Selv om virkningsgraden i motoren til elbiler er høy, fører temperatur, endringer i turtall, inverter og batteri til at den totale virkningsgraden blir langt lavere. Her illustrert med en Tesla Model S. (Foto: Wikimedia Commons)

VIRKNINGSGRAD I ELBIL

Elbilen er langt mindre effektiv enn mange tror

Dette er virkningsgrad-synderne.

De som tror elbilen ikke fyrer litt for kråkene må tro om igjen. Ideelt sett kan den være svært effektiv, men i praktisk drift forsvinner 30 prosent eller mer av energien bort i varme. Det forteller dr. ing. Klaus Lang i det tyske selskapet HBM.

De jobber for elbilprodusenter og svært mange andre som bygger elektriske drivsystemer for å måle dem og for å utvikle bedre styringselektronikk.

Les også: Slik får du batteriet i elbilen til å vare

Mer enn motoren

En elmotor i konstant hastighet, matet med strøm fra nettet, er en særdeles effektiv måte å overføre elektrisk energi til mekanisk energi. Den er stort sett over 90 prosent effektiv, og de aller beste når langt ut i 90-prosentene.

Men i en elbil er det ikke like greit. Med få unntak er dette vekselstrømsmotorer som hastighetsreguleres via en inverter. Ikke ulikt i et skip, hvor dieselmaskinen går på konstant hastighet og elmotoren som driver propellen, reguleres av en inverter.

I en vindturbin koblet til en generator er det den omvendte problemstillingen. I alle tilfellene er det viktig å konvertere med minst mulig tap av virkningsgrad.

Les også: Nå blir det vanskeligere å få bilen gjennom EU-kontrollen

I elbilen

I en elbil er det langt flere parametere som bestemmer den totale virkningsgraden. Her varierer både lasten og temperaturen kontinuerlig. Både i motoren, inverteren og i batteriene.

På tross av fenomenale virkningsgradtall for motoren, under ideelle betingelser, er ikke tallene for totalsystemet like imponerende. Det kan ligge et sted mellom 60 og 75 prosent.

Likevel er det mulig å gjøre med alle de små og store tapsleddene. Ikke minst på programvaresiden for å styre hele systemet slik at summen bli optimal. Inverteren er en spesielt viktig komponent. En god industriell inverter kan være mer enn 95 prosent effektiv, når alle andre faktorer er ideelle.

Men i en elbil, og i mange andre systemer, er alt dynamisk og sjelden ideelt. Derfor faller virkningsgraden i praksis raskt ned til 85 prosent. Det samme kan sies om en moderne elmotor i en elbil.

Den er gjerne mer enn 92 prosent effektivt. Ideelt sett. I virkeligheten er tallet nærmere 85 prosent. Og som kjent: 85 ganger 85 delt på hundre er 72,2, men den kan være så dårlig som 60 prosent.

TU tester elmotorsykler: TU tester elmotorsykler: «Herre min hatt, så morsomt!»

Testing testing: Tyske HMB jobber sammen med mange av elbipprodusentene for å utvikle bedre styring av hele det elektriske drivsystemet. De tror det er mye å hente på kjørelengden ved å gi hver av komponentene bedre programvare samtidig som alt optimaliseres sammen.
Testing testing: Tyske HMB jobber sammen med mange av elbipprodusentene for å utvikle bedre styring av hele det elektriske drivsystemet. De tror det er mye å hente på kjørelengden ved å gi hver av komponentene bedre programvare samtidig som alt optimaliseres sammen. HMB

Sjelden ideelt

Ideelle forhold er når minst mulig, slik som turtall og belastning, ikke varierer. Det er det samme vi finner i forbrenningsmotorer, men der er forholdene mye verre. Den er optimal bare på et visst turtall, noe som utnyttes i dieselelektriske drivsystemer. Det vil helst ikke produsentene si så mye om.

– Det er ikke ofte vi ser en biltest hvor det målte forbruket er i tråd med det fabrikanten oppgir. I en bil med forbrenningsmotor tenker ikke brukerne så mye på det. De må bare fylle oftere enn det man kunne beregne ut fra fabrikktallene.

– I en elbil er det annerledes. Når forholden varierer, slik de gjerne gjør om vinteren, går det kraftig ut på kjørelengden, sier Lang.

Les også: Denne bilen skal kunne kjøre Oslo - Trondheim på 0,1 liter bensin

Kan bli bedre

Mange av elbilprodusentene i dag bruker standardkomponenter. Motoren i noen elektriske småbiler finner vi igjen i en stor gaffeltruck. Men etter hvert som produksjonen tar seg opp, og man kommer lenger ut på lærekurven, kommer mer spesialbygde drivsystemer.

Les også: Se første glimt av Teslas nye batterifabrikk

Elektroekspert: Dr. ing. Klaus Lang er salgssjef for testing og måleteknikk i tyske HBM - Hottinger Baldwin Messtechnik.
Elektroekspert: Dr. ing. Klaus Lang er salgssjef for testing og måleteknikk i tyske HBM - Hottinger Baldwin Messtechnik. Rüdiger Dunker

Bedre optimalisering

Det er ikke mange som bekymrer seg over hvor stor bensintanken er, men folk er opptatt av bensinforbruket.

I en elbil er et omvendt. Her er det batteriet folk er opptatt av. Men utfordringen med å få mer rekkevidde i elbilen handler ikke bare om å få mer batterikapasitet, men å utnytte strømmen bedre.

— Vi gjør detaljerte analyser av alle komponentene i elektriske drivsystemer i elbiler og har mange av de store bilprodusentene som kunder. Slike komplekse analyser gir oss et fundament for å utvikle ny og bedre styringsalgoritmer. Målet er å få mer ut av de enkelte komponentene i drivsystemene når forholdene varierer ,og for å få de ulike komponentene til å virke bedre sammen.

– Noen ganger kan ny programvare som styrer inverteren forbedre energiutnyttelsen med et par prosent og slikt blir det mer kjørelengde av. Det er nok inverterer som er den lavest hengende frukten i drivkjeden, men det er mye å gjøre på motoren også. Selskaper som lager innhøstingsmaskiner for landbruket har brukt millioner av dollar over mange år på å øke effektiviteten i elmotoren de benytter med et par prosent, sier Lang.

Les også: Bli med inn i denne helt unike Tesla-en

10 prosent å hente

Han mener det er mulig å forbedre elektriske drivsystemer som baserer seg på standardkomponenter med rundt 10 prosent. Er det snakk om skreddersydde systemer, som kommer til å bli mer vanlige, er ikke gevinsten like god, men selv her er det tre, fire prosent å hente ved bedre programvare.

Selv om det er mye igjen å gjøre på optimalisering er det er grenser for hvor mye virkningsgrad det er mulig å tyne ut av batterier, invertere og motorer som jobber sammen. Men det betyr ikke at det er slutt på forbedringene.

— Når bilene kan snakke sammen med C2C-standarden (Car to Car), og sende informasjon om topografi, trafikk og andre forhold kan vi ytterligere forbedre driftsbetingelsene for drivsystemene og få mer ut av batteriene, sier Lang.

Les også: Dette er de 15 største veiprosjektene i Norge