Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon Johan Lundin Uppsala Universitet Projektnr: Huvudstödmottagare: Avdelningen för elektricitetslära, Uppsala universitet Program: SHC, tema 2 och 3 Stödsumma: tkr

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon Höga effekttoppar Låg medeleffekt Många mikrocykler Många tillämpningar Vad är problemet?

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon Batteriet laddar ur med konstant låg effekt Svänghjulet tar hand om alla effekttoppar Varför denna lösning?

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon Hur? Det enda som går att reglera när svänghjulet väl är byggt är hastigheten (energi) och därmed också accelerationen (effekt).

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon Hur?

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon Drivlina i labbet Drivmotor Kraftelektronik Motor som simulerar körcykel Svänghjul 1 ”Batteri” Svänghjul 3 Styrning av magnetlager Systemets hjärna

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon 1)Design och konstruktion av en drivlina för ett elfordon kapabel att hantera effekter upp till 60 kW 2)Design och konstruktion av en lågviktsvakuumkammare för minimering av svänghjulsförluster 3)Design och konstruktion av ett mätsystem som kan hantera spänningar upp till 1 kW 4)Demonstration av systemet i ett elfordon med total verkningsgrad för återvinning av bromsenergi över 60% 5)Verifiering av nyttan med svänghjul med avseende på energieffektivitet för ett batteridrivet elfordon med toppeffekt för batteri mindre än 40% av körcykelns toppeffekt (d.v.s. energibufferten i svänghjul kan skydda batteriet från toppeffekter) 6)Verifiering av ökad räckvidd vid stadskörcykler med minst 10% Projektmål

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon 1)Design och konstruktion av en drivlina för ett elfordon kapabel att hantera effekter upp till 60 kW Drivlinan är designad och konstruerad från ”batteri” till motor som simulerar körcykler (jfr bilden på lab-uppställningen). Kraftelektroniken klarar 90 kW per enhet. Svänghjulet är designat för 30 kW kontinuerlig effekt (så länge energin räcker!) men klarar betydligt mer under kortare stunder. Projektmål – status

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon 2)Design och konstruktion av en lågviktsvakuumkammare för minimering av svänghjulsförluster Leverantör (Swerea SICOMP) är kontaktad och står beredd att tillverka vakuumkammaren. Projektmål – status

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon 3)Design och konstruktion av ett mätsystem som kan hantera spänningar upp till 1 kW Färdigt! Vi använder Hall-sensorer direktmonterade på mätkort för strömmätning. Detta gör att mätsystemet blir robust (okänsligt för störningar) och galvaniskt isolerat. Projektmål – status

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon 4)Demonstration av systemet i ett elfordon med total verkningsgrad för återvinning av bromsenergi över 60% Demonstrerat i simuleringar. Återstår att visa experimentellt. Verkningsgrad för bromsenergiåtervinning är ett luddigt begrepp! Projektmål – status

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon 5)Verifiering av nyttan med svänghjul med avseende på energieffektivitet för ett batteridrivet elfordon med toppeffekt för batteri mindre än 40% av körcykelns toppeffekt (d.v.s. energibufferten i svänghjul kan skydda batteriet från toppeffekter) Demonstrerat i simuleringar. Återstår att visa experimentellt. 40% borde kunna – åtminstone – halveras till 20%. Simuleringar visar att batterieffekten kan minska med en faktor 10! Projektmål – Status

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon 6)Verifiering av ökad räckvidd vid stadskörcykler med minst 10% Demonstrerat i simuleringar. Återstår att visa experimentellt. 10% är en konservativ räckviddsökning. Räckvidden kan – i extremfallet – fördubblas! Projektmål – Status

Fullskalig energieffektiv drivlina för elfordon Tack för visat intresse! För mer information, kontakta oss på: URL: Mejl: Tel:

HISTORY The Gyrobus (MFO) Rotor: 1.6 m (diam.) and 1500 kg 52 kW traction motor rpm (3.3 kWh useful energy) 2-5 min charging time Hydrogen-filled chamber at 0.7 bar Losses > 10 kW

Modern Flywheel Systems Audi R18 e-tron quattro Flywheel from GKN (WHP) Electric transmission Mechanical bearings, vacuum Composite material Won the 24 h Le-Mans endurance race 2012 and 2013 Volvo KERS, 2013 Mechanical transmission (CVT) Mechanical bearings, vacuum Composite material 25% more fuel efficient Model S60 with additional 80 hp

Losses in the Flywheel Magnetic bearings – 40 W constant loss Air drag losses heavily dependent on the speed of the flywheel (see below) Electric losses (resistive, eddy current etc.)

Misc Mechanical Construction Winding of shell (Swerea SICOMP) The third time’s the charm… Assembly of rotor

Misc Magnetic Bearings

Misc Material Cost - Flywheel