Slik virker elbilen. Slik virker elbilen. Bidrag fra Bjà rn Olav Skjervheim og Anton Vooren. for alle som er interessert i elbil

Transkript

1 Slik virker elbilen Bidrag fra Bjà rn Olav Skjervheim og Anton Vooren Slik virker elbilen

2 De fleste har hã rt om elbilens begrensinger, slik som for eksempel kort rekkevidde, svak motor, usikkerhet rundt batterienes levetid samt begrenset utvalg av bilmodeller. Noen kjenner ogsã til fordelene med elbilen, slik som gratis parkering (og ladestrã m), gratis passering av bomringer og at det er tillatt à kjã re i kollektivfeltet. Norge er et foregangsland nã r det gjelder à tilrettelegge for bruk av elbil. Det tilkommer heller ikke moms ved kjã p av ny bil og det er ingen à rsavgift pã elbiler i Norge. Intensjonen med denne artikkelen er à forsã ke à beskrive teknikken i en bil med elektrisk fremdrift (elbil) pã en lettfattelig mã te. For ikke à skape unã dig forvirring er det kun den rene elbilen med batteri som fremdriftsmiddel som omtales her. Elbilen har allerede vã rt pã det norske markedet i noen à r og er mest utbredt i byer og pã steder med bomringer. Historikk Figur 2: Thomas Edison Detroit Electric Elbilens historie er enda ganske ukjent, men interessant. Det fã rste elektriske kjã retã yet ble bygget allerede i 1837 i Skottland av Robert Davidson. Dette var riktignok et lokomotiv, men flere oppfinnere kjempet i samme tidsrom om à lage de fã rste elektriske biler. Elbilene dominerte markedet rundt 1895, men i 1903 var det like mange bensin biler som elektrisk drevne biler i Amerika, ca 8000 av hver. En elbil fra 1910 opererte med en kjã relengde pã over 80km, altsã akkurat det samme som dagens elbiler! Dette viser oss at utviklingen har vã rt langsom pã dette omrã det. Se for à vrig Figur 2. Dagens elbiler Det er i dag en à kende interesse blant nordmenn om à gjã re en innsats for miljã et. Sammen med tilretteleggelse fra statens side gjã r det at elbilen er populã r som aldri fã r. Per januar 2007 var det 1667 registrerte elbiler i Norge. De aller fleste elbiler pã det norske markedet er elektrifiserte utgaver av kjente merker som Peugeot 106 og Partner, Citroen Saxo og Berlingo, Renault Clio og VW Citystrà mer (Golf) for à nevne de mest vanlige. Think og Kewet, er eksempel pã elbiler som er konstruert som elbil fra grunnen av. Teknikken Figur 3: Skjematisk fremstilling av en typisk elbil (Peugeot 106E)

3 Innholdet i en Peugeot 106E er ganske typisk for en konvertert bil som originalt har en forbrenningsmotor og inneholder fã lgende element: 1. Pà fylling av vindusspylervã ske 2. Pà fylling av vã ske til varmeapparat 3. 12V utstyrsbatteri 4. Ladekontakt for fremdriftsbatteri 5. Fremdriftsbatteri 6. Sikringer 7. Pà fylling av bremsevã ske 8. Pà fylling for drivstoff til varmeapparat 9. Pà fylling av vã ske for servostyring 10. Drivstofftank til varmeapparat 11. Kjà levã ske til fremdriftsbatteri og motorstyring 12. Kjà levifte motor 13. Motor, reduksjonsgear og differensial 14. Relà holder / ledningsnettester 15. Kjà levifte og radiator for kjã ling av fremdriftsbatteri og motorstyring 16. Elektronisk motorstyring 17. Varmeapparat Hovedkomponentene som skiller en elbil fra en bil med forbrenningsmotor (se Figur 3) kan deles inn i fã lgende: Elektrisk motor(elmotor) Elektronisk motorstyring Omformer Batteri til fremdrift (fremdriftsbatteri) Lader Siden mange elbiler som nevnt er ombygde bensinbiler, er det benyttet tekniske lã sninger som er langt ifra ideelle for elbiler. Eksempelvis er elmotoren ofte koplet til den samme gearkassen som pã den opprinnelige konstruksjonen med det som resultat at unã dvendig mye effekt gã r tapt. Siden fremdriftsbatteriets energi-tetthet ikke er sã rlig hã y, er det vesentlig at det velges tekniske lã sninger som tar hensyn til effektivitet. Elmotoren Elmotoren fã r strã m fra fremdriftsbatteriet via motorstyringen som regulerer motorens turtall. En elbil har verken girstang eller klã tsj, og er derfor enkel à kjã re, nã rmest som en bil med automatgir (Elbilen kan derimot ikke settes i fri). Nà r bilen stã r i ro ved kã kjã ring og lignende stã r motoren stille og bruker dermed ingen energi. Bilens 12 Volts batteri (utstyrsbatteri) fã r tilfã rt ladestrã m fra fremdriftsbatteriet via en spenningsomformer. Fremdriftsbatteriet lades i vanlig

4 stikkontakt ved hjelp av en innebygget lader. I tillegg finnes kretser som styrer og overvã ker viktige funksjoner slik som temperaturen pã batteriene, elmotor, motorstyring, ladestatus pã fremdriftsbatteri samt gir beskjed om service intervall. En elbil har ofte et varmeapparat som gã r pã bensin, diesel, lampeolje eller lignende siden det ellers vil redusere kjã redistansen. Mange elbilen mã ha en elektrisk drevet vakuumpumpe for à produsere vakuum til bremsekraftforsterkeren, og dersom servostyring er montert drives denne ogsã med en elmotor. Elbilens batterier og motorstyring er noen ganger tilkoplet et eget kjã lesystem, mens enkelte kun benytter luftkjã ling. En elmotor kan inndeles i to hovedtyper, likestrã msmotor (DC) og vekselstrã msmotor(ac): Likestrà msmotoren kommer i flere forskjellige utfã relser. De mest brukte likestrã msmotorene i elbiler i dag er av typen Sepex. Navnet henspeiler pã motorens oppbygging mht magnetisering av dens feltvikling (separately excited). Likestrà msmotoren trenger i motsetning til vekselstrã msmotoren en del service, slik som kontroll av og utskifting av bã rster. Mindre kjã retã y, slik som scootere, trehjulinger, mopedbiler og lignende bruker ofte bã rselã se likestrã msmotorer eller Permanentmagnetmotorer(DC). Elektriske Trucker har i alle à r brukt en utgave av likestrã msmotoren som benevnes Seriemotor. Denne utgaven kjennetegnes med ekstremt hã yt dreiemoment og er svã rt populã r blant selvbyggere av elbiler (konvertering av vanlige biler til elbiler). I fremtidens elbiler vil vi trolig se at det ogsã vil bli benyttet likestrã msmotorer, men da i mer sofistikerte utgaver. Vekselstrà msmotoren tã ler i motsetning til likestrã msmotoren mye hã yere turtall og foretrekkes av mange elbilkonstruktã rer. Den har lang levetid pã grunn av sin enkle og robuste konstruksjon. Think bruker en vekselstrã msmotor av typen tre-fase asynkron induksjonsmotor. Bà de likestrã msmotorer og vekselstrã msmotorer kan regenerere strã m tilbake til batteriene, og de aller fleste elbilene er levert med denne finessen. Dette sparer bremsene og gjã r at kjã relengden for hver lading à ker noe. Elmotorenes fortrinn fremfor en forbrenningsmotor er: - Svà rt fã bevegelige deler. - Meget hã y virkningsgrad - Ingen forurensing - Helt eller delvis vedlikeholdsfrie - Konvensjonell girkasse unã dvendig Elmotorens effekt oppgis i kilowatt (kw) der 1 kw er 1,34 HK og 1 HK er lik 0,746 kw. Elektronisk motorstyring En elektronisk motorstyring blir benevnt med forskjellige navn, men for enkelhets skyld blir ordet motorstyring brukt i artikkelen. Det er stor forskjell pã virkemã ten til elektronikken som styrer turtallet og dermed effekten til elmotoren. Kompleksiteten i motorstyringen er avhengig av hvilken type motor den er konstruert for à styre, og den mã alltid vã re spesielt tilpasset motoren. Utviklingen innen elektroniske komponenter har resultert i meget effektive motorstyringer og dermed kommer mesteparten av energien som er lagret i fremdriftsbatteriene uavkortet frem til elmotoren. Motorstyringen vil begrense hastigheten pã elbilen dersom batteriene er i ferd med à gã tomme eller har oppnã dd for hã y temperatur. Motorstyringen styrer ogsã bilens akselerasjon, regenerering og kjã reretning. Omformer En elbil bruker ikke dynamo for à lade utstyrsbatteriet (12V). Isteden benyttes en omformer som lader utstyrsbatteriet fra fremdriftsbatteriet. Fremdriftsbatteri Som nevnt tidligere i artikkelen har elbilen to batterisystemer; fremdriftsbatteri og utstyrsbatteri. Fremdriftsbatteriet forsyner elmotoren med strã m mens utstyrsbatteriet tilsvarer batteriet i en bil med forbrenningsmotor (12Volt). Fremdriftsbatteriets driftsspenning ligger ofte mellom 70 og 170 Volt. Det finnes imidlertid elbiler med driftsspenning pã 300 Volt siden hã y spenningen er à foretrekke da effektap i kabler og elektriske komponenter blir lavere. De mest brukte batterityper er Nikkel Cadmium(NiCd), Bly og Nikkel Metall Hydrid (NiMH). Elbilens svakhet i form av kort kjã relengde kan i all hovedsak tilbakefã res til manglende interesse i à utvikle bedre batterier. Dette ser imidlertid ut til à snu nã etter at klimaproblemene er aktualisert. Lithium Ion (Li-Ion) og Lithium Polymer (LiPo) batterier blir stadig videreutviklet og forbedret av mange firmaer rundt om i verden og noen elbilen kan allerede i dag leveres med denne type batteriteknologi. Kjà relengder pã 250 til 400km er ikke uvanlig med Lithium batterier. Mange elbiler bruker NiCd batterier og norske og utenlandske elbileiere har med tiden opparbeidet seg en formidabel kompetanse pã bruk og stell av disse. Dersom en setter fremdriftsbatteriet i hã ysetet og behandler det riktig, kan en oppnã levetider opp mot km. Pà forumet til elbil.no og thinkers.no er de norske elbil-entusiastene alltid villige til à dele av sine kunnskaper om dette og andre tema rundt elbiler. Lader For à lade opp elbilen etter kjã returen mã en ha tilgang til en normal stikkontakt med en 10-16A kurs. Ladetiden og

5 lademã nster varierer mellom de forskjellige bilmerkene alt etter hvilken type batteri som sitter i elbilen. En elbil utnytter energien ca tre ganger mer effektivt enn en bensin eller diesel bil. I nã r fremtid vil verden mest sannsynlig oppleve elbiler som er enda mer energi effektive. Disse bilene vil ha to eller fire motorer montert i hjulene og vil oppleves betydelig sprekere enn dagens elbiler. Samtidig vil kjã relengden ligge pã 400km og oppover. Tilgjengeligheten pã nye elbiler er sterkt begrenset i dag, men det er til stadighet mulig à fã tak i brukte. Nyproduserte elbiler som kan leveres pã det norske markedet er norskproduserte Kewet Buddy. To andre typer i samme kategori er Reva og Maranello. Think sin nye elbil vil bli lansert pã det norske markedet hã sten Se en kortfattet oversikt over elbiler pã det norske markeder her Diskuter artikkelen i elbilforumet her Aktuelle elbillinker: EVguide.nu: Nordisk vã gvisare fã r ELbilsintresserade EV.starttips.com Green car club: glossary pdf