Så löste Bombardier tuffaste utmaningen med trådlös laddning

2018-06-05 06:00  

Kommer elbilarna även i framtiden att laddas genom sladd eller slår trådlös överföring igenom? Bombardier Primove tror på det senare scenariot – och menar sig ha överkommit den största tekniska utmaningen.

Allt mer överföring sker idag trådlöst och därmed kan det tyckas naturligt att samma sak kommer att gälla även elektricitet. Hittills har dock de flesta elbilsägare varit hänvisade till att koppla in sladden för att fylla upp batteriet.

Vi befinner oss i Bombardier Primoves utvecklingslabb i tyska Mannheim, en halvtimmes tågresa från Frankfurt. Här arbetar ett hundratal personer med utvecklingen av induktiv laddning.

Testingenjören Seifou Salhi för en tom läskburk fram och tillbaka över en platta. På en datorskärm syns rörelsen genom att ett antal olikfärgade staplar börjar dansa upp och ner i takt med att burken flyttas. Han byter ut burken mot ett litet euromynt. Staplarna börjar återigen att dansa. Samma procedur upprepas därefter med ett pappersgem och slutligen med en minimal skruv. Staplarna fortsätter att dansa, om än med allt mindre rörelser.

– Vilken student som helst kan bygga en apparat som överför elektricitet trådlöst. Utmaningarna ligger i att göra det på ett säkert och effektivt sätt, säger Christian Köbel, produktchef Bombardier Primove.

Detektera metallföremål störst utmaning

Den främsta av dessa utmaningar handlar enligt försäljningschefen Andreas Fockers om att göra det som Seifou Salhi just visat – att detektera metallföremål.

– Det är det absolut svåraste, säger han.

Om ett metallföremål hamnar i utrymmet mellan de båda plattorna som överför energin hade det inneburit en risk för såväl brand som brännskador. I det inducerade magnetfältet skulle föremålet snabbt hettas upp och bli upp till ett par hundra grader varmt. Kravet är därför att till och med ett tuggummipapper belagt med aluminium måste kunna detekteras för att överföringen därmed ska kunna avbrytas.

Läs mer: Trådlös laddning under färd möjlig – men en bit bort

Bombardier Primoves system för att ladda personbilar kommer att finnas på marknaden nästa år. En stor biltillverkare har redan tecknat kontrakt, vilken är ännu så länge hemlig. Att det handlar om Audi blir tydligt för Ny Teknik vid senare efterforskningar.

Så sent som i dagarna avslöjade konkurrenten BMW att de från och med juli erbjuder induktiv laddning som tillval till 530e iPerformance, till en kostnad av cirka 34 000 kronor.

Funktionen innebär ökad kostnad och sänkt verkningsgrad i överföringen. Men man slipper att själv koppla in och ur kabeln. Det tyngst vägande skälet till att köpa funktionen är kanske därför bekvämlighet. Det kan också finnas en poäng att slippa oroa sig för att man har glömt att koppla in kabeln.

Uppnått 90 procent verkningsgrad

BMW:s system utlovar 85 procents verkningsgrad. Det är sju procentenheter lägre än vad laddning med sladd typiskt medger. Bombardier Primove menar att man har lyckats uppnå 90 procent och att diskussionen om förluster jämfört med kabel därmed inte är relevant längre.

Robert Czainski är ansvarig för utvecklingen av den magnetiska designen i laddsystemet. Han har fokuserat hårt på att optimera överföringskapaciteten i förhållande till de begränsningar som finns, inte minst kravet på hur mycket elektromagnetisk strålning som får läcka ut. Projektets mål har varit att utveckla en överföring på 3,6 kilowatt men med en buffert att höja kapaciteten i framtiden.

– Vi har uppnått bättre resultat än de uppställda kriterierna. Vi har låga utsläpp men kan behålla överföringskapaciteten, säger Robert Czainski.

För Bombardier Primove började egentligen resan mot induktiv laddning med ett 200 kilowattssystem som används i bland annat Berlin och Mannheim och fram tills nyligen fanns i drift på en buss i Södertälje, i ett projekt tillsammans med bland andra Scania. Robert Czainski berättar att kunskapen från det projektet användes för att designa det betydligt mindre systemet för personbilar.

Läs mer: Forskare: Sverige ligger längst fram i världen med elvägar

Men det mindre systemet har ställt ingenjörerna inför nya utmaningar. Lösningen för att lyckas bestod, som så ofta, i att hitta den optimala kombinationen av en rad lösningar på enskilda delproblem. En förbättring av den ena parametern ledde ofta till en försämring av en annan, konstaterar Robert Czainski. På frågan vad som utgjorde lösningen blir därför svaret ”allt!”.

– Men främst handlar det om den grundläggande konstruktionen av spolsystemet. Vi använder ett trefas spolsystem med naturlig fältkompensation och designade det utifrån optimeringsprincipen, säger han.

”Ligger på omkring 1 mikrotesla”

Vad som utgör gränsvärden för det elektromagnetiska läckaget från induktiva laddsystem finns det ännu ingen standard för. Därför använder sig Bombardier Primove av organisationen ICNIRP:s äldre riktlinjer från 1998, som säger maximalt 6,25 mikrotesla i offentliga miljöer.

– Vi ligger på omkring 1 mikrotesla i och runtomkring bilen, säger Andreas Fockers.

Själva systemet består av två plattor, en större som ställs på marken och kopplas in till vanlig 230-volts spänning. Den mindre plattan placeras på bilens undersida. För 3,6 kilowattssystemet behövs inte någon aktiv kylning men det kan förändras om man bestämmer sig för att höja effekten. Då behöver elektroniken som i den nuvarande lösningen sitter i markplattan aktiv kylning vilket innebär att en extra enhet behöver installeras på till exempel garageväggen.

Läs mer: Så ska elnätet försörja fem miljoner elbilar

Bombardier Primoves markplatta är till skillnad från BMW:s justerbar i höjdled. Oavsett om det är en sportbil eller suv blir avståndet mellan de båda plattorna cirka 3 centimeter. BMW uppger 8 centimeter. Den höj- och sänkbara plattan utgör en rörlig del vilket alltid innebär ökad känslighet, men å andra sidan minskar risken att ett främmande föremål tar sig in mellan plattorna och avbryta laddningen. Med ökat avstånd sjunker dessutom verkningsgraden.

– I slutänden är det bilföretagen som bestämmer vilken teknik det blir. Men vi tror att vi har satt ett exempel som andra kommer att följa, säger Christian Köbel.

Bombardier

Kanadensiskt företag vars historia började med snöfordon. I dag är de en stor tillverkare av såväl tåg som flyg. Bolaget har närmare 70 000 anställda och omsatte drygt 142 miljarder kronor 2017.

Utvecklingen av induktiv laddning började 2006. Under flera år drevs verksamheten som en sorts inkubator inom Bombardier Transportation, men lyftes ur till det egna bolaget Bombardier Primove år 2016.

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt