Elbiler. o Jeg har lært en masse både om teknologien, historien og fremtidens muligheder.

Transkript

1 Dette projekt er lavet af Bjarke Nilsson (7. klasse, Rønde Grundskole). Jeg har arbejdet med projektet i valgfaget, Opfinderhjørnet på Syddjurs Ungdomsskole - Center Rønde. 1. Valg af emneområde: Teknologisk emne Mit projekt har hovedvægt på teknologiske emner, selvom jeg selvfølgelig også vil berøre emner (underemner) indenfor fysik (bl.a. induktion), geografi og samfundsfag (bl.a. elbilernes historie). 2. Baggrund for projektet: Det har været enormt spændende og sjovt at arbejde med dette projekt af flere grunde: o Jeg har fået mulighed for at lave mange spændende forsøg og eksperimenter. o Jeg har kunnet bygge mine egne modeller af små elbiler, der kan køre rigtigt. o Jeg har lært en masse både om teknologien, historien og fremtidens muligheder. Min interesse for elbiler begyndte, da jeg læste nogle artikler i Illustreret Videnskab (se litteraturlisten). På Opfinderhjørnet har jeg også læst rapporter og bøger (se litteraturlisten) og set små film frayoutupe og etrans om elbiler. Det overordnede formål med mit projekt har hele tiden været, at søge ny viden om elbiler og at undersøge om der findes nogle løsninger på de ulemper, vi ser i øjeblikket - især fordi nutidens elbiler ikke kan køre ret langt på en opladning. 3. Planlægningen af projektet (hypotesen): Jeg er nået frem til følgende hypotese: På samme måde som vi i dag kan oplade vores elektriske tandbørster ved hjælp af induktion, vil vi i fremtiden kunne oplade vores elbiler ved hjælp af induktion. For at underbygge min hypotese har jeg lavet forsøg og eksperimenter, der viser, at når man kører en bil (læs: spole) hen over nogle magneter, så opstår der induktion. Jeg har også lavet eksperimenter med induktion ved hjælp af opladere til elektriske tandbørster (ladestandere). Jeg har gennemført mine forsøg og eksperimenter i modelstørrelse med de spoler, magneter og opladere til elektriske tandbørster, som skolen har kunnet stille til rådighed. Mine modeller af elbiler er derfor heller ikke 100 % kopier af rigtige elbiler. Mine forsøg og eksperimenter viser, at det er praktisk muligt at overføre energi trådløst ved induktion til elbiler. Hvordan kan disse erfaringer overføres til det virkelige liv? Fordele og ulemper skal opvejes og der skal findes svar mange flere spørgsmål: Hvilken form for energioverførsel ved induktion er mest effektiv? Hvad vil det koste at udvikle dette (disse) systemer? O.m.m. 4. Konklusion og perspektivering: Elbiler Mine resultater lægger op til, at jeg (nogen) gennemfører de samme forsøg i større skala, at jeg (nogen) går i gang med den spændende opgave at videreudvikle og designe induktions ladestandere til fremtidens elbiler og at jeg (nogen) forsker yderligere i overførsel af energi ved induktion. Jeg kunne enormt godt tænke mig at arbejde videre med mit projekt om elbiler og især med mulige løsninger på problemerne omkring opladning. I øjeblikket er jeg mest optaget af videreudvikling og design af induktions ladestandere. Dette projekt havde ikke været muligt uden rådgivning og hjælp. Jeg vil derfor sige tak til: Etrans - Kolding Designskole, Syddjurs Ungdomskole - Center Rønde og min lærer Finn Skaarup Jensen.

2 8 gode grunde - til at vælge el-biler 1. El-biler gør os mindre syge for de sender ikke nogen udstødningsgasser direkte ud i miljøet. 2. El-biler bruger lokal energi man er ikke afhængig af én energikilde, men kan udnytte energien fra Solen, vinden, vandet o.s.v. 3. Vi kan ikke løse CO 2 -problemet uden elbiler 94% af Danmarks CO 2 -udledning fra transportsektoren kommer fra vejene, så en ny teknologi er nødvendig. 4. El-bilerne kan udnytte overskuddet af energi fra vindmøller og bruge den strøm, der produceres af vindmøllerne om natten. 5. El-biler kan udnytte energien 3-4 gange bedre end de nuværende benzinbiler og dieselbiler, der udnytter 20-30% af energien el-biler udnytter 85-95% af emergien. 6. El-biler er dyre at købe, men billige at køre i el-biler har færre sliddele, så der bliver færre af de dyre reperationer. 7. El-bilen er en realistisk mulighed for de fleste en el-bil med en rækkevidde på 120 km kan dække mellem 80% og 90% af danskernes daglige behov for transport i personbiler. 8. El-biler støjer ikke.

