skrivet av Martin Borgqvist (SP)
Energirelaterad fordonsforskning Sammanfattning av session 3, El- och elhybridfordonsteknik
SHC (Svenskt Hybridfordonscentrum) höll i sessionen som handlade om hybridfordonsteknik, och presentationerna som hölls handlade om allt ifrån batteritester till eldrivna flygfarkoster. Här kommer en sammanfattning av sessionen.
Matilda Klett, PhD från KTH presenterade resultat från provning av battericeller med hjälp av referenselektroder. Försöken visar att vid cykling av en cell så förändras elektropotentialen (SOC-skifte) på grund av att cyklingsbart litium konsumeras i sidoreaktioner. Elektrodpotentialen är viktig att veta för att bestämma cellens säkra användningsområde. Länk till presentationen.
Verena Klass, PhD som nu arbetar på Scania berättade om resultat från sin avhandling som handlar om state of health (SOH) estimering av fordonsbatterier baserat på batteridata som samlas in ombord på fordon. I sitt projekt har Verena utvecklat en datadriven modell som är kopplad till batteriprestanda prov i testlab. Modellen är validerad i lab och med fältdata och ger en god estimering av SOH med acceptabla krav på datakraft. Länk till presentation.
OMEV har även tidigare bevakat Verenas disputation (länk till nyhetsbrev 2015-10-15).
Rickard Arvidsson från Volvo Cars presenterade arbetet med V-CLOUD som är en smart energireglering för en laddhybrid baserat på information om resan som fordonet skall företa. Systemet kan t ex använda navigationsdata från fordonet navi, men väldigt många förare anger inte destination när rutten som skall köras är känd av föraren. V-CLOUD kan hantera en sådan situation där destinationen inte är känd av bilen (men av föraren). V-CLOUD bygger på att klustra destionationer, träna systemet i ruttprediktion, lagra väsentlig data, optimera urladdningen samt ta fram algoritmer. Resultatet är att eldrift framförallt används längs delar av rutten där eldriften är särskilt önskvärd, t ex i stadsmiljö. Länk till presentationen.
Projektet ”Dynamic modeling of cooling for electrical drives (DYMEDEC)” som är ett samarbete mellan AB Volvo och Lunds Universitet, presenterades av PhD fellow Zhe Huang. Projektet går ut på att ta fram en dynamisk termisk modell samt en dynamisk livslängdsmodell för ett elektriskt drivsystem (elmotor). Simuleringsmodellen använder körcykeldata, fordonsspecifikation och information om drivlinan för att beräkna en temperaturdistribution i elmotorn medan fordonet kör. Baserat på detta kan en förväntad livstid hos elmotorn uppskattas. Modellen gör det möjligt att designa en elmotor med tillräcklig livslängd baserat på körfall. Modellen kombinerar Simulink med FEM-beräkningar. Projektet har även tagit fram en testmetod för accelererad livslängdsprovning av en elmotor. Länk till presentationen.
Christer Lundh från e-Power Nordic berättade om ombordladdare för snabbladdning som de utvecklat. e-Power Nordic bildades 2011 av Kongsberg Automotive och QRTECH och utvecklar kraftelektronik. e-Power Nordic har utvecklat två koncept för ombordladdare för eldrivna fordon; ett skalbart som bygger på flera kraftkort i samma laddare, samt ett modulärt koncept som innebär att ett kraftkort används men där submodulerna är utbytbara. Båda koncepten möjliggör laddare med effekten 3.7, 7.4, 11 och 22 kW. Det modulära konceptet innebär att en väldigt kompakt laddare kan tas fram, men det skalbara konceptet ger kortare tid till marknaden. Länk till presentationen.
Mauritz Andersson, Uppsala Universitet var sist ut på sessionen och gav en presentation om en förstudie om elektriska drivlinor för flygfarkoster. Förstudien gör en översikt av tekniska möjligheter och state of the art, samt gör en design och validering av en demonstrator av en eldrivlina. Visionen för projektet är ett on-demand mobility baserat på eldrivna flygfarkoster som möjliggör en resa på 400 km på 1 h och använder 10 kWh/person. Det som skall göra detta möjligt är eldrivsystem med hög effekttäthet, moderna aerodynamik-koncept, energilagringstekniken, lättviktskonstruktion, resilienta kontrollsystem samt utvecklingen inom sensorer och autonoma system. Hybridisering av flygfarkoster innebär att bromsenergi kan återvinnas vid landning och vid cruise skulle en seriehybrid kunna användas eftersom motorn då körs på ett ganska konstant varvtal. Men även helt elektriska flygfarkoster är tänkbara. Ett exempel som togs upp var ett litet eldrivet glidflygplan där batterierna utgör 20 % av totalmassan och batterierna har en energitäthet på 250 Wh/kg. En sådan farkost skulle kunna få en räckvidd på 900 km (!). Detta bygger på att flygfarkosten först flyger upp till en viss höjd och därifrån glider fram till destinationen samtidigt som höjden sjunker. Små eldrivna flyfarkoster som bullrar mindre och inte har några lokala utsläpp skulle teoretiskt kunna starta och landa från mindre sportflygfält till en låg kostnad, vilket skulle kunna möjliggöra flygtaxi-lösningar. Länk till presentationen.
Sammanfattning av session 7, Vätgas/Bränsleceller
Värd för sessionen var Mats-Ola Larsson, Miljöinfo AB.
