Hoppa till innehållet
DaylitedSimply Awesome

Elektrifiering

Allt som bär ström och rör sig

En bil, en drönare, ett lyftfordon, en båt och en lastbil ser ut som fem olika problem. I registret är de ett: hur mycket energi du kan bära, hur fort du kan lägga tillbaka den, och vad värmen gör under tiden.

Berätta vad du bygger

Varför formen betyder mindre än den ser ut att göra

Ett paket är ett paket vare sig det sitter under ett golv, i en vinge eller i ett skrov. Cellkemin, vägen värmen tar ut, strömmen kopplingen klarar och standarden som styr den kopplingen är samma fyra frågor varje gång. Det som ändras är vilken av dem som biter först.

I en bil är det oftast laddtiden. I en drönare är det massan. I ett flygplan är det reserven du måste ha kvar när du landar. I en båt är det vad vattnet gör med kylningen. Att veta vilken som styr din konstruktion är större delen av första månaden, och det går att läsa sig till långt innan det går att bygga.

Ordningen de biter i är också ordningen de blir dyra i. En dåligt vald cell är en inköpsorder. En dåligt konstruerad värmeväg är en omkonstruktion. Ett laddgränssnitt riktat mot fel standard är en produkt som fungerar och inte går att sälja.

An electric motor seen end on, with the inverter beside it A motor drawn as concentric circles seen from the end. Twelve stator poles stand around the rim and eight rotor magnets sit inside them in violet. A glowing line runs from the motor to a power electronics box on the right with three cooling channels. A measurement line spans the motor diameter. Along the bottom stand the words stator, rotor and inverter. STATOR . ROTOR . INVERTER
Ett elfordon
Laddstolpar i ett garage under mark. Kabeln är där värmen dyker upp först, och det är den delen ingen budgeterar för.

01. Bilen

Motorn är löst. Värmen är det inte

Permanentmagnetmaskiner och växelriktarna som driver dem är mogna, väl dokumenterade och går att köpa från mer än en leverantör. Den delen av registret är tjock och i huvudsak avgjord.

Det som fortfarande avslutar projekt är vad som händer mellan cellen och luften: vägen värmen tar ut ur paketet, och om laddgränssnittet du konstruerat mot är det marknaden har när du levererar. Båda finns i registret, inlämnade av dem som fick veta det dyrt.

A four rotor drone seen from above with its camera line below A drone drawn from above. A body in the middle carries four arms out to four rotors, each shown as a thin violet ellipse that turns. Under the body a camera looks down and a glowing line falls to a point on a help line. A measurement line spans the rotor span. Along the bottom stand the words lift, endurance and payload. LIFT . ENDURANCE . PAYLOAD
En drönare i luften med last
En quadcopter i luften. Varje gram den bär betalas om igen i ramen, motorn, batteriet och flygtiden.

02. Drönaren

Varje gram betalas fyra gånger

Ett gram tillagt på ett rotorfordon betalas i konstruktionen, i motorn som ska lyfta det, i cellen som ska mata motorn, och i konstruktionen som ska bära den större cellen. Den slingan är skälet till att drönarprojekt konvergerar långsamt och sedan allt på en gång.

Vi läser massaslingan innan första ramen kapas, och vi läser vad luftrumsreglerna kommer att kräva av den last du planerar. En kamera som kräver en certifiering du inte räknat med är billigare att hitta i en handling än i ett flygprov.

Slingan sluter sig fortare än de flesta räknar med. På en liten flygram kan hundra gram tillagd last kosta trehundra gram startvikt när konstruktionen hunnit ikapp.

A lift and cruise aircraft with six rotors seen from the front An aircraft body with a wing to each side, drawn in thin outline. Six lift rotors stand above the wing as violet ellipses on short masts. One glowing arrow points up for lift and one points right for cruise. A measurement line spans the wing. Along the bottom stand the words lift, cruise and transition. LIFT . CRUISE . TRANSITION
En helikopter i luften
En helikopter med motorn av. Att hålla en maskin stilla i luften kostar effekt varje sekund det pågår, oavsett var energin kommer ifrån.

03. Lyftfordon och helikoptrar

Att hänga i luften är dyrt, att färdas är billigt

Ett rotorfordon lägger det mesta av sin energi på att stå stilla i luften. En vinge lägger det mesta av sin på att komma någonstans. Varje konstruktion med både lyft och färd är ett resonemang om hur länge du måste göra det första innan du får göra det andra.