3 Induktion Elbiler kan ikke køre særligt langt på en opladning, og opladningen tager meget lang tid. Det er netop det, de fleste syntes, der er dårligt ved elbiler. Men jeg har måske en løsning: Induktion. Når man bevæger en magnet i forhold til en spole, så induceres der en spænding. Denne lov kan man udnytte f.eks. i et induktionskomfur og ved opladning af eltandbørster. Men man kan også udnytte det i elbiler? Når man kører langt i en elbil, oplever man ofte, at man løber tør for strøm halvvejs. Og så kommer der en ventetid på (måske) 7-9 timer, hvor man må vente på, at bilen bliver laddet helt op. Dette kommer man ikke ud for med benzin- og dieselbiler, og det er så fordelen ved disse biler. Men måske kan udviklingen vendes, så at elbiler også kan køre langt på en opladning. F.eks. kan man lægge et magnetbånd ned i vejene, så bilen bliver induktivt opladet, mens man er på farten. Det tester man i øjeblikket i sydkorea hvor man har nedgravet magnetbånd i vejbanen. Man er fortsat i en testfase, men har lovende resultater og derfor en vision om at viderudvikle konceptet. Projektet the online electrik vehicle (OLEV) drives af korea advanced institute of science technology (KAIST) i samarbejde med university of california (BERKELEY) i USA. Det kunne også være en god ide at lægge elektromagneter i p-pladser. Det vil måske være smart, når man har travlt, for så behøver man ikke at sætte ledninger i ladestandere på alle de steder man parkerer. Med induktion kan bilen blive opladet af en elektromagnet lige på det sted, man har parkeret, uden at man behøves gøre noget! Se tegning

4 Med induktiv ladning som vist på tegningen, skal man bare sende vekselstrøm gennem primærspolen. Den vil så blive en magnet som svinger i tagt med vekselstrømmen. Derfor induceres der en spænding i sekundær-spolen under bilen. Det er denne strøm, der lader bilen op. Uanset om man vælger at lave magnetbånd i vejbanen, eller om man sætter elektromagneter i p- pladserne, så vil induktiv opladning være nemmere at have med at gøre, og formindske risikoen for elulykker. Det er sikkert en dyr løsning, der endnu ikke er færdigudviklet, men General Motors har gennemført nogle tests med induktiv ladning og valgt en induktiv tilslutning i deres batteridrevne tosædede EV1. Nissan oplyser at de i deres kommende elbil også har et system til induktiv ladning. Sidste nyt I den netop udkomne bog: Alt om elbilen, af Ivan Loncarevic, København 2011, har jeg læst, at den amerikanske virksomhed Evatran for kort tid siden (i efteråret 2011) installerede en trådløs oplader ved Googles hovedkvarter i San Fransisco:.. De har kaldt systemet for Plugless Power. Det er den første offentlige installering af et system, som kan gøre opladningskabler overflødige. Opladningen virker ved elektrisk induktion, hvor der skabes et kraftigt magnetfelt i en enhed i asfalten på parkeringspladsen. Det kraftige magnetfelt igangsætter en induktionsproces i en modtager (spole) inde i bilen, og på denne måde bliver bilen opladet. Foreløbigt er magnetadapteren, der gør den trådløse opladning mulig, blevet eftermonteret i et enkelt el køretøj, som en forsøgsordning. Evatran satser på at gøre systemet bredt tilgængeligt fra i år (2012)... citat slut. Der var endda to små fotos af Plugless Power : Evatrans trådløs oplader Forsøgsbilen der kan oplades trådløst

