• Elmagister Nikola Tesla (1856 - 1943) vars arbeten med växelström legat till grund för kommersiell användning av elektricitet idag

2019-11-01

DET ÄR DAGS NU!

För två år sedan skrev jag en krönika om att det snart var dags att lära sig tekniken hos elbilarna. Det är bara att konstatera att tiden är mogen, nu måste vi tänka om. Vi ska inte glömma men vi behöver inte fokusera på insprutningssystem och kamaxelstyrning längre. Elektriskt styrda ventiler kommer aldrig att införas på bilmotorer och utsläppen av koldioxid kommer inte att få den uppmärksamhet de har idag. Ja, jag vet att jag överdriver en smula men faktum är att elbilarnas intåg i vardagen har aldrig känts tydligare än nu. De svenska stambanorna för järnvägen började elektrifieras för 100 år sedan och nu har tiden kommit till bilarna. Tekniken finns för att få bilarna att rulla minst 400 km och kunna laddas på anständig tid, återstår bara priset. Som allt som har med elektronik att göra så tenderar priset dock att sjunka när volymerna ökar. Jag minns själv när en räknedosa kostade en månadslön medan man idag får den som reklam när man besöker frisören. Tesla var pionjären men vänta bara när de stora drakarna får fart på sina elbilar, då kommer de att ta en anmärkningsvärd del av marknaden och då är det vi som måste ställa om oss. Vi måste lära oss tekniken för att kunna granska vad marknaden erbjuder, annars tappar vi trovärdighet som konsumentupplysare.

Vad är det då som är så märkvärdigt med elbilar? Redan farmor Anka åkte Detroit Electric så vad är allt ståhejet om? I grunden är inte en elbil så skild från en bil som drivs med förbränningsmotor, en motor driver hjulen och motorn får sin kraft från en energireservoar. Elmotorer har ASEA byggt sedan urminnes tider och Tudor har försett oss med batterier men dessa räcker inte. För att elbilarna ska kunna konkurrera krävs starka och lätta motorer och batterier med helt andra egenskaper. Nyckeln till framgången var batterier av typen litiumjon. Dessa utvecklades för 40 år sedan och är överlägsna när det gäller energitäthet, självurladdning och avsaknande av minneseffekt. De kan användas i allt från mobiltelefoner till bilbatterier och enda kruxet är att de naturligtvis måste laddas för att ersätta energin man tagit ut från dem. Detta är lättare sagt än gjort och det är nu vi måste veta vad vi talar om. Litiumjoner rör sig från den negativa elektroden i batterierna till den positiva under urladdningen men hur ska vi få dem tillbaka igen? Vi tillför ström men detta kan ske på många sätt. Till skillnad från din iPhone, som helst vill ha laddning från sin egen laddare, kan du i bilen använda olika former av laddare och det är nu det börjar bli svårt.

Man talar om två sorters spänning, likspänning och växelspänning som i sin tur ger upphov till likström eller växelström. Likspänningen har fasta poler för plus och minus medan den på växelspänningen växlar, därav namnet. Batterier har alltid fasta poler från vilka man kan få likström medan nätet hemma idag alltid består av växelström. Växelströmmen måste således omvandlas till likström för att ladda batteriet men sedan ändras igen till växelström då de flesta elmotorer är synkronmotorer som arbetar med växelström. Låter det komplicerat? Ja, det är en smula komplicerat och det gör det nödvändigt för oss att skilja på likriktare och växelriktare då bägge används i elbilar. Man kan ha likriktaren monterad i bilen och i så fall köra på med växelström från nätet hemma. Eller också har man en laddbox som sköter om saken och laddar bilen med likström. Likriktare är ganska skrymmande och kostar pengar så därför har Renault löst det så i ZOE att man låter elmotorn själv stå för likriktningen innan strömmen går in i batteriet. Vid motorbromsning så laddar elmotorn batteriet men först går strömmen genom en i motorn inbyggd likriktare (som i en vanlig växelströmsgenerator). Det är denna likriktare man använder för att likrikta växelström som kommer även från nätet. Ska man snabbladda batteriet då är det likström som gäller med enorm strömstyrka. Då räcker det inte med hemmets säkringar på 16 A för här handlar det om flera hundra ampere och sådan kapacitet har inte våra elnät ännu.

