Mindre batterier när bilar kan ta elvägen

Om en elbil laddar medan den körs kan storleken på batteriet minskas med upp till 70 procent och belastningen på elnätet fördelas ut över dygnet. Att ladda i farten passar de flesta – men inte alla. Det visar en ny studie från Chalmers, där man för första gången kombinerar forskning om så kallade elvägar med verkliga körmönster. 

Den svenska regeringen har föreslagit ett förbud mot nya bensin- och dieselpersonbilar från 2030 för att sänka koldioxidutsläppen. Motsvarande inriktning finns i övriga Europa – och andelen eldrivna fordon ökar. I takt med den utvecklingen ställs samhället inför tuffa utmaningar, inte minst när det gäller belastning på elnätet, och hur fordonen ska laddas.

Olika sätt att ladda fordon i farten

I flera länder, bland annat Sverige, Danmark och Tyskland, testar man om det som kallas elvägar eller electric road system (ERS) kan användas för att elektrifiera vägnätet. ERS laddar fordonen under körning med antingen slingor i eller vid sidan av vägen, eller med ledningar som går i luften ovanför fordonen, liknande som för spårvagnar och tåg. Alla varianterna gör att fordonen inte behöver stå stilla för att ladda och behovet av att lagra energi i batteriet minskar.

Nu har forskare från Chalmers använt sig av data från över 400 personbilar för att kunna studera verkliga körmönster på olika delar av svenska riks- och Europavägar. De har sedan använt datan och gjort beräkningar av till exempel batteribehov, laddmönster och totalkostnader.

Mindre batterier ger lägre kostnader

Resultatet visar att en kombination av elvägar på 25 procent av de mest trafikerade riks- och Europavägarna och hemmaladdning skulle vara optimalt. Batterierna, som står för en stor del av kostnaden för en elbil, kan blir betydligt mindre – i bästa fall bara en tredjedel av dagens storlek.

– Vi ser att det går att minska den nödvändiga räckvidden på batterier med drygt två tredjedelar om man kombinerar laddningen på det här sättet. Det skulle minska behovet av råvaror till batterier och elbilen kan dessutom bli billigare för konsumenten, säger Sten Karlsson som tillsammans med forskarkollegorna Wasim Shoman och Sonia Yeh, står bakom studien ”Benefits of an Electric Road System for Battery Electric Vehicles”.

Andra positiva effekter är att topparna i elförbrukningen skulle minskas om bilförarna kompletterade med elvägsladdning och inte helt förlitade sig på hemmaladdning.

– Många laddar ju bilen efter jobbet och under natten vilket skapar stor ansträngning för elnätet. Genom att i stället ladda mer fördelat över dagen skulle toppbelastningen minska avsevärt.

Begränsad nytta i glesbygd

Men olika grupper av bilister har också olika förutsättningar för att gynnas av kombinationen stationär laddning och ERS.

–  Det är mycket stora skillnader mellan olika grupper, beroende på körmönster och närheten till elvägar. Vissa skulle klara sig på enbart elvägsladdning, medan andra inte skulle kunna utnyttja möjligheten alls, Wasim Shoman.

– Vi ser till exempel att de som bor på landet skulle behöva närmare 20 procent större räckvidd på sina batterier jämfört med dem som bor i en större stad.

Studien visar också att små batterier inte med automatik skulle göra att man laddar genom ERS.

– Bara för att man kan ladda, betyder det inte att konsumenten vill göra det vid varje tillfälle. Det blir därför oerhört viktigt hur affärsmodellen ser ut, eftersom nyttor och kostnader kan komma att fördelas ojämnt. Och det finns inga beslut än på hur affärsmodellen ska se ut, säger Sten Karlsson.

Fakta om elvägar i Sverige

Det finns några kortare teststräckor med olika tekniker för elväg i Sverige, bland annat i Lund och på Gotland, men den första piloten med en permanent elväg är nu på gång. Det är Trafikverket som bygger en 21 kilometer lång sträcka mellan Örebro och Hallsberg utmed E20. Elvägen beräknas vara klar 2026. Du kan läsa mer om projektet på Trafikverkets hemsida.

Mer om den vetenskapliga studien och resultaten

• Artikeln ”Benefits of an Electric Road System for Battery Electric Vehicles” har publicerats i World Electric Vehicle Journal och är skriven av Chalmersforskarna Wasim Shoman, Sten Karlsson och Sonia Yeh.
• Elvägar – Electric Read System, ERS – övervägs först och främst för lastbilar för att de ska kunna köra längre sträckor med mindre batterier, och slippa väntetid för laddning, men även kan privatbilar kan gynnas.
• Detta är den första studien som simulerar batteriladdning genom att i detalj studera rörelsemönstren för 412 privatkörda bilar på delar av svenska riks- och Europavägar. Syftet var att studera vilka eventuella fördelar det kan finnas med så kallad elväg eller electric road system (ERS) där bilarna laddar under tiden de körs. Utifrån underlaget beräknade de till exempel batteribehov, laddmönster och totalkostnader. Forskarna jämförde tre laddscenarier, ett med både stationär laddning och ERS, ett med enbart stationär laddning och ett med uteslutande ERS-laddningsinfrastruktur. Lastbilar eller bussar ingår inte i analysen varför eventuella fördelar för dessa tillkommer.
• Kombination av ERS och hemmaladdning är optimal och minskar batteribehovet med 62–71 procent i bästa scenariot. Nettobesparingarna för bilägaren från mindre batterier överstiger kostnaden för ERS.
• Batteriets medianräckvidd som krävs av boende på landsbygden är 15–18 procent större än för stadsbor.
• Att sluta med stationär laddning är möjligt för många men inte alla fordon.
• Att använda ERS kan också minska toppen av laddning genom att fördela laddning under hela dagen.
• Forskningen har finansierats av Mistra och styrkeområde energi på Chalmers tekniska högskola.
• Läs gärna även en tidigare studie från Chalmers: ”If Electric Cars Are Good for Reducing Emissions, They Could Be Even Better with Electric Roads”.

För mer information, kontakta:

Sten Karlsson, docent emeritus, institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap, Chalmers tekniska högskola,
031 772 31 49, sten.karlsson@chalmers.se

Wasim Shoman, forskare, institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap, Chalmers tekniska högskola,
031 772 17 29, wasim.shoman@chalmers.se

Sonia Yeh, professor, institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap, Chalmers tekniska högskola,
031 772 67 16, sonia.yeh@chalmers.se

Bildtext: När fordon kan laddas medan de körs behövs inte lika stora batterier och då kan både miljöpåverkan och kostnader minska, visar ny forskning från Chalmers.  I Sverige blir den första permanenta elvägen en 21 kilometer lång sträcka mellan Örebro och Hallsberg. Trafikverket leder projektet och vägen beräknas vara klar 2026. Än så länge är det inte beslutat vilken typ av laddteknik som ska användas.

Foto: Trafikverket | WSP