lördag 6 juni 2009

Del 2 - Elbil till verkligheten

När man säger elbil tänker de flesta på bilar som har ett batteri i bagagen som behöver laddas efter varje tur. Detta är inte den enda typ av elbil. Om man tittar till nöjesfällt så kan man se den klassiska "radiobilarna" som ett elbils system. Även "morfars-bilarna" är elbilar.
"Morfars-bilarna" tar elkraft från två skenor i rälsen. Däremot radiobilarna tar uppenbart energi från nätet i taket. Men vad få tänker på är att även golvet ger energi. För radiobilarna är spänningen i taket och jorden är golvet.

Detta system skulle kunna jämföras med i samhället där en spårvagn fungerar på samma sätt som radiobilarna medan morfars-bilarna kan jämföras med 3-spårs tåg så som Alstoms spårvagn
http://i122.photobucket.com/albums/o263/Daneelo/Occasional%20Train%20Blogging/LocalRail/Tram_Bordeaux.jpg
Siemens har ett konkurrerande system med trådlös överföring via induktans, detta påminner laddningen på en elektrisk tandborste. Sedan finns de de systemet som trådbussar använder.

Nu går det inte att använda något av systemen direkt för en bil. Alla system har begräsningar som gör dem olämpliga för bilar.
Trådbussystem:
Trådarna måste vara högt upp, blir för högt för en personbil, de aerodynamiska nackdelarna blir större än vinningen.
3e-räl:
En bil är för dåligt jordad (inte alls) för att kunna hantera ett sådant system.
Tandborstladdning:
Kapaciteten är för dålig och förlusterna för stora. Problem med virvelströmar för de oanvändbart för vägar där icke anpassade fordon kör.
Spårvagns modellen:
Samma som trådbus och 3e-räl.

Det finns även system för att lagra elektrisk energi som kemisk energi. Exempelvis som jonlagring, vätgas och kolväten. Dessa tre system har alla nackdelen av att ha tämligen dålig verkningsgrad. Och för ett samhälle där mycket elektrisk energi produceras via kolväten är de fullständigt meningslöst.

Att använda batterier till fullo är i dag inte ett alternativ. Batterier har i dag både för dålig cyklningskapacitet och för dålig kapacitet. De bästa batterierna idag har 200wh/kg och runt 1000cykler eller 120wh/kg och 2500cykler. För att rena elbilar ska bli ett alternativ krävs minst 400wh/kg och runt 3000cykler.


Så jag föreslår en ny variant av lösning. Använda befintliga gatljus med befintlig elkraft för att montera in trådlösa energisändare. Detta kan tyckas slösaktigt och farligt. Men i spektrumet strax under IR strålning är både effektiviteten hög och farligheten låg. Integrerat med systemet finns ett system som spårar mottagaren, begränsar effekten och stänger av om verkningsgraden blir för låg. Om exempelvis en hand kommer mellan och blockerar strålningen stängs den omedelbart av. Verkningsgraden i denna spektrum är dessutom mycket högt. I praktiken kan detta vara effektivare än att ladda batterier för att använda energin senare.

Genom att använda väldigt många antenner med mycket hög frekvens så blir energin väldigt riktad. Om man använder en antenn får den 180graders svepyta, två så blir de 90 grader, fyra så blir det 45 grader. För frekvenser i terahertzområdet kan man använda flera hundra antenner och och spridningsvinklar på under 1 grad. Genom att göra mottagaren större än sändaren så eliminerar man förlusterna för spridningen.

Detta kan låta som futuristiskt framtids nonsens, men faktum är att tekniken redan finns. Stor del av infrastrukturen finns redan. Stolpar för uppsättning och kraft finns redan. Vad som behöver göras är att stärka infrastrukturen för de ökade behovet vid större belastning.

Troligen kommer vi innom bara ett par år att börja se WLan acecsspunkter som använder liknande teknik som kan överföra åtskilliga watt med mycket små förluster. Detta kommer förhoppningsvis reduera mängden sladdar betydligt.

12 kommentarer:

  1. Spännande! Men det skulle underlätta om du länkade till andra sidor som förklarar de lite tyngre begreppen.

    SvaraRadera
  2. Funderar på att samla ihop alla tunga ord till en ordlista, få se om jag hinner i veckan

    SvaraRadera
  3. Du skriver: "För att rena elbilar ska bli ett alternativ krävs minst 400wh/kg och runt 3000cykler."

    Vad är dina krav för att "en ren elbil skall bli ett alternativ"? Vad tänker du dig för krav på räckvidd för en laddning?
    Helt enkelt, hur tänker du för att få fram denna siffra med krav på 3000 cykler vid 400 Wh/kg?

    Ett batteri kan utan vidare tillåtas väga 100 kg i en normal bil eftersom det ersätter bränsletankens vikt och en del av förbränningsmotorns och växellådans vikt. Därmed ger 400 Wh/kg ge en kapacitet på 40 kWh, vilket räcker för att ge en mindre personbil en räckvidd på mer än 200 km vid normal blandad körning. Med 3000 laddningscykler innebär detta då en "livslängd" hos batteriet på hela 60000 mil vartefter det enligt branschstandard ändå återstår drygt 80% av batteriets ursprungliga kapacitet.
    Tänker du dig batterier som är mycket mindre än 100 kg och därmed en kortare räckvidd eller varför ställer du så hårda krav på batteriets egenskaper?

    SvaraRadera
  4. "Däremot radiobilarna tar uppenbart energi från nätet i taket. Men vad få tänker på är att även golvet ger energi. För radiobilarna är spänningen i taket och jorden är golvet."

    Hoppsan så underligt formulerat. Var du riktigt vaken när du skrev detta eller måste jag omvärdera min åsikt om din kompetens?

    Radiobilarna drivs av potentialskillnaden mellan taket och golvet. Man kan inte säga att den "får energi även från golvet" eftersom varken tak eller golv ensamt ger någon energi.
    Spänningen är inte i taket eller jorden i golvet. Taket må vara plus-polen och golvet jorden eller minus-pol i elkretsen, men spänningen finns bara mellan dessa två poler och inte i ena polen.

    Rent tekniskt har du kanske tänkt rätt, men rent teknik-språkligt är det du skriver helt galet.

    SvaraRadera
  5. Hydrazine:
    Det handlar inte enbart om räckvidd eller vikt. En annan viktig faktor är mängden ädelt material. Ju högre energidensitet, ju mindre material för samma kapacitet. Ju mer man trimmar batterierna, ju mindre material behöver man.
    I praktiken behöver det att en ökning av kapaciteten ger en kvadratisk effekt. Dels en ökad räckvidd, och dels ett minskat material behov.

    Kraven på batteriet har inget med teknisk prestanda att göra. Man kunde bygga en elbil som klarar 200km redan på 1800-talet, problemet är priset. 400wh/kg och 3000 cykler ger 4-6 gånger bättre ekonomi än de bästa batterier som erbjuds idag, samtidigt som de ger bättre prestanda. Elbilar är helt enkelt för dyra.

    Hydrazine:
    Igen....
    Stämmer nog bra, var nog lite för tröt när jag skrev det.

    SvaraRadera
  6. Kul idé.
    Jag tror nog också det kan komma rätt snabbt - "trådlös" energi är väl lite av en "killer app" !? :)

    Nu kommer det ju redan för korta distanser - läste att intel skall lansera ett "skrivbordsunderlägg" med laddningsmöjligheter för laptops, mobiltelefoner osv :)
    http://www.technovelgy.com/ct/science-Fiction-News.asp?NewsNum=1836 (kunde av ngn anledning inte pasta så länken kan bli fel :()
    /K

    SvaraRadera
  7. Jag skulle vilja sen den konstruktion som lyckas spåra en bil som passerar under en lyktstolpe i 100 km/tim för att genast gå tillbaka och ta bilen som kommer efter. Låter som vilda fantasier.. För jag antar att antennen måste vara rörlig och "låsa fast" vid mottagaren för att kunna sända under längre tid än om den vore fast. Som bäddad för problem med sändarna. Lite lättare är det givetvis i stadstrafik där bilarna kör långsammare men å andra sidan så ligger dom tätare och för de flesta som pendlar inom staden behövs ingen extraladdning med 10 mils räckvidd.

    SvaraRadera
  8. @Anonym:
    riktigt så funkar det inte.
    Det är t.o.m så att bilens rörelse genom ett magnetfält skulle kunna alstra energi - tyvärr kostar det också då energi att köra bilen genpom magnetfältet - så man kan knappast ladda bilar på det sättet :)

    Men antennen behöver inte vara som fkanske döreställer dig EN antenn - dvs en pinne eller parabol, utan kan bestå av en platta som mha fasförskjutning "riktas".
    Men egentligen behövs det inte alls - om man istället har en bredare "laddningsyta" så kan både din bil och bilen efter potentiellt få laddning från samma fält- problemet är snarare att effektivitetet avtar ,kt snabbt med avståndet till "antennen" - så kör man fort förbi så hinner man inte få så mkt energi


    /K

    SvaraRadera
  9. Anonym:
    Tekniken finns i princip redan, fast på lägre frekvenser. Saab:s (aerospace) nyaste radarsystem fungerar enligt exakt samma princip, men med lägre frekvens och lägre effekt.
    Min idé är att främst använda de på lågfartsområde för att optimera effekten. Exempelvis drar en normal elbil ca 14kwh i 70km/h men hela 25kwh i 100km/h. Ett vanligt 3-fas uttag ger som jämförelse 11kwh.
    Vad de gäller trackningen så sker den helt elektroniskt. Det finns inga rörliga delar.

    Som sagt var kommer vi troligen att se någon typ av trådlös energiöverföring redan 2011 och efter det kommer de inte att ta lång tid fören folk börjar experimentera med elbilar.

    Den första trådlösa tillämpningen finns redan. Laddare som klarar ca 10W, men bara på mycket kort avstånd. Efterhand som tekniken utvecklas kommer man troligen att få upp avstånden och effekten. Min gissning är att man kommer att sikta på runt 60W och 5-10meter innan produkterna kommer på bred front. När de händer tror jag inte de tar mer än en vecka fören någon jeppe kommer på iden att installera 40 stycken för att driva en elbil.

    SvaraRadera
  10. Du har skivigt mycket klargörande om vindkraftens nackdelar i form av oförutsedd variation i el produktionen. Elbilen kan skapa mer förutsägbara men ändå besvärliga variationer i el förbrukningen. Se bifogad länk till NT. Du säger att infrastrukturen måste stärkas.
    Hur lång tid tar det och vad kostar det?
    http://www.nyteknik.se/nyheter/it_telekom/allmant/article564154.ece
    Med laddning under drift minskar detta problem men en del av det lär kvarstå.
    Hur besvärliga är dessa belastningstoppar och vad kan man göra åt dem?
    Torulf

    SvaraRadera
  11. Induktions-Anders25 juli 2009 kl. 01:40

    Förklaringen till nackdelen med induktionsladdning känns lite haltande.
    Ett: Senare års forskning har minskat förlusterna med induktionsladdning dramatiskt (hittade inte källan nu, men har för mig att en forskargrupp från MIT uppfann något dramatiskt inom området för ett par årsedan). Det är inte osannolikt att ytterligare förbättringar är möjliga på området om mer forskningsresurser satsas.

    Två: Man skulle kunna tänka sig ett system där bilen slår på och av ett litet parti av det strömförande fältet precis då den åker över detta i vägbanan. Då skulle andra bilar, fotgängare, djur mm. aldrig kunna komma i kontakt med fältet men bilen skulle få en konstant matning av el. Dessutom kan en sådan lösning innebära att bilen måste identifiera sig för att få slå på fältet och man kan därmed belasta rätt persons konto för förbrukningen.

    Jag har själv mest tro på induktion i vägbanan som en framtida lösning. Kan du inte fantisera lite om hur en sådan lösning skulle kunna fungera? Vad den skulle tänkas kosta (vid massanvändning i samtliga vägar över hela världen), vilka ev. nackdelar som finns (snö/slask/is etc.) och hur detta kan lösas (spole i hjulen etc.)?

    Nissan Considering Inductive Charging for Electric Cars
    http://www.trustedreviews.com/car-tech/news/2009/07/21/Nissan-Considering-Indictive-Charging-for-Electric-Cars/p1

    SvaraRadera
  12. Yo, jag kom att tänka på dig nu när Tesla släppte redovisningen för Q3 2018, är du fortfarande lika övertygad om att du bestämmer vad som är sant och inte, och att dieselbilar är det enda vettiga alternativet för all överskådlig framtid, eller till batterierna får minst 400Wh/kg (+ minst 3000 cykler, vilket redan är verklighet) ?

    Jag hoppas att det faktum att jag inte sett dina (i alla fall då) väldigt lättidentifierade debattinlägg på länge beror på att du vuxit upp, och inte på att du inte gjort något dumt. Din absurda arrogans verkade trots allt bottna i någon grad av välvilja, och en övertygelse om att du visste bättre, om i princip allt, om än alla andra.

    OM du minns mig så är det sannolikt under signaturen "Drygis".

    SvaraRadera