Den som varit på någon längre presskörning av elbilar har säkert haft anledning att ställa sig frågan hur bilarna laddas under natten. En bil kanske kan laddas i hotellets garage och möjligen två men när det finns ett 20-tal att ladda hur gör man då? Ja, antingen förlägger man körningen till Forsmark eller också ställer man dit en dieselgenerator helt enkelt. Problemet är löst men miljöpropagandan vid presskonferens kanske fastnar lite i halsen. På samma sätt för MacDonald’s i Sverige som gör reklam för att man kan snabbladda elbilen medan man äter sin hamburgare. Var kommer strömmen ifrån? Jo, från dieseldrivna elverk förstås. Förnyelsebar diesel säger visserligen företaget men även en dieselmotor driven av frityrolja väsnas och luktar illa. Förstår ni vart jag vill komma? Det är inte bara bilen vi ska granska utan hela energikedjan som leder dit också.

Vidare måste vi hålla ordning på terminologin. Vi måste lära oss skillnaden och sambandet mellan spänning, strömstyrka och effekt. Vi måste veta att mängden ström mäts i A medan kW är en effekt (arbete per tidsenhet). Man kan alltså inte skriva att strömstyrkan är 270 kW. kWh är slutligen ett mått på energimängd (batteriets storlek). Den gamla regeln om att spänning gånger strömstyrka ger effekten, är mer aktuell än någonsin. Ni kommer säkert ihåg den från fysiklektionerna:

P = U x I

Effekt mäts i Watt och betecknas med P

Spänning anges i volt och betecknas med U

Strömstyrka mäts i ampere och betecknas med I

Detta är anledningen till att tågen använder spänningar på 15 - 25 000  Volt. På så vis nedbringar man strömstyrkan men det är inte tillämpbart i bilar där 400 - 800 Volt är max.

Använder vi en säkring på 16 A i ett elsystem som har 230 V kan vi ta ut en effekt av 130 x 16 = 3 680 W och med detta kan vi ladda en elbil om vi bara har tid på oss. Låt oss säga att batteriet har en kapacitet på 52 kWh (ZOE) så tar det omkring 15 timmar vid helt urladdat batteri. I en av Teslas laddstolpar med 250 kW kan ett halvladdat batteri fyllas under en god lunch däremot. Vi måste börja lära oss att räkna på detta sätt för att komma ifrån nojan över att strömmen tar slut mitt på Essingeleden. Eller också ska vi förorda Mazdas nya elbil med en wankelmotor som range extender men då är vi inne på ett helt annat spår.

Sedan har vi det där med hybrider, laddhybrider och lätthybrider. Toyota menar att hybrider ska ladda sig själva, det vill säga energin ska tas tillvara från bromsning eller överföras från förbränningsmotorn. Lätthybrider fungerar på samma sätt men har en mindre elmotor och ett mindre batteri. Laddhybriden kan dessutom ta sin ström från yttre strömkälla och blir därigenom mer flexibel. Kör man kortare sträckor kan man ladda hemma och då behöver förbränningsmotorn aldrig utnyttjas. Så användes bilen av en kollega till oss ända tills det på instrumentbrädan dök upp en varning: OBSERVERA ATT BENSINEN I TANKEN ÄR FÖR GAMMAL.

Ägna några kvällar åt dessa frågor och du ser genast att fel förekommer i såväl tidningstexter som pressreleaser. Det kommer det fortfarande att göra men se till att dessa grodor helst inte kommer från din egen penna. Jag skulle kunna komma med en liten hemuppgift också. Vad är det för skillnad mellan en synkronmotor och en likströmsmotor och hur regleras gaspådraget i de bägge? (Svar i nästa krönika.)

Bengt Dieden

Vår hemsida använder sig av cookies. Genom att fortsätta surfa på sidan godkänner du att vi använder cookies. Klicka här för mer information.

Jag förstår