: 350 km/u
  • Brandstofverbruik: 0,18 l/100 km

Versnellingsbak
Aantal versnellingen: 1

Accupakket

  • Voltage: 720 V
  • Type batterij: Lithium-ion accu’s
  • Capaciteit: 20 kWh effectief
  • Thermisch management: Vloeistofgekoeld
  • Accu’s en thermisch managementsysteem hebben diverse vormen van beveiligings- en beschermingssystemen.

Chassis

  • Constructie: Koolstofvezel monocoque
  • Voorwielophanging: Dubbele draagarmen
  • Achterwielophanging: Dubbele draagarmen
  • Wielen / bandenmaat voor: 9.5Jx20 / 265/35 R20
  • Wielen / bandenmaat achter: 11Jx20 / 325/30/R20

Afmetingen

  • Lengte: 4648 mm
  • Breedte: 2034 mm
  • Hoogte: 1140 mm
  • Wielbasis: 2655 mm
  • Spoorbreedte voor/achter: 1740 mm / 1653 mm
  • Leeggewicht: 1380 kg

Remsysteem

  • Voor: Geventileerde remschijven, Ø 405 mm, dikte 34 mm, remklauwen met zes zuigers
  • Achter: Geventileerde remschijven, Ø 380 mm, dikte 28 mm, remklauwen met vier zuigers

Stuurinrichting
Tandheugelbesturing met elektronische stuurbekrachtiging.

Veiligheidssystemen

  • ABS
  • ‘Torque vectoring’ koppelverdeling met stabiliteitscontrole
  • Veiligheidsonderbrekingssystemen
  • Diverse ECU’s controleren alle voor de veiligheid relevante elektronische systemen