5 Forsøg med induktiv opladning Opladeren til en elektrisk tandbørste er i virkeligheden en spole, der er kapslet ind i plastik. Når der går vekselstrøm igennem spolen, bliver den til en magnet, der svinger i takt med vekselstrømmen. Når man så placerer en anden spole ovenpå (f.eks. i tandbørsten), vil der så induseres en strøm i denne spole. Det kan jeg vise ved forsøg: Matrialer 1 oplader (til eltandbørste) 2 ledninger 2 krokodillenæb 1 spole (400 vindinger) 1 extra ledning (gerne lidt stiv) 1 lysdiode 1 multimeter Hvordan De to ledninger monteres med den ene ende på spolen, og krokodillenæbene monteres i den anden. Krokodillenæbene skal bide fast i lysdioden (pas på den ikke kortslutter) se foto 1. Derefter skal man bare placere spolen på opladeren, præcis som man normalt placerer sin elektriske tandbørste se foto 2. Lysdioden vil LYSE. Dermed er det bevist, at der induceres en spænding i spolen. Foto 1 Foto 2 Man kan også bevise, at den inducerede spænding afhænger af, hvor mange vindinger, der er på spolen se foto 3.

6 Foto 3 Magneter i kørebanen Her har jeg lavet en lille spole af en lidt stiv ledning. For at bruge mit voltmeter (=), har jeg beholdt lysdioden i kredsløbet. Forsøget viser, at jo flere vindinger jeg presser ned over opladeren, jo større spænding kan jeg aflæse på voltmeteret. Dermed er det bevist at den inducerede spænding afhænger af antallet af vindinger. På samme måde kan man bevise, at jo tykkere ledning jo større spænding Jeg har også lavet et forsøg, der kan bevise, at når man kører en bil (læs: spole) hen over nogle magneter, så opstår der induktion. Se foto 4 Matrialer 1 drejespoleinstrument (voltmeter) 2 ledninger 5 (eller flere) neudymium magneter (her - forgyldte og med hul i midten placeret i en vejbane ) 1 spole (1600 vindinger) Ledninger fra drejespoleinstrumentet monteres til spolen. Kør herefter spolen hen over magneterne, og du vil se, at der induceres en spænding. Dette vil kunne give fordele især nær elbiler skal bremse og når elbiler skal køre ned ad bakke se foto 4 Foto 4

7 Modeller For at kunne vise mine ideer, og for at kunne eksperimentere med bl.a. elbilernes design, gearing, strømforsyning, ladestationer og meget andet, har jeg bygget forskellige modeller af elbiler og også af en fremtidens by med induktions ladestande og magnetbånd i vejene. Her følger en kort beskrivelse af nogle af disse modeller: Model af hybridbil med remgear Bilen er en elbil, hvor energien først og fremmest kommer fra et AA batteri. Batteriet kan blive ladet op af kraftværker, vandkraftværker, vind og meget mere. Men bilen har også en solcelle, som er forbundet til batteriet, så når der er sol bliver batteriet opladet. Mens den kører eller når den står stille. Den kan f.eks. stå parkeret, mens den oplader. Bilen har remgear. Det vil sige at der er et (lille) remhjul på motoren og et (stort) remhjul på akslen mellem (i dette tilfælde) forhjulene. Energien overføres så fra motor til forhjul med drivrem (her elastik). Jeg kalder denne bil for en High speed car, for den kører hurtigere end mine biler med snekkegear. Til gengæld har disse biler ikke så stor trækkraft som snekkebilerne.

8 Model af Of-roader med snekke gear På denne bil overføres energien fra motoren til akslen ved hjælp af et snekke hjul og et tandhjul (se foto). Der er meget færre tænder på snekkehjulet end på tandhjulet.derved får det bilen til at køre langsommere, men så kommer der også mere kraft i trækket, så den lettere kan passere forhindringer.

9 Dette er et billede af mit Fremtidens landskab med en induktions-ladestander helt ude til højre. Til udstillingen vil jeg også lave et stykke vej, hvor der er magnet-bånd i vejen (se tidligere beskrivelse af mine forsøg). Modellandskabet er ikke helt færdigt (på billedet), for jeg har tænkt mig at arbejde videre med flere detaljer.

