Elbil

miniatyr|Modern elbil: Smart #3 crossover. En elbil är ett elfordon som endast drivs av en eller flera elmotorer. Vanligen avses (battery electric vehicle, BEV), det vill säga fordon som strömförsörjs av batterier som laddas från extern elförsörjning, i allmänhet elnätet. En batterielbils egenskaper beror till stor del på batterierna. Stor batterikapacitet ger lång räckvidd (körsträcka mellan laddningar), men kan ge större klimatpåverkan, högre kostnad, längre maximal laddningstid och tyngre bil. Den vanligaste batteritypen i elbilar är litiumjonackumulatorer.

miniatyr|Toyota Mirai (bränslecellsbil) mini|En postbil från Postnord av fabrikatet Garia. Ystad 2021. En bränslecellsbil är en elbil som drivs av bränsleceller där vätgas omvandlas till elektricitet i bilen. Bränsleceller väger mindre än batterier, men är dyrare. Vätgasen kan genereras från elkraft, vilket ger förluster, eller från naturgas, vilket ger upphov till koldioxidutsläpp. Hybridbilar som kombinerar bränsleceller och batteridrift förekommer.

Andra typer av elfordon är hybridbilar och laddhybridbilar som kombinerar eldrift med en förbränningsmotor, samt icke personbilar, exempelvis elektrisk mopedbil.

Historik mini|Nyregistrerade personbilar i Sverige efter drivmedel

En elektrisk vagn konstruerades redan 1842 av A. Davidsson i Edinburgh. David Salomons var den första som konstruerade ett praktiskt användbart elfordon, då han 1875 byggde ett par lätta trehjulingar med elmotorer. På grund av svårigheterna att bygga depåer för uppladdning av batterierna kom dock inte någon produktion till stånd. År 1888 konstruerade John Kemp Starley en elektrisk trehjulig vagn som styrdes med en pinne. Vid denna tid gällde dock "rödflagg-lagen" i Storbritannien och han fick inte köra snabbare än 6 kilometer i timmen och måste ha en flaggbärare som gick framför fordonet. Han tog därför sitt fordon över till Frankrike, där han genomförde provturer i Deauville. Som snabbast kunde hans fordon dock endast komma upp i 12–13 kilometer i timmen.Automobilens historia, John Nerén s. 72-74.

Ratcliffe Ward konstruerade 1888 en elektrisk buss och 1889 en elektrisk "stridsvagn" och konstruerade 1890 på uppdrag åt W. C. Bersay en elektrisk omnibuss för trafik mellan Charing Cross och Victoria i London. 1893 byggde Bersay en elektrisk vagn åt brittiska postverket. Bersay deltog även med en elbil in den "tävling" som firade avskaffandet av "rödflagg-lagen" i Storbritannien 1896, och placerade sig tämligen väl. När produktion av bensinbilar kort därefter kom igång i Storbritannien upphörde intresset för elbilar nästan helt.

Även i Frankrike förekom tidigt försök med elbilar. Nicolas-Jules Raffard var 1881 den förste som byggde en fullt driftduglig elektrisk vagn och den sattes även samma år in i trafik i Paris. I början av 1890-talet fanns en betydande elbilsproduktion, även om de i praktiken endast kunde fungera i städerna. När bensinbilarna under andra hälften av 1890-talet blev mer driftsäkra började dock elbilarnas betydelse att minska.

Det blev i stället i USA där elbilen kom att få sin första blomstring. Den första elbilen i USA konstruerades 1891 av William Morrison. 1895 startade Electric Vehicle Co. och Morris-Salmon produktion av elbilar, 1896 Riker samt 1899 Baker och Woods elbilsproduktion. Man började i början av 1900-talet även att exportera elbilar till Europa.Automobilens historia, John Nerén s. 68-71.

