Batteridrevne elbiler forklaret
Batteridrevne elbiler er kommet for at blive, det er fremtidens transportmiddel.
Men hvad er egentlig en batteridrevet elbil? Hvordan virker elbiler? Hvad er fordelene og ulemperne?
Hvad er batteridrevne elbiler og hvordan virker de?
Batteridrevne elbiler er biler vi i Danmark bare kalder elbiler. Deres rigtige navn er Battery Electric Vehicles, ofte blot forkortet BEV. Batteridrevne elbiler kører vha af elektricitet som de får fra et genopladeligt batteri ombord. Når batteriet er tømt for elektricitet lades bilen op via tilslutning til elnettet eller ved en ladestation.
Udefra ligner mange elbiler faktisk ganske almindelige biler, særligt dem i lavpris eller mellemklassen. Foruden alt der gemmer sig under hjelmen på bilen, er der nemlig også en anden særlig karakteristik ved batteridrevne elbiler; de siger næsten intet – altså næsten lydløse.
Ved et kig ind/ned i hjertet af batteridrevne elbiler, er der 3 nøgleelementer der kendetegner dem:
- Genopladeligt batteri
- Controller
- Elektrisk motor
I det følgende skal vi dykke lidt ned i de forskellige elementer, så du får et bedre overblik over hvordan elbiler egentlig fungerer.
Controlleren – elbilens hjerte og hovedpulsåre
Controlleren står kort sagt for, hvor meget elektricitet der skal overføres fra batteriet til elmotoren når bilen accelereres.
Speederen i en elbil er forbundet et et par potentiometre (komponent til måling af spænding), som fortæller hvor meget elektricitet der er brug for til at accelerere. Potentiometrene måler meget præcist, hvor dybt speederen trædes ned, og sender derefter et signal til controlleren som så tager elektriciteten fra batteriet og sender den videre til elmotoren.
Mens forklaringen her giver fin mening, giver den samtidig også anledning til et uddybende spørgsmål; hvordan kan controlleren styre mængden af elektricitet der skal hentes fra batteriet?
Du kan se controlleren som en slags kontakt der tændes og slukkes når speederen trædes ned. Hvis vi ser bort fra potentiometrene, ville controlleren blot lade elektriciteten flyde fra batterierne ud til elmotoren, som ville køre på fuld knald indtil foden igen slap speederen. Dette scenarie ville give en besværlig og irriterende køreoplevelse, som ville kræve at du konstant skulle træde på speederen for at holde en given fart.
Controlleren gør faktisk trædearbejdet for dig i dette tilfælde. Hvis f.eks. du træder speederen halvt i bund, læser controlleren speederens position vha. potentiometrene og tænder og slukker elmotoren i lynfart, så den er tændt og slukket 50/50.
Lad os nu sige at du træder speederen 25% ned, så vil controlleren nu sørge for at elmotoren er tændt 25% af tiden og slukket i 75% af tiden.
Alt dette sker via impulser, som controlleren bruger til at aflæse potentiometrene med. En controller pulserer ca. 15-20.000 gange i sekundet. Ved at pulsere så mange tusind gange i sekundet, holdes denne lydløs for menneskers ører, hvilket giver den lydløse effekt hos elbiler.
Genopladelige batterier – elbilens blod
Genopladelige batterier er kilden til evig energi i en batteridrevet elbil – det giver lidt sig selv. Batteriet eller batterierne, alt efter model, er på mange måder det mest kritiske og samtidig det svageste punkt i elbiler.
Genopladelige batterier har indtil for blot et par år tilbage været dyre i produktion, og derved også været genstand for de markant højere priser på elbiler og hybridbiler.
I traditionelle biler er batteriet det komponent der starter biler, giver strøm til GPS, klimaanlæg mv., hvor i en elbil giver batteriet strøm til alle komponenter og funktioner. Nogle bilmodeller gør dog brug af et ekstra genopladeligt batteri, som udelukkende er dedikeret til at give strøm til bilens tilbehør og ekstraudstyr.
Der findes flere batterityper som fabrikanter anvender i produktionen, de mest anvendte er dog, Nikkel-Metalhydrid og Lithium-Ion (Li-Ion).
Nikkel-Metalhydrid (NiMH) batterier har en totalrækkevidde på ca. 200 km per opladning, hvilket indtil for kort tid siden gjorde det til et populært batteri i elbiler og hybrider. NiMH batterier blev taget i brug gennem 1980’erne, de har en høj energitæthed, altså kan de lagre meget energi på lidt plads. NiMH-batterier indeholder desuden ganske få skadelige metaller og stoffer, hvilket gør dem lette og miljørigtige at skille sig af med.
Ulempen ved NiMH-batterier er dog deres følsomhed overfor høje temperaturer, overopladning samt intense opladnings -og afladningscyklusser, herunder hurtigladere. Hvis et NiMH-batteri udsættes for ovenstående ofte, er der ikke blot risiko for hurtig afladning, men samtidig risiko for eksplosion. og ødelæggelse af batteriet. Derfor, for at afværge denne situation, skal et afkølingssystem installeres i bilen sammen med NiMH-batteriet. Et kølingssystem kræver ekstra plads – plads der kunne have været brugt til større batteri eller flere batterier.
Lithium-Ion (Li-Ion)-batterier er til dato det bedste bud på et genopladeligt batteri anvendt i bilindustrien. Lithium-ionbatterier har en endnu højere energitæthed, som kan lagre op mod 40% mere end et NiMH-batteri og nå en totalrækkevidde på ca. 350 km per opladning. Lithium-ionbatterier blev taget i brug i 1990’erne og voksede sig hurtigt ind i vores hverdag, hvor de i dag er energikilder til langt det meste batteridrevne forbrugerelektronik som smartphones, tablets og andre genopladelige apparater.
En klar fordel ved Lithium-ionbatterier er, at de har en meget lav selvafladningskvocient, altså kan de holde utroligt længe på energien når de ikke er i brug. En anden klar fordel ved Lithium-ionbatterier er, at de har en utrolig lav vægt, hvilket betyder lettere biler som skal bruge mindre energi på at flytte sig.
I dag anvendes Lithium-ion batterier i langt de fleste elektriske bilmodeller, da prisen på fremstilling af denne batteritype er faldet kraftigt og samtidig er denne batteritype langt den bedste og mest effektive i forhold til at levere strøm til en elbil.
Det amerikanske managementfirma, McKinsey & Company, udgav i 2017 en rapport der viste, at fremstillingsprisen på Lithium-ion batterier var mere end halveret fra 2010 til 2016.
Elektrisk motor – elbilens muskel
Elmotoren er det komponent der får hjulene til at dreje. Du kan tænke på elmotoren som du tænker på et hvilket som helst andet elektrisk apparat; den tænder når du trykker på en kontakt.
I de fleste nutidige elbiler tjener elmotoren følgende to formål:
- At producere mekanisk energi til at dreje hjulakslen.
- At virke som en generator der producerer elektricitet.
Det første er temmelig indlysende når vi taler om en bil. Du kan forestille dig en boremaskine med et hjul for enden af boret, når du trykker på knappen drejer hjulet på boret.
Det andet, altså at elmotoren virker som en generator, kan virke lidt mere indviklet, men er i virkeligheden ret enkelt. Ved hjælp af det vi kalder et regenerativt bremsesystem, er det nemlig muligt at udnytte elmotoren til at generere elektricitet fra den mekaniske energi fra hjulene, altså den omvendte process af hvad der drejer hjulene. Når du træder på bremsen, sættes elmotoren til at arbejde reversibelt (omvendt), og virker som en generator der opsamler og konverterer energien fra hjulene til elektricitet, som så sendes ned i det genopladelige batteri.
Fordele og ulemper ved at køre ren batteridrevet elbil
For en Bio-religiøs bilist er der sandsynligvis ikke mange ulemper ved at vælge batteridrevne elbiler som transportmiddel, men forståeligt nok opstår der ofte tvivl hos “almindelige” bilister i forhold til, om rene elbiler kan matche deres nuværende traditionelle transportform og kørselsmønster.
Ulemper ved batteridrevne elbiler
Det er sandt, at indtil for blot et par år tilbage kunne rene batteridrevne elbiler ikke klare mosten med kørsel over lange strækninger i den kolde danske vinterkulde, og selvom batterier og teknologi konstant udvikles, så er denne problemstilling stadig tilstede, særligt for folk der kører lange strækninger og har meget last i bilen. Mange nyere modeller har dog installeret et ekstra genopladeligt batteri ombord, der udelukkende sikrer at der tilføres strøm til ekstraudstyr som klimaanlæg mv.
En anden ulempe kan være, hvis du har valgt en elbil med Nickel-Metalhydrid-batteri (NiMH), som du sjatlader og hurtiglader ofte. Denne batteritype er mere følsom og kræver – for at holde i lang tid – at du har et sundt lademønster, eks. husker at lade bilen udelukkende når den har brug for det, og samtidig ikke overlader den. Derfor kræver det, at du enten lader hjemme eller bor i rimelig afstand fra en offentlig ladestation.
Fordele ved batteridrevne elbiler
Foruden din status som helgen og de andre miljømæssige fordele der følger med at være elbil-ejer, er økonomien det største incitament til at køre batteridrevet elbil.
Driftsomkostningerne til en elbil er væsentligt mindre end i tilsvarende biler af samme størrelse, næsten lige meget hvilket fabrikat og model vi taler om.