10 Elbilens historie Den første elbil var blot en hestevogn, som den skotske opfinder Robert Anderson ombyggede til et elektrisk køretøj. Den blev lavet i 1832 og betragtes som den første elektriske bil i verdenshistorien. Man kender ikke til mange af de tekniske detaljer omkring bilen, men man ved at den var forsynet med blybatterier, der ikke kunne genoplades. I 1859 opfinder den franske fysiker Gaston plantѐ det genopladelige blybatteri og derved muliggør han viderudvikling af elbilerne. Der går dog yderligere 40 år før de første brugbare elbiler ser dagens lys, for i USA hvor Pope Manufacturing Comp. I Connecticut og Electric Carriage & Waggon Factory i Philadeplia i 1895 starter en masseproduktion af elbiler som blandt andet skulle bruges til taxakørsel i New York. Gadebillede fra New York cirka år 1900 bemærk elbiler og elektriske taxaer. Den kendte amerikanske opfinder Thomas Alva Edison påbegynder i 1899, fast overbevist om at alle biler vil blive elektriske med tiden, udviklingen af mere holdbare og genopladelige blybatterier. Det lykkedes også at forbedre blybatteriernes levetid og kvalitet, men ikke at forbedre batteriernes kapacitet. Blybatterier forblev at være for tunge, store og dyre at producere, og elbilens kørerækkevidde forblev omkring de 40 km. Pr. opladning. Thomas Edison (tv) i samtale

11 I starten af det 20. århundrede besad elbilerene dog mange fordele. Elbiler var næsten lydløse og skulle ikke varmes op flere timer inden brug som f.eks. dampkøretøjere skulle. De var også meget hurtigere end både benzin- og dampdrevne køretøjer kunne. F.eks. i 1899 opnåede Cammille Jenatzy verdenshastighedsrekorden i en elbil som kørte med en tophastighed på 105 km/t, som var uopnåelig for benzin- og dampdrevne biler (se næste side). I starten af det 20. århundrede så det ud til at elbiler ville indtage verden. 33% af alle biler i de større amerikanske byer var eldrevne og, kun omkring 20% var benzinbiler. Produktionen af elbiler i USA toppede i 1912, men faldt stødt derefter. Den primære årsag til, at masseproduktionen af elbiler stoppede, var at Henry Ford havde lavet den berømte og syccesfulde T-model med benzinmotor. Henry Ford indførte som den første samlebåndet på sine fabrikker. Billedet viser produktion af Ford T cirka år T-modellen var meget billigere end de fleste elbiler. Den billigste elbil kostede omkring dollar, mens T-modellen kostede blot 600 dollar. Det var kun de velhavende der havde råd til en elbil, og som i bedste fald havde en kørerækkevidde på 40 km. pr. opladning, og som skulle oplade hele natten, mens enver lønarbejder kunne købe en ford til en femtedel af elbilens pris, og så fik man oven i købet et køretøj der kunne køre 200 km. På en tank, der kunne genopfyldes på blot ti minutter.

12 La Jamais Contente 1899 La Jamais Contente blev bygget i Belgien og det franske navn betyder i virkeligheden den aldrig tilfredse. Denne elektriske bil var (som nævnt) den første bil, der kom op på en hastighed på over 100 km/t. D. 29. april 1899 satte bilen ved testkørsel nær Paris ny verdensrekord med en dokumenteret tophastighed på 105,8 km/t. Det var producenten og designeren af bilen ingeniøren og racerbilkøreren Camille Jénatzy, der selv kørte bilen ved rekordforsøget. Camille Red Devil Jénatzy havde benzin i blodet, og han er citeret for at sige, at han ville dø i sin Mercedes. Denne profeti kom til at gå i opfyldelse, da han 45 år gammel i 1913 deltog i en jagt sammen med nogle venner. Camille Jénatzy havde gemt sig bag en busk og imiterede dyrelyde, for at lokke jagtbyttet nærmere. Det gjorde han så godt, at hans venner ved en fejl kom til at skyde ham. Camille Jénatzy døde derefter i sin Mercedes på vej til hospitalet. Kilder: Opladning af elbiler // en global status, Eva G. Jansson, e-trans 2011; Alt om elbilen, Af Ivan Loncarevic, København 2011; Allan Schmidt, e-trans 2012 og internettet, bl.a.: