Hur fungerar en elbil?

En batterielektrisk bil lagrar elektrisk energi i ett högvoltsbatteri och använder en eller flera elmotorer för att driva hjulen. Det finns ingen förbränningsmotor, bränsletank eller avgasrör som behövs för framdrivningen.

De viktigaste delarna är batteriet, kraftelektroniken, motorn, reduktionsväxeln, laddsystemet och system för kylning och uppvärmning.

Högvoltsbatteriet lagrar energin

De flesta moderna elbilar använder litiumjonbaserade battericeller. Cellerna grupperas till moduler och ett större batteripack.

Batteriets energikapacitet anges i kilowattimmar, kWh. En större energimängd kan ge längre räckvidd, men räckvidden påverkas också av bilens energiförbrukning.

En tung eller aerodynamiskt ineffektiv bil kan därför behöva ett större batteri för samma räckvidd som en effektivare bil.

Batterihanteringssystemet övervakar cellerna

Ett batterihanteringssystem, BMS, mäter bland annat cellspänningar och temperaturer och uppskattar batteriets laddningstillstånd.

Systemet skyddar batteriet mot förhållanden som kan skada cellerna, styr kontaktorer och samverkar med bilens termiska system och laddare.

Bilen visar normalt inte hela cellernas kemiskt möjliga energifönster för föraren. Tillverkaren kan reservera buffertar i toppen och botten för säkerhet och livslängd.

Vad gör invertern?

Batteriet levererar likström. Många drivmotorer arbetar med växelström som måste styras mycket exakt.

Invertern, eller motorväxelriktaren, omvandlar därför batteriets likström till kontrollerad växelström för motorn.

När bilen bromsar regenerativt arbetar energiflödet åt andra hållet: motorn fungerar som generator och kraftelektroniken leder elektrisk energi tillbaka till batteriet.

Elmotorn driver hjulen

Elmotorer kan ge högt vridmoment från låg rotationshastighet och har ett brett användbart varvtalsområde.

Därför klarar många elbilar sig med en enkel reduktionsväxel med fast utväxling i stället för en traditionell flerstegad växellåda.

Det finns olika motortyper, bland annat permanentmagnetmotorer, induktionsmotorer och elektriskt exciterade synkronmotorer.

Regenerativ bromsning återvinner rörelseenergi

När bilen saktar in kan drivmotorn användas som generator. En del av rörelseenergin omvandlas då till elektrisk energi och lagras i batteriet.

All energi kan inte återvinnas. Förluster uppstår i motor, inverter och batteri, och regenereringen kan begränsas när batteriet är fullt, kallt eller när mycket hög bromskraft krävs.

Därför har elbilen fortfarande mekaniska friktionsbromsar.

AC-laddning och DC-snabbladdning

Vid AC-laddning får bilen växelström från laddpunkten. Bilens ombordladdare omvandlar den till likström med rätt spänning och ström för batteriet.

Vid DC-snabbladdning sker den stora AC/DC-omvandlingen i laddstationen och likström levereras till bilens högvoltssystem under bilens kontroll.

Den verkliga laddningseffekten bestäms av både laddaren, bilen, batteriets laddningsnivå och temperatur.

Varför sjunker snabbladdningen när batteriet blir fullt?

Litiumjonbatterier kan normalt ta emot hög effekt snabbast inom en del av laddningsområdet.

När cellspänningarna närmar sig övre gränsen måste laddströmmen minskas. Därför tar de sista procenten ofta betydligt längre tid än en motsvarande energimängd när batteriet är mindre laddat.

En uppgift som ”10–80 procent på X minuter” kan därför inte översättas till samma effekt hela vägen till 100 procent.

Hur påverkar kyla?

Kalla battericeller har högre intern resistans och kan tillfälligt ge lägre tillgänglig effekt och långsammare laddning.

Elbilar använder därför temperaturhantering och kan förvärma batteriet inför snabb laddning.

Kyla ökar dessutom bilens energibehov för kupévärme och kan därför minska räckvidden. En värmepump kan i vissa förhållanden använda mindre el än ren resistiv värme.

Vad är 12-voltsbatteriets roll?

Även elbilar har ett lågvoltssystem för styrenheter, lås, belysning och andra komponenter.

Energiförsörjningen kommer från ett separat lågvoltsbatteri som laddas från högvoltsbatteriet via en DC/DC-omvandlare.

Om lågvoltsbatteriet är urladdat kan bilen i vissa fall inte starta sina högvoltssystem trots att det stora drivbatteriet har energi kvar.

Är elbilen utsläppsfri?

Under elektrisk körning har en batterielbil inga avgasutsläpp från en förbränningsmotor.

Den totala miljöpåverkan omfattar däremot tillverkning av bil och batteri, elproduktion, däck- och vägslitage samt återvinning.

Hur stor klimatvinsten blir jämfört med en fossilbil beror därför bland annat på elmix, bilstorlek, batteritillverkning och körsträcka.

Hur laddar man säkert hemma?

För regelbunden hemmaladdning är en avsedd laddpunkt eller laddbox den rekommenderade lösningen.

Vanliga Schuko-vägguttag är avsedda för allmän användning och inte för återkommande hög belastning under många timmar. Dåliga kontaktövergångar kan ge varmgång och brandrisk.

Laddboxen och den fasta installationen ska anpassas till fastighetens elanläggning och installeras av ett företag som får utföra arbetet.

kW och kWh betyder olika saker i en elbil

Kilowattimmar, kWh, beskriver hur mycket energi batteriet kan lagra. Kilowatt, kW, beskriver effekt — till exempel hur snabbt en motor kan leverera arbete eller hur hög laddningseffekt bilen tar emot vid ett visst ögonblick.

Ett stort batteri i kWh innebär därför inte automatiskt snabb laddning. Laddhastigheten beror också på bilens batterisystem, laddstationens kapacitet, batteriets temperatur och laddningsnivå.

Vart tar energin vägen mellan batteriet och hjulen?

Energin passerar flera steg: batteriet levererar likström, invertern styr strömmen till elmotorn och motorn omvandlar elektrisk energi till rörelse. Förluster uppstår bland annat som värme i batteri, kraftelektronik, motor, transmission och däck.

Regenerativ bromsning kan återföra en del av rörelseenergin till batteriet, men inte all. Luftmotstånd, rullmotstånd, värme och andra förluster gör att energi alltid går förlorad under körning.

Vanliga frågor

Har en elbil växellåda?

Den har normalt en reduktionsväxel, men de flesta batterielbilar behöver inte en konventionell flerstegad automat- eller manuell växellåda.

Laddas batteriet helt när man bromsar?

Nej. Regenerativ bromsning återvinner bara en del av bilens rörelseenergi och är begränsad av effekt, batteritillstånd och fysikaliska förluster.

Kan man alltid snabbladda med laddarens maxeffekt?

Nej. Bilen bestämmer hur mycket effekt batteriet kan ta emot vid den aktuella laddningsnivån och temperaturen.

Kan man ladda i ett vanligt vägguttag?

Det kan förekomma som tillfällig lösning under rätt förutsättningar, men Elsäkerhetsverket avråder från regelbunden elbilsladdning i vanliga Schuko-uttag och rekommenderar en avsedd laddpunkt.