– Elmotorn erbjuder en rad nya möjligheter som en dieselmotor inte kan matcha. Men också en del utmaningar, säger Liselott Ericson, biträdande professor på avdelningen för fluida och mekatroniska system vid Linköpings universitet.
Hur funkar egentligen hydraulik?
– Traditionellt sett har man en pump, ofta driven av en dieselmotor. Den levererar ett flöde som gör att ett tryck byggs upp. I sin tur skapar det en kraft som medför en rörelse. Ventiler används sedan för att distribuera och styra flödet till olika funktioner, förklarar Liselott Ericson.
I det här sammanhanget kretsar LiU-forskningen kring mobila arbetsmaskiner, vilket inkluderar allt från lastbilskranar till grävmaskiner. Klimatmässigt finns goda skäl att gå över till eldrift. Enbart entreprenadmaskiner utgör cirka en procent av koldioxid-utsläppen i hela världen.
Foto Ulrik Svedin – Många förändringar skulle kunna göras på maskiner med förbränningsmotor för att minska CO2-utsläppen. I många fall skulle relativt små förändringar kunna minska maskinernas energiförbrukning med cirka 20 procent men elektrifieringen ger utrymme för större förändringar, säger Samuel Kärnell, postdoktor.
När man tar bort dieselmotorn i de tunga arbetsfordonen så öppnas utrymme för att förändra hela systemet, men i dagsläget är mycket fortfarande oförändrat.
– Många av de maskiner med eldrift som finns i dag, har i princip bara bytt ut motorn. Hydraulsystemet är i regel sig likt. Men det finns stor potential för förbättring där, säger Samuel Kärnell.
En stor del av kostnaden för en eldriven maskin idag är batterierna. Genom att få ner maskinernas energiförbrukning kan mindre batterier användas. Därmed kan även maskinkostnaden minska.
– Man har tidigare varit medveten om de stora förlusterna som ofta finns i konventionella hydraulsystem, men det har inte funnits tillräckliga incitament till att minska förlusterna. Nu är situationen annorlunda då energibesparingsåtgärder också kan minska inköpspriset på maskinerna.
– Intresset för eldriven hydraulik har ökat lavinartat de senaste åren. I vårt labb testar vi olika lösningar i samarbete med flera stora tillverkare av arbetsfordon, beskriver Liselott Ericson.
– En viktig aspekt är att det går att elektriskt regenerera energi som kan gå direkt tillbaka till driften, säger Liselott Ericson.
Dessutom kan man effektivare fördela effekten dit den behövs genom att sätta flera elmotorer på olika ställen på maskinen. Traditionellt har en dieselmotor drivit hela systemet.
– Vi genomför flera studier kring hur det kan nyttjas och vad det kan få för effekter. Hittills har vi sett att det kan leda till energifördelar, men också problem med svängningar i systemet som måste hanteras.
Och så är det ljudet. Man kan ju tro att det blir tyst när elmotorn kommer in och ersätter dieselmotorn. Det stämmer bara delvis. När motorn tystnar så framträder ljudet från själva hydrauliken på ett helt nytt sätt.
Hur funkar egentligen hydraulik?
– Traditionellt sett har man en pump, ofta driven av en dieselmotor. Den levererar ett flöde som gör att ett tryck byggs upp. I sin tur skapar det en kraft som medför en rörelse. Ventiler används sedan för att distribuera och styra flödet till olika funktioner, förklarar Liselott Ericson.
I det här sammanhanget kretsar LiU-forskningen kring mobila arbetsmaskiner, vilket inkluderar allt från lastbilskranar till grävmaskiner. Klimatmässigt finns goda skäl att gå över till eldrift. Enbart entreprenadmaskiner utgör cirka en procent av koldioxid-utsläppen i hela världen.
Elektrifiering skapar utrymme
När man tar bort dieselmotorn i de tunga arbetsfordonen så öppnas utrymme för att förändra hela systemet, men i dagsläget är mycket fortfarande oförändrat.
– Många av de maskiner med eldrift som finns i dag, har i princip bara bytt ut motorn. Hydraulsystemet är i regel sig likt. Men det finns stor potential för förbättring där, säger Samuel Kärnell.
En stor del av kostnaden för en eldriven maskin idag är batterierna. Genom att få ner maskinernas energiförbrukning kan mindre batterier användas. Därmed kan även maskinkostnaden minska.
– Man har tidigare varit medveten om de stora förlusterna som ofta finns i konventionella hydraulsystem, men det har inte funnits tillräckliga incitament till att minska förlusterna. Nu är situationen annorlunda då energibesparingsåtgärder också kan minska inköpspriset på maskinerna.
Största labbet i landet
Vid LiU finns Sveriges största universitetslaboratorium för hydraulik. Här arbetar forskarna med att minska energiförluster i systemen. Hållbarhet och energieffektivitet är viktiga ledord.Intresset för eldriven hydraulik
har ökat lavinartat
– Intresset för eldriven hydraulik har ökat lavinartat de senaste åren. I vårt labb testar vi olika lösningar i samarbete med flera stora tillverkare av arbetsfordon, beskriver Liselott Ericson.
Fördela effekten
LiU-forskarna nämner flera faktorer som påverkas när maskinerna elektrifieras.– En viktig aspekt är att det går att elektriskt regenerera energi som kan gå direkt tillbaka till driften, säger Liselott Ericson.
– Vi genomför flera studier kring hur det kan nyttjas och vad det kan få för effekter. Hittills har vi sett att det kan leda till energifördelar, men också problem med svängningar i systemet som måste hanteras.
Tunga batterier och varma komponenter
Det finns flera andra utmaningar med elektrifieringen. Till exempel är batterierna fortfarande tunga, och komponenter som motorer och batterier får varken bli för varma eller för kalla.Och så är det ljudet. Man kan ju tro att det blir tyst när elmotorn kommer in och ersätter dieselmotorn. Det stämmer bara delvis. När motorn tystnar så framträder ljudet från själva hydrauliken på ett helt nytt sätt.
Ett mer högfrekvent ljud som är ganska störande för människor
– Det är ett mer högfrekvent ljud som är ganska störande för människor. Därför kommer vi att behöva ta fram lösningar för att minska ljudet från hydrauliken, säger Samuel Kärnell.
Foto Ulrik Svedin
Båda två är lika fascinerade av tekniken runt hydrauliken. Deras engagemang för forskningen och maskinerna är påtagligt när de visar runt i labbet.
Var kommer det ifrån?
– För mig är det fascination för att utveckla framtiden. Där har hydrauliken en viktig plats. Som forskare ser jag att det finns tydliga energiförluster som vi kan hjälpa till att identifiera och lösa. Det är en sporre, säger Liselott Ericson.
