Elbilar - många problem kvar att lösa

I år är det dags för en mindre revolution inom bilvärlden.

Efter att man under snart tio år kunnat köpa traditionella hybridbilar, kommer vi i år även att kunna beställa både rena elbilar och uppladdningsbara hybridbilar, även kallade laddhybrider eller plug-inhybrider.

Hos dagens hybrider kommer den huvudsakliga delen av framdrivningskraften från en helt vanlig bensinmotor med något så när vanlig växellåda.

30 % lägre bränsleförbrukning
Bilens batterier laddas huvudsakligen av bromskraft och eldriften kan bara användas i låg fart under korta sträckor eller som hjälp till bensinmotorn.

- Tekniken ger runt 30 procent lägre bränsleförbrukning jämfört med motsvarande icke-hybridiserad bil i stadstrafik, berättar Mats Alaküla, professor på Lunds Tekniska Högskola. På landsväg ger hybriderna inte några nämnvärda förbrukningsfördelar.

Sparpotentialen är mycket större för elbilar och laddhybrider, vars batterier kan laddas från elnätet och ensamma kan driva bilen under flera mils körning.

- En eldriven bil förbrukar, beroende på storlek, mellan en och två kilowattimmar elenergi per mil, fortsätter Mats Alaküla. I dagsläget kostar en kilowattimme el ungefär en krona, att jämföra med kanske 0,8 liter bensin eller diesel som kostar ungefär en tia.

Siktar på 50 kilometer
Eldrift ger alltså en  bränslekostnad på mellan en femtedel och en tiondel av bensin eller diesel. Men en betydande del av besparingen riskerar att ätas upp av batterikostnader, mer om det senare. 

För att eldrift ska vara meningsfull behöver de nya bilarna betydligt större batteripaket än dagens hybridbilar.

- Dessa kan bara köra några kilometer på ren eldrift, medan man i plug-in-fallet kommer att sikta på runt 50 kilometer, enligt Mats Alaküla. Den stora fördelen är att runt tre fjärdedelar av allt bilresande i världen är just sträckor under 50 km, vilket gör att en stor del av den bensin och diesel som går åt faktiskt kan ersättas med el.

0-100 på fyra sekunder
Men de flesta nylanseringar under 2010 är faktiskt rena elbilar, inte plug-in-hybrider.

Den mest spektakulära är kanske den redan släppta Tesla Roadster, en elsportbil med kapacitet att nå 100 km/tim på fyra sekunder och i bästa fall komma runt 30 mil på en laddning.

Eldrift kan tyckas udda för en sportbil, men faktum är att elmotorn ger fullt vridmoment redan från start, vilket gör att de flesta bilförare som första gången provar en elbil överraskas av den pigga accelerationen, i alla fall i de lägre fartregistren.

Jämfört med plug-in-hybriden är elbilens stora fördel ett lägre pris eftersom den bara har en drivlina till skillnad från laddhybridens två, medan det stora minuset är den begränsade aktionsradien.

I praktiken blir elbilen ett fordon för pendling och körning av kortare sträckor i stan.

Småbilar dominerar
Utöver Teslan kommer bland andra Mitsubishi och Peugeot ut med eldrivna småbilar under året och flera andra tillverkare följer efter under 2011-2012. Och det är just småbilarna som förväntas dominera.

- Det kommer alltid att vara mest intressant att konvertera en liten, lätt bil eller en skoter till ren eldrift, säger Mats Alaküla. Orsaken är att fordonsvikten snabbt tilltar med ökande storlek, vilket till slut medför att vikt, storlek och kostnad för batteripaketen gör eldrift ointressant.

Men många problem återstår att lösa innan elbilen och plug-in-hybriden verkligen kan bli var mans egendom.

Pontus Svens, Mats Leksell och Mikael Hellgren, samtliga forskare på KTH (Kungliga Tekniska Högskolan), talar om tre huvudsakliga problemområden:

1. Batteriernas energitäthet
Batteriernas energitäthet är en utmaning, även om utvecklingen har gått framåt de senaste åren.

Ett modernt litiumjon-batteri kan komma upp till runt 0,15 kilowattimmar per kilo, det vill säga runt en kilometers körsträcka per batterikilo.

En normalstor bil som ska klara att köra fem mil på batteridrift behöver i teorin 50 kg battericeller.

Men sedan tillkommer det faktum att frekventa, fulla urladdningar förkortar litiumjonbatteriernas livslängd avsevärt, vilket gör att man i praktiken behöver dubbla kapaciteten till cirka 15 kilowattimmar.

Lägg till detta vikten av inkapslingar och styrelektronik och batteripaketets totalvikt hamnar runt 150 kg - fortfarande en vikt som är acceptabel att ta med i dagens fordon.

Dessutom kan det placeras på ett bra ställe i fordonet, vilket innebär långt ner och nära mitten, för att påverka köregenskaperna så lite som möjligt.  

2. Batteriernas livslängd
Batteriernas livslängd och kostnad är andra stora problem. För att räcka en bils livslängd på 30 000 mil kanske ett batteri måste klara kanske 20 000 cykler av upp- och urladdningar. 

Om detta ska vara möjligt måste man vara mycket försiktig med hur djupt batteriet laddas ur, annars kan livslängden snabbt förkortas till bara några tusental cykler!

Eftersom batteritillverkning är en känslig process, som bland annat kräver renrum, är batterierna också dyra. En tumregel är att batteripaketet i kundledet kostar 10 000 kronor per kilowattimme idag och vid storskalig tillverkning nedåt 3 000 kronor per kilowattimme.

För paketet ovan är det alltså frågan om först 150 000 kronor och på sikt runt 50 000.

Om vi räknar på en livslängd på 10 000 mil, belastas bilkalkylen med batterikostnader på fem till 15 kronor milen! Därför är just livslängden den faktor som tillverkarna arbetar hårdast på att förbättra.

3. Energipåfyllning
Att ladda ett batteri är att likna vid att tanka bilen genom ett sugrör. Ett vanligt 220 V-uttag i ett hus, där några hushållsmaskiner samtidigt körs, kan kanske ladda bilen med effekten två kilowatt.

För att fulladda ett halvfullt 15 kilowattimmarsbatteri (det vill säga med 7,5 kilowattimmar) krävs då runt fyra timmars laddtid eller en knapp timmes laddning för varje mil man vill kunna köra.

Om man kan uppgradera till ett trefasuttag med 16 amperes säkring kan man ladda med effekter runt elva kilowatt, vilket förkortar laddtiden av samma batteri från fyra timmar till en timme, en laddtid på runt tio minuter för varje mil man vill kunna köra.

Sedan är gränsen för dagens teknik nästan nådd, eftersom det inte heller är möjligt för ett batteri att ta emot vilka strömmar som helst.

Jämför man denna snabbare batteriladdning med en bensinpåfyllning, där man på ungefär tre minuter kan fylla en tank på 60 liter, talar vi ändå om snigelfart.

Dessa tre faktorer tillsammans med det faktum att elenergi måste komma någonstans ifrån gör att lanseringen av elbilar och plug-in-hybrider sannolikt kommer att ske ganska långsamt.

Volkswagen bedömer till exempel att knappt två procent av alla sålda bilar i världen år 2020 kommer att vara el-bilar. 

FAKTA:
Så här långt kommer man på en laddnings/fyllningstimme.
Elbil 220 V-uttag 1 mil
Elbil snabbladdning med 400 V-uttag 5 mil
Bensin 1 500 mil