Svagheten bestod dock främst i den korta räckvidden, på sämre vägar var räckvidden utan laddning 30–40 kilometer. På bättre vägar 50-70 km på en laddning. Motorstyrkan var låg typiskt 2,4 kW på en 1-tons lastbil, 6,4kW på en 2-tons lastbil.Teknisk Tidskrift, 6 mars, 1915, sid 79. Batterierna var ofta av dålig kvalitet, laddstationer var sällsynta, och batterierna var mycket dyra och därtill tunga, på lättare bilar vägde de 225 till 275 kilo och på tyngre fordon upp till 750 kilo. Detta ledde till att elbilarna efterhand även i USA förlorade sin popularitet i takt med att bensinbilarnas driftsäkerhet ökades. I städerna kom dock elbilarna länge att behålla sin popularitet.

Att elbilstillverkningen tidigt avbröts och fram till nyligen har varit ovanlig berodde delvis på den dåvarande batteritekniken, där energitätheten tidigare var relativt låg och körsträckan därmed kort. En annan anledning är, enligt filmen Vem dödade elbilen? från 2006, att oljebolagen och oljeproducerande länder hindrat utvecklingen för att kunna fortsätta sälja olja.Vem dödade elbilen? Film av Chris Paine från 2006, Sony Pictures Classics

Moderna litiumjonbatterier har producerats kommersiellt sedan 1990-talet, och ger längre körsträcka (uppåt 200 kilometer eller mer). Detta har, tillsammans med ökad miljömedvetenhet bland allmänheten och politiska regleringar för att förbättra luften i städer och minska oljeberoende och den globala uppvärmningen, gjort att försäljningen på senare år har ökat snabbt. Från 2035 är det otillåtet inom EU att sälja nya bilar med förbränningsmotorer, inklusive hybridbilar.

Räckvidd Räckvidden beror på hur mycket energi i kilowattimmar (kWh) som kan lagras i batteripaketet och på den aktuella bilens energiåtgång, som i sin tur beror på främst på färdhastighet, men även på backighet, luftmotstånd, rullmotstånd och andra energiförluster. Strömförsörjning av klimatanläggning och annan utrustning i bilen påverkar också räckvidden.

Batteritemperaturen påverkar räckvidden då batteriets interna motstånd ökar vid lägre temperatur vilket minskar räckvidden, detta tillsammans med snö eller slask kan ge avsevärt kortare räckvidd. Klimatanläggningens uppvärmning drar också mer energi vid kallt väder. Detta är dock begränsat till 1–3 kW lägre om bilen har värmepump, det betyder att räckvidden minskar med 10–20 kilometer per timme den används.

Elförbrukningen anges generellt som 0,14–0,25 kWh per kilometer för privata elbilar, förbrukningen kan dock vara högre eller lägre, speciellt vid motorvägstrafik och snöiga och/eller kalla vinterdagar då snö ger ökat rullmotstånd och mycket energi åtgår till komfortvärme.

Räckvidden för elbilar anges numera utifrån testproceduren WLTP.

Exempel på olika bilars specificerade räckvidd:

BMW i3, 94ah: cirka 200 km (300 km med 34 hk Range Extender) Citroën C-zero: 150 km Concept One: 600 km Hyundai IONIQ 5: 58 kWh: 384 km, 72 kWh: 481 km (WLTP) KIA e-Niro upp till 485 km (WLTP) Mazda MX-30: 200 km Mitsubishi i-MiEV: 150 km Nissan Leaf: 24 kWh: 175 km (NECD), 30 kWh: 250 km (NECD), 40 kWh: 270 km (WLTP), 62 kWh: 385 km (WLTP) Skoda Enyaq iV: 58 kWh: 412 km, 77 kWh: 532 km (WLTP) Smart electric drive: 140 km Tesla Roadster: cirka 360 km Tesla Model S, 90 kWh: upp till 550 km Tesla Model 3 upp till 560 km (WLTP) Volvo C30 Electric: 144 km Volkswagen ID.3: 45 kWh: 345 km, 58 kWh: 422 km, 77 kWh: 552 km (WLTP)

Laddning

Laddning av elbilar kan delas in i två typer, normalladdning och snabbladdning. De flesta bilar har ett uttag för normalladdning med växelspänning (AC) och ett uttag för snabbladdning med likspänning (DC).

Offentliga laddstationer finns för både normalladdning och snabbladdning medan privata laddstationer vanligen enbart stödjer normalladdning. Webbplatsen www.uppladdning.nu är en gratis internettjänst som hjälper elbilsägare att hitta offentliga laddstationer. Just nu (år 2022) listar webbplatsen 4751 laddplatser i Sverige. Data från webbplatsen finns även tillgänglig i mobiltelefonappar, till exempel plugshare. Det finns även en internettjänst som hjälper elbilsägare att planera laddstopp på långresor, A better route planner 3.7, accessdatum 2019-06-17

Normalladdning Vid normalladdning, även kallat destinationsladdning, AC-laddning eller hemmaladdning, används bilens inbyggda laddare (så kallad ombordladdare) för att omvandla nätets växelspänning till likspänning. Laddstationen (laddboxen) för normalladdning är mycket enklare och billigare än en laddstation för snabbladdning. Ett vanligt vägguttag kan användas för normalladdning, men det rekommenderas inte av prestanda- och säkerhetsskäl. Normalladdning är avsett för tider då bilen ändå inte används som under natten, på jobbet eller vid längre besök på till exempel shoppingcenter.

Laddboxar för normalladdning har vanligtvis ett uttag där elbilsägaren ansluter bilen via sin egen kabel, med det finns även laddboxar med fast kabel. Det finns två olika typer av uttag för normalladdning på elbilar, typ 1 och typ 2. Typ 1 är endast för enfasladdning och förekommer på äldre bilar. Bilar med typ 1 uttag har ofta en kabel med typ 1 kontaktdon i ena änden och typ 2 i andra änden. Typ 2 finns för både enfas och trefas. Typ 2 är den vanligaste typen av uttag på nya elbilar.

Laddboxen och bilen kommunicerar med varandra via ett enkelt signalgränssnitt där laddboxen indikerar hur mycket ström som finns tillgängligt. Bilen och kabeln rapporterar till laddboxen om den är ansluten och om laddning ska starta.

Då laddboxen delar tillgänglig ström med resten av fastigheten är det vanligt att använda någon form av lastbalansering för att skydda huvudsäkringen. Statisk lastbalansering (även kallad lastvakt) gör att laddboxen har en fast inställning av maximal ström vilket minskar risken för överbelastning. Ett mer avancerat alternativ är dynamisk lastbalansering vilket innebär att laddboxen kopplas till en elmätare som läser av fastighetens övriga strömförbrukning och dynamiskt anpassar laddströmmen så att den totala strömförbrukningen alltid ligger under huvudsäkringens maxström. Vissa laddboxar har även möjlighet att identifiera överskott av solceller och använda dessa för laddningen.

Det finns även laddboxar som aktiverar laddningen under de timmar på natten då tillgången till el är som störst och elpriset som lägst. Majoriteten av laddboxar kan också schemalägga laddning vilket gör det möjligt att låta bilen ladda under natten.

Laddtiden vid normalladdning bestäms av två faktorer: hur mycket energi som ska laddas och hur stor effekt laddningen utförs med. Effekten i sin tur bestäms av hur många faser (enfas eller trefas) och hur mycket ström som används. Systemet för laddning känner automatiskt av hur många faser och hur stor ström laddboxen, laddkabel och laddaren i bilen klarar av och laddar med det antal faser och ström som den svagaste komponenten i kedjan klarar av. Vid normalladdning begränsar normalt inte bilens batteri laddeffekten, men batteriet kan begränsa effekten framförallt vid hög laddeffekt och nästan fulladdat batteri. Laddningen kan gå långsammare vid kall batteritemperatur.

Tabellen nedan visar max laddeffekt vid vanligt förekommande konfigurationer. + Laddeffekt Ström enfas trefas 10A 2.3 kW 7 kW 16A 3.7 kW 11 kW 32A 7.4 kW 22 kW

Exempel på laddtid vid normalladdning för en bil som körts 10 mil är 2 timmar (om vi antar förbrukning 2 kWh/mil, 16A trefasladdning. Energin som ska laddas blir 2x10=20kWh. Laddeffekten = 16 A x 3 faser x 230 V = 11kW. Laddtiden = 20kWh/11kW = 2 timmar. Om vi antar elkostnad 1,50 kr/kWh blir kostnaden 3 kr/mil.)

Snabbladdning