Först ut att berätta om vätgas och bränsleceller var Maria Grahn, PhD och forskare från Chalmers. Maria berättade om hur vätgas kan tillverkas och från vilka råvaror. Vätgas har en väldigt bred råvarubas sol, vind, biomassa, fossila bränslen), dvs den kan tillverkas av en mängd olika råvaror, och det finns ingen uppenbar konkurrens med produktion av livsmedel. Utmaningar med vätgas är att bland annat att få till en storskalig CO2-neutral produktion, distributionen är kostsam, lagring samt bränsleceller är fortfarande dyra. I dagsläget tillverkar man i princip vätgas genom ångreformering av metan eller elektrolys (el används för att dela vatten i vätgas och syrgas), men i framtiden hoppas man kunna tillverka vätgasen med soldrivna processer som t ex solar thermochemical hydrogen (STCH) som innebär att vatten delas till vätgas vid hög temperatur, photoelectrochemical (PEC) som innebär att vatten delas till vätgas med hjälp av halvledarmaterial och solljus, eller med hjälp av mikroorganismer. Produktionskostnaden för vätgas med elektrolys beror mycket på drifttiden för elektrolysören, men också av elpriset. Prognosen är att vätgasproduktionen kommer att bli både billigare och effektivare i framtiden. Förutom att användas i bränsleceller är det tänkbart att använda vätgas för att lagra el från överskott av sol eller vindenergi eller för att tillverka sk elektrobränslen. Elektrobränslen innebär att vätgasen reagera med CO2 för att få t ex metan eller bensin (eller något annat drivmedel som innehåller kol), vilket senare kan användas i förbränningsmotorer.
Möjligheten att använda vätgas för energilagring i ett kraftnätsperspektiv, power to gas, är något som diskuteras mycket just nu. Det innebär kort att el från t ex vind eller sol används för att göra vätgas (genom elektrolys) eller något elektrobränsle för senare användning. Detta för oss in på nästa presentation som hölls av Lennart Söder, professor på KTH, och som handlade om just detta. Lennart utgick från en rapport om power to gas som ÅF tagit fram (Power to gas, Internationell utblick och potential i Sverige) och som beskriver hur metan kan tillverkas av el, vatten och koldioxid, när han resonerade om potentialen för detta koncept. Lennart Söder har räknat på produktionskostnaden för metangas från el baserat på ÅFs rapport, samt vätgas från el och kommer fram till att det behövs negativa elpriser för att en vettig produktionskostnad. I fallet metangas behövs -20 öre/kWh under 3000 drifttimmar per år för att kunna sälja den producerade metangasen för 11.60 kr/Nm3 (vilket jag antar är normalt pris för metangas). För fallet vätgas ger elpris på -20 till -60 öre/kWh en produktionskostnad på ca 0.8 – 1.6 kr/kWh. Lennart Söder berättade också att det inte finns så mycket överskottsel i Sverige just nu. Typiskt så handlar det i Sverige om drygt 800 h per år som vi har elöverskott, effekten vid överskott ligger mellan 0 och drygt 9 500 MW. Drygt 800 h är helt enkelt en för kort drifttid för en dyr produktionsanläggning som tillverkar gas. Sverige skulle kunna klara 100 % förnybar energi med ca 40 % vindkraft + solkraft, resten kraftvärme, vattenkraft, industriellt mottryck och import. Detta beskrivs närmare rapporten ”På väg mot en elförsörjning baserad på enbart förnybar el i Sverige”. Budskapet var att Power to gas är mindre intressant i Sverige, men i Tyskland är förutsättningarna för Power to gas annorlunda, pga att Tyskland siktar mot en högre andel solkraft och vindkraft.
Björn Eriksson, KTH presenterade ett projekt som studerar nya komponenter och koncept för polymera bränsleceller till fordon. Projektet är ett samarbete med Lunds Universitet och går ut på att leta efter och testa nya material, t ex ett nytt membran med högre flexibilitet och konduktivitet.
Jan Erik Svensson, Chalmers berättade om ett forskningsprojekt som tittar på en APU (auxillary power unit) för tunga fordon. En APU kan strömförsörja en lastbil då den står still, vilket behövs eftersom förare kan behöva sova i lastbilen, se på TV, ha ett kylskåp mm (sk hotell-laster). En APU reducerar i ett sådant fall tomgångskörningen (som normalt används för att driva hotell-lasterna). Projektet har studerat kromförångning i ferritiskt stål i SOFC (solid oxide fuel cell), och Chalmers har utvecklat en metod för att mäta detta. Ett resultat från projektet är att koboltbeläggning kan reducera kromförångningen väsentligt.
Egna kommentarer
Att det skulle vara möjligt med eldrivna flygfarkoster baserat på dagens teknik var en nyhet för mig, och det är ett intressant koncept med en liten eldriven flygtaxi. Tydligen så finns det ekonomisk potential om man kan använda mindre flygplatser för sportflyget även för flygtaxi.
Det var intressant att höra mer om vätgas som energilagringsmetod. Jag har tidigare tänkt att just vätgas som ett säsongslager för solel och vindel skulle kunna vara intressant i Sverige eftersom vi inte har så mycket sol på vintern. Dock verkar det som att produktionskostnaderna nog blir för höga och dessutom är det inte så många timmar som det finns ett elöverskott att lagra, i alla fall i dagsläget. Jag har inte läst KTH-rapporten om en elförsörjning baserad på förnybart, men funderar på siffran 40 % vindkraft + solkraft. Varför skulle det inte bli mer solkraft i Sverige än så på lång sikt? Vi har redan ca 8 % vindkraft. Man kan väl tänka sig att väldigt många skaffar egna solceller allt eftersom det blir billigare, även i Sverige. Priserna sjunker mycket och jag tror det är en tidsfråga innan det slår igenom på bred front, då blir det nog aktuellt med energilagring fast kanske i första hand i form av batterier.
