Yearly Archives: 2013
Wednesday, December 18, 2013

Realism och visioner på Nordbatt 2013

Denna artikel är endast publicerad på engelska >>


Tuesday, December 3, 2013

Strukturella batterier – en unik kompromiss för lättare elbilar

Batteriets vikt är ett av de största problemen med dagens el- och hybridfordon. Genom att göra batterierna till en del av karossen kan vikten minskas avsevärt. I ett nyligen avslutat EU-projekt om strukturella batterier, deltog bland andra en av SHCs medlemmar – professor Patrik Johansson från Teknisk Fysik, Chalmers.

– Vi har undersökt material som kan lagra och leverera energi och samtidigt bära last, berättar Patrik Johansson. Tanken är varken att göra det bästa energilagret eller den bästa mekaniska hållfastheten. Men kompromissen, ’multifunktionaliteten’, är helt unik.

Batterierna görs som laminat och är extremt hållfasta. Patrik Johansson visar något som liknar en kolfiberväv, några millimeter tjock.

– Det här är en komposit av glasfiber och kolfiber. Den är formbar som vilken komposit som helst. Inuti finns elektrolyt, som i det här fallet inte är en vätska utan en gelpolymermatris. I vår forskargrupp har vi framför allt undersökt transportegenskaperna i elektrolyten.

Structural battery close-up
Batteriets anod och katod består av kolfibrer, en glasfiberväv fungerar som separator – med en speciell elektrolyt i – medan strömledaren är av kopparfolie.

Kompositmaterial för minskad vikt
De tunna, platta batterierna formas som en del av bilens kaross. På så vis kan de delar av fordonet som behöver mekanisk styrka även utnyttjas till att lagra energi. Till exempel har man integrerat batterier i motorkåpan, där plåten ersätts av det lätta kompositmaterialet. Vinsten blir en avsevärt lägre vikt. Konstruktionen gjordes hos Volvo Personvagnar som också deltagit i projektet.

– Med den här grundidén frångår man tanken på batteriet som en ”börda” för fordonet, säger Patrik Johansson. Det konceptuella tänkandet tar vi med oss in i nya projekt.

Car model with structural battery top
Att kombinera energilager med mekanisk hållfasthet är en unik kompromiss. I modellen ovan har takets plåt ersatts med ett strukturellt batteri.

Kan delvis ersätta traditionella bilbatterier
De strukturella batterierna är tänkta att ge tillräckligt med energi för att avlasta det traditionella 12-voltsbatteriet och kan även laddas från en extern källa. Däremot räcker de troligen inte för framdrivning av en elbil.

– Vi kommer inte att kunna få in tillräckligt med energi för att lösa framdrivningen, som jag ser det idag, säger Patrik Johansson.

Många frågor återstår att lösa när det gäller integrering av batterierna i fordon för verklig produktion, men Patrik Johansson tror ändå att strukturella batterier har framtiden för sig.

– Ja, det tror jag. Däremot är det inte alls säkert att det blir för fordon i slutändan. Fordon ställer stora krav på säkerhet, kostnad och återvinning. Men det kanske finns tillämpningsområden i framtiden som vi idag inte tänker på. Det är grundidén som är det häftiga!

Professor Patrik Johansson
I forskningen kring strukturella batterier möts grundforskning och teknologisk applikation. – Man måste titta på den här typen av innovativa lösningar, tycker Patrik Johansson.

EU-projektet STORAGE avslutades i juni 2013.
Svenska medlemmar:
Volvo Personvagnar
Chalmers tekniska högskola – Institutionerna Teknisk fysik samt Material och tillverkningsteknik
ETC
Swerea Sicomp

Text och bild: Emilia Lundgren


Monday, November 18, 2013

Energieffektivisering attraktivt för tunga fordon

Kartläggning av energiförbrukning och energiåtervinning ur hydrauliksystem är några av de frågor som intresserar tillverkare av arbetsfordon.

Anders GrauersAnders Grauers, Chalmers, drivlineexpert inom SHC, var nyligen inbjuden att tala om drivlinelösningar på en workshop om energieffektivisering, arrangerad av föreningen Tunga fordon. Föreningen är en sammanslutning av fordonstillverkare i södra Sverige, med inriktning på arbetsfordon inom skog, entreprenad och tung materialhantering.

Nådde ni några spännande resultat på workshopen?
-Ja, ett intressant resultat var att en ändring i drivlinan som kan öka produktiviteten hos fordonet hade ett större värde än att bara minska bränsleförbrukningen. Ökad produktivitet kommer normalt även att leda till lägre bränsleförbrukning per arbetsuppgift maskinen utför. Det kan alltså vara av intresse att undersöka om hybridisering kan öka produktiviteten, t.ex. genom att öka precisionen och snabbheten i styrningen av drivlinan.

Vad berättade du om?
-Jag berättade om de skäl som finns att hybridisera, där bränslebesparing är en viktig orsak. Jag beskrev också hur hybridisering påverkar ett fordon på många olika sätt, och visade hur man kan resonera för att avgöra vilka lösningar som passar vilka fordon. För att inspirera till att tänka fritt kring olika aspekter av hybridisering, gav jag exempel från vitt skilda typer av fordon där man kan se att de inte alls använder samma lösning och att motiven för att hybridsera är helt olika. Slutligen beskrev jag att det finns en stor skillnad mellan vad som efterfrågas och är lönsamt idag och vilka krav som ställs på fordonen i framtiden.

Vad är skillnaderna för drivlinor för arbetsfordon jämfört med vägfordon?
– Skillnaden mellan olika arbetsfordon är ofta minst lika stor som skillnaden mellan vägfordon och arbetsfordon, det finns inget enkelt sätt att uttala sig om arbetsfordon som grupp. Men en stor skillnad mellan vägfordon och arbetsfordon är att energin som går åt till framdrivning ofta bara är en liten del av den totala energiförbrukningen hos fordonet och att det därför ibland kan vara viktigare att studera energiåtervinning i andra delar av fordonet än just framdrivningen.

Kan man säga något mer specifikt om de typer av fordon som tillverkas av Tunga fordons medlemsföretag?
-En viktig faktor är att de aktuella arbetsfordonen görs i små serier. Därför är det är inte rimligt att utveckla delar som är specialanpassade för just bara en fordonstyp, utan komponenterna som krävs måste passa många olika fordon.

Kan några studier gjorda inom SHC vara intressanta för Tunga fordon?
-Ja, det fanns ett stort intresse på workshopen av att kartlägga energiförbrukningen i fordonen för att veta vilken potential till bränslebesparing olika lösningar kan ha. En sådan analys kan dra nytta av flera av de metoder för energistudier som gjorts inom SHC.

Vad ställde workshopens deltagare för frågor till dig?
-De frågade om hur man hybridiserar tunga vägfordon och var nyfikna på vad som skiljde eller var lika mellan hybridisering av deras fordon och traditionella lastbilar och bussar. I den delen av workshopen där det diskuterades framtida projektförslag talades det mycket om hydrauliksystemen och om det går att återvinna energi ur dem på ett kostnadseffektivt sätt.

Var befinner de sig i en eventuell rörelse mot hybridisering?
-Det skiljer sig så klart åt mellan de olika företagen, där vissa jobbar med eller har undersökt möjligheten med hybridisering och andra inte har mer än ställt sig frågan om vad det skulle kunna innebära för dem. Det är också viktigt att förstå att det som företagen strävar mot är att erbjuda fordon med bra egenskaper till ett attraktivt pris. Hybridiseringen är alltså inte ett mål i sig själv utan ett av flera möjliga sätt att skapa ett kostnadseffektivt fordon.

Workshopen Energieffektivisering genomfördes inom ett samarbetsprojekt med Chalmers energiinitiativ.

Tunga fordon drivs av SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut. Medlemmar: Volvo CE, SP Maskiner, Svetruck, Semcon, Ljungby Maskin, Gremo, Cargotec, Alucrom, Dasa Control Systems, Kärcher-Belos, Fogmaker International, Rottne Industri AB

Text: Emilia Lundgren
Bild: Oscar Mattson


Monday, November 18, 2013

Loggdata ska ge relevanta körcykler för hybrider

Med hjälp av stora mängder loggdata ska nya, relevanta körcykler med specifika egenskaper kunna genereras. Inom SHC startar nu ett projekt om körcykler för hybridbilsindustrin .

Lars NielsenLars Nielsen, professor vid Linköpings universitet, driver projektet och handleder en av de två doktoranderna. Lars berättar att användningen av körcykler i bilindustrin ökar alltmer, men att de hittills varit besvärliga att generera och har kritiserats för att inte vara anpassade till den verkliga kundgruppens förutsättningar.  När forskarna nu börjar utnyttja data från exempelvis gps  öppnar det för nya möjligheter att målgruppsanpassa bilar och korrigera eventuella misstag tidigare i produktionskedjan.

– Nu kan vi använda oss av stora mängder loggade data från verkliga fordon och väga in faktorer som land, årstid och klimattyp, förklarar Lars Nielsen. Att på det här viset systematiskt använda sig av stora mängder data för att ta fram körcykler är nytt och nästan obeprövat.

Ytterligare möjligheter för hybridfordon
För hybridfordon innebär tillgången till loggdata ytterligare möjligheter att testa hur drivlinan kan utnyttjas optimalt. Ur körcykeln kan man utvinna belastningkurvor för förbränningsmotorn eller för enskilda hybridkomponenter.

-Det finns inte så mycket tidigare kunskap om hybridbilar, förklarar Lars Nielsen. Därför vill man kunna göra ännu fler studier innan lansering av en hybridbil. Relevanta körcykler  gör det möjligt att studera t.ex. hur batteriet påverkas eller energistyrningen agerar vid olika typer av körning.

Söker metodik för användning  av loggdata
Det finns ännu ingen etablerad metodik för hur loggade datamängder ska användas i arbetet med körcykler.Forskningen kommer bland annat att handla om hur sådana metodiker skulle kunna se ut.

-Vi frågar oss hur man kan beskriva en stor databas med statistiska mått och från den generera en körcykel med samma statistiska mått, berättar Lars Nielsen. Vi vill också undersöka hur lång cykeln behöver vara för att man ska vara säker på att ha fått med alla relevanta data, och vilka karakteristika som måste vara med.

Forskarna vill ta fram ett antal cykler som är likvärdiga men inte exakt samma, och som på ett karakteristiskt sätt beskriver vad fordonet genomgår. Genom jämförelse kan man bedöma körcyklernas relevans och undvika felaktiga slutsatser.

I projektet ingår forskare från Chalmers och Linköpings universitet, varav två doktorander.

Medverkande inklusive styrgrupp:

Lars Nielsen, LiU
Jonas Sjöberg, Chalmers
Anders Grauers, Chalmers
Viktor Judez, Chalmers
Peter Nyberg , LiU
Sören Eriksson, VCC
Mattias Björkman, Scania
Sixten Berglund, AB Volvo

Text: Emilia Lundgren
Foto: Peter Modin


Tuesday, October 8, 2013

Fyra frågor till Daniel Wanner

Daniel Wanner håller i dagarna sitt licentiatseminarium med titeln ”Faults and their influence on the dynamic behaviour of electric vehicles”.

Du har tagit fram en metod för att analysera och klassificera  feltoleranta lösningar för elfordon. Varför tycker du det är viktigt?
– Med elektrifiering av fordon följer nya funktionaliteter för säkerhet, komfort och köregenskaper. Men det händer att fel uppstår även i de här innovativa systemen. Då är det viktigt att veta vilken typ av fel i systemen som orsakar vilken sorts fel i fordonet.

Vad har du fokuserat på?
– Jag fokuserade på fel i den elektriska drivlinan. Dessa komponenter är nya för bilindustrin och egenskaperna är inte lika välkända som förbränningsmotorns.

Over-actuated fault tolerant HEVs
Ovan: Ett fordon med och utan feltolerant reglerstrategi. När ett fel  inträffar som bromsar vänster bakhjul klarar bara bilen med feltolerant styrning (grön bana) att behålla stabiliteten och undvika en olycka. 

Vad har varit den största utmaningen i arbetet?
– Den största utmaningen har varit att begränsa arbetet. När jag började på doktorandtjänsten gjordes en mycket bred definition av projektet. Men för att kunna analysera något i detalj behövs en snävare omfattning. Detta var ett viktigt steg i mitt arbete. Sedan kan resultaten användas för att dra mer generella slutsatser.

Seminariet hålls om några dagar. Hur kommer du att fortsätta därefter?
-Efter att felen analyserats och klassificerats kommer jag att använda resultaten för att hitta nya reglerstrategier som kan se till att bilen håller sig kvar på vägen trots fel. Jag kommer att implementera strategierna i en fordonsprototyp för att se om resultaten från mina simuleringar stämmer med verkliga experiment.

Daniel Wanners seminarum hålls på KTH den 18 oktober 2013.

Läs mer om forskningsprojektet >>