Elfordon och laddning – dags att kapa sladden?

Induktion är inget nytt – det elektromagnetiska sättet att flytta elektrisk ström utan sladd eller kabel upptäcktes för nästan 200 år sedan. Och det används ofta till mobiler och tandborstar. Men för elfordon har den otympliga sladden hittills varit nästintill obligatorisk.

Trådlös laddning har länge varit en het fråga både när det gäller personbilar och tunga fordon, men av flera anledningar har tekniken ännu inte slagit igenom. Men mycket tyder på att kanske är tiden kommen nu för att klippa sladden. Framför allt har tekniken utvecklats enormt.

Ett exempeI är ett nytt trådlöst högeffektsystem, utvecklat på Chalmers tekniska högskola i Göteborg, Sverige, där varje enhet trådlöst kan överföra 500 kilowatt, det vill säga flera gånger högre effekt än en normal snabbladdare med kabel, och dessutom med mycket små förluster.

Detta kliv i utvecklingen har möjliggjorts genom en ny typ av högeffektshalvledare baserade på kiselkarbid, så kallade SiC-komponenter. Dessa tål högre värme, högre spänning och mycket högre växelströmsfrekvens än traditionella komponenter. Det har betydelse eftersom frekvensen på det elektromagnetiska fältet sätter gränser för hur mycket effekt som kan överföras mellan strömspolarna (se faktarutan intill).

Dessutom har en ny typ av koppartrådspolar utvecklats för elfordon, där tusentals trådar, tunna som hårstrån, flätas samman på ett nytt sätt, vilket bidrar till att mycket lite av effekten förloras i överföringen.

– Tidigare system för trådlös laddning av fordon har använt frekvenser på runt 20 kHz, ungefär som en vanlig spishäll. De blev skrymmande och energiöverföringen var inte särskilt effektiv. Nu arbetar vi med frekvenser som är fyra gånger högre. Då blir induktion plötsligt attraktivt, förklarar Yujing Liu, professor på Chalmers. 

Laddar under färd

Det finns nu inte bara ett sätta att ladda bilden sladdlöst. Flera pilotprojekt har genomförts, bland annat i Sverige och Tyskland där man på olika sätt elektrifierat själva vägen. I några fall används luftledningar och strömavtagare på taket som på tåg, i andra fall ligger en strömförande skena infräst i asfalten vilken en arm under lastbilen ansluter till. På den svenska ön Gotland finns sedan ett par år en väg där induktionsplattor har gjutits in i vägbanan och där lastbilar kan förses med laddström när de passerar. Poängen med dessa lösningar är att fordonen kan laddas under färd och därför klarar sig med mindre batterier.

Samtidigt utvecklas tekniken vilket gör att batterierna blir allt billigare. Nyligen invigde lastbilstillverkaren Scania i Södertälje en egen fabrik för att producera egna batterier och montera i fordonen vilket sänker kostnaden men även vikten. År 2030 ska hälften av Scanias lastbilsproduktion ha eldrift.

Studier förbereder för trådlöst

Runt om i världen pågår en lång rad initiativ för trådlös induktionsladdning. Ett exempel är i Göteborg där energiföretaget Vattenfall har ett pågående samarbete med bland andra biltillverkaren Volvo i ett projekt där taxibilar laddas trådlöst mellan körningarna. På parkeringsplatser i staden monteras en platta med en laddspole i gatan. När fordonet parkeras över spolen startar laddningen automatiskt och laddström överförs via induktion till bilens mottagarenhet. Samtidigt registreras förbrukningen och användaren debiteras via Vattenfalls betalsystem.  Bilarna ska rulla 12 timmar om dagen och 100.000 km per år under försöksperioden fram till 2025. Här kan du läsa mer om försöket och Gothenburg Green city zone.

Även när det gäller tunga transporter pågår en rad studier där Vattenfall deltar. En sådan är projektet REEL som syftar till att accelerera elektrifieringen av tunga transporter i regional trafik. Liksom taxi innebär sådan trafik att fordonen kör relativt korta sträckor med täta stopp vid distributionscentraler och andra logistiknav som därför kommer att behöva utrustas med laddutrustning. Och även om induktionsladdning inte ingår i den pågående studien kan man redan idag se att trådlös laddteknik kommer att ha stora och avgörande fördelar:

– Det kommer att vara viktigt att kunna ladda under tiden när lastbilarna lastar och lossar. Används konventionell laddutrustning finns risk att den skadas av fordonen. Därför är det en stor fördel om laddutrustningen är inbyggd i lastfickorna där bilarna parkerar.  Dessutom slipper förarna ett ytterligare arbetsmoment att hantera otympliga kablar och kontakter, säger Christian Gruffman, programchef på Vattenfalls utvecklingsavdelning.

Gruffmans tankar delas av branschen själv. I en intervju med Commercial Carrier Journal säger Paul  Giopsis, vd för Kalifornienbaserade Zeem Solutions:

– Vad jag gillar med trådlöst är att det är nedgrävt, du kommer inte att backa på en laddare. Så ur det perspektivet är det jättebra. Induktiv laddning har stora möjligheter när det kommer till tunga lastbilar, säger han.

Så hur ser framtiden ut för trådlös laddning av elfordon? Christian Gruffman resonerar så här:

– Det finns mycket som talar för induktionsladdning och ärligt talat trodde jag nog att det skulle ha slagit igenom redan idag. Jag tror att vi kommer att se det tidigast när det gäller personbilar och främst inom premiumsegmentet. Det finns många elbilsägare som är villiga att betala för att slippa hantera otympliga och smutsiga kablar för att ladda. Dessutom kan publika laddstationer utsättas för stöld och sabotage, medan den trådlösa utrustningen är skyddad under asfalten. När det gäller tunga transporter skulle det passa väldigt bra att ladda trådlöst. Det kommer definitivt att komma, vissa segment tidigare än andra.