Övergången mellan dem är där patenten ligger tätt och där certifieringsvägen är minst avgjord. Vi kartlägger båda innan en konfiguration väljs, eftersom ett byte senare betyder att aerodynamiken börjar om.

An electric aircraft seen from the front with battery bays in the wings An aircraft drawn from the front in thin outline. A propeller turns above the nose and a glowing line runs up into it. Each wing carries eight battery bays marked in violet. A measurement line spans the wingspan. Along the bottom stand the words energy, mass and reserve. ENERGY . MASS . RESERVE
Ett eldrivet flygplan
Helios-prototypen på en uttorkad sjöbotten. En vinge i den storleken finns för att energibudgeten var avgjord innan flygkroppen ritades.

04. Elflyg

Reserven är konstruktionen

Ett batteriflygplan måste landa med energi det aldrig fick använda. Reserven står i reglerna, den krymper inte för att flygningen gick bra, och den är den enda siffra som avgör om en linje stänger eller öppnar.

An electric boat with the pod drive lit under the waterline A boat drawn in thin outline from the side, sitting on a moving blue water line. Under the hull a battery pack with six cells is marked in violet, and a glowing line runs from it back to a pod drive with a propeller. A measurement line spans the hull. Along the bottom stand the words displacement, range and wake. DISPLACEMENT . RANGE . WAKE
En eldriven båt
En soleldriven passagerarbåt i La Rochelle. Vattnet kyler skrovet gratis och tar saltet som betalning.

05. Elbåtar

Vattnet är både gåva och problem

Ett skrov ligger i den bästa kylvätska ett fordon kan önska sig, och i den mest korrosiva miljö ett batteripaket kan placeras i. Det första gör värmekonstruktionen enkel. Det andra avgör hur länge båten håller.

Deplacementskrov belönar verkningsgrad på ett sätt vägfordon inte gör, eftersom effekten stiger brant med farten. En båt konstruerad kring den fart den faktiskt går i är en annan båt än en konstruerad kring toppfarten.

An electric truck charging, with the power curve drawn above A truck with cab and trailer drawn in thin outline from the side. A battery pack with eight cells sits between the axles in violet. A glowing cable runs from a charging post on the right to the truck, and a blue curve above shows power falling as the pack fills. A measurement line spans the vehicle. Along the bottom stand the words megawatt, duty cycle and depot. POWER MEGAWATT . DUTY CYCLE . DEPOT
Eldriven tung transport
En trådbuss under kontaktledning. Ett svar är att bära energin med sig, det andra att mata den hela vägen, och båda går fortfarande.

06. Lastbilar och tåg

Två svar på samma fråga

Tåget löste energiproblemet genom att aldrig bära det: ledningen hänger ovanför och strömavtagaren når upp. Lastbilen bär allt den behöver och måste sedan lägga tillbaka det fortare än någon tycker är bekvämt.

Båda vägarna är öppna för tunga transporter och båda har ett register värt att läsa. Vilken som passar beror på körmönstret, och körmönstret går att mäta långt innan ett fordon finns.

Ritningarna

Det vi ritar medan vi läser

Varje uppdrag lämnar en uppsättning ritningar som de här. Så blir ett anspråk, en standard eller ett mätvärde något ett team kan diskutera i ett rum.

  • An electric motor seen end on, with the inverter beside it A motor drawn as concentric circles seen from the end. Twelve stator poles stand around the rim and eight rotor magnets sit inside them in violet. A glowing line runs from the motor to a power electronics box on the right with three cooling channels. A measurement line spans the motor diameter. Along the bottom stand the words stator, rotor and inverter. STATOR . ROTOR . INVERTER
  • One cell becoming a module and then a pack Three drawings side by side joined by arrows. On the left a single cell with two terminals. In the middle a module holding five cells in violet. On the right a pack holding twelve modules in a grid, with a glowing line rising from it. The words cell, module and pack stand under each. Along the bottom stand the words chemistry, thermal path and serviceability. CELL MODULE PACK CHEMISTRY . THERMAL PATH . SERVICEABILITY
  • A charging curve where power falls as the cell fills A chart with two axes. A blue line holds high and then falls away in steps as it moves right, and a violet line rises to meet it. A charging connector stands to the left of the chart with a glowing lead into it. Along the bottom stand the words taper, temperature and time at plug. POWER STATE OF CHARGE TAPER . TEMPERATURE . TIME AT PLUG
  • A train collecting current from an overhead line A carriage drawn in thin outline on a track. On its roof a pantograph reaches up in a V to a blue overhead wire, and a glowing line runs between them. Seven windows are marked along the side and four wheels below. Along the bottom stand the words catenary, pantograph and regeneration. CATENARY . PANTOGRAPH . REGENERATION
  • A helicopter drawn from the side with the rotor head lit A helicopter in thin outline seen from the side. Five blades run out from a rotor head at the top, drawn as violet strips. The body curves back into a tail boom and ends in a tail rotor shown as a circle with a cross. A glowing line runs up into the rotor head. A measurement line spans the rotor diameter. Along the bottom stand the words rotor head, tail authority and torque. ROTOR HEAD . TAIL AUTHORITY . TORQUE
  • A printer building an object layer by layer, with the layers enlarged beside it A gantry frame with a nozzle in the middle. A glowing line falls from the nozzle onto a stack of thin layers that grows narrower towards the top, the highest ones marked in violet. To the right a circle enlarges six layers so the bonding between them can be seen. A measurement line spans the base. Along the bottom stand the words layer, adhesion and tolerance. LAYER . ADHESION . TOLERANCE
  • Five composite plies stacked, each with its own fibre direction Five thin sheets drawn in perspective and stacked on top of each other. In each sheet short violet strokes show the fibre direction, and the angle is written to the right of each layer. A glowing line falls onto the top sheet. A measurement line spans the stack. Along the bottom stand the words stiffness, mass and lay up. 0 DEG 45 DEG 90 DEG -45 DEG 0 DEG STIFFNESS . MASS . LAY UP
  • The life of a battery drawn as a ring with five stops Five circles stand around a faint ring, marked build, use, measure, reuse and recover. A glowing arc runs from the first towards the second. Below the ring a branch leads down to a smaller pack with three cells marked in violet. Along the bottom stand the words second life and material recovery. BUILD USE MEASURE REUSE RECOVER SECOND LIFE . MATERIAL RECOVERY
  • Wind and solar feeding a store at the edge of the grid A wind turbine stands on the left with three violet blades, a solar array lies in the middle drawn in perspective, and a store stands on the right holding four cells. Glowing lines run from both sources into the store. The words wind, solar and storage stand under each. Along the bottom stand the words intermittency, firming and grid edge. WIND SOLAR STORAGE INTERMITTENCY . FIRMING . GRID EDGE
  • Two emission lines crossing at the point where the electric vehicle pays back A chart with distance along the bottom and emissions up the side. A cool line starts at zero and rises steeply. A violet line starts higher, because building the battery costs something, and rises much more slowly. They cross at a marked point labelled break even, with a help line dropping to the axis. Along the bottom stand the words cradle, use and gate. BREAK EVEN MANUFACTURE 0 FOSSIL ELECTRIC DISTANCE DRIVEN EMISSIONS CRADLE . USE . GATE
  • A test piece in a rig with four sensors and the reading written above A rectangular test piece stands in the middle with six violet lines across it. Four sensors sit at its corners, each joined by a cool line to a small circle further out. Above the piece a panel shows a blue trace being recorded, and a glowing line joins the panel to the piece. A measurement line spans the piece. Along the bottom stand the words repeatable, written down and dated. REPEATABLE . WRITTEN DOWN . DATED
  • An electric aircraft seen from the front with battery bays in the wings An aircraft drawn from the front in thin outline. A propeller turns above the nose and a glowing line runs up into it. Each wing carries eight battery bays marked in violet. A measurement line spans the wingspan. Along the bottom stand the words energy, mass and reserve. ENERGY . MASS . RESERVE
A printer building an object layer by layer, with the layers enlarged beside it A gantry frame with a nozzle in the middle. A glowing line falls from the nozzle onto a stack of thin layers that grows narrower towards the top, the highest ones marked in violet. To the right a circle enlarges six layers so the bonding between them can be seen. A measurement line spans the base. Along the bottom stand the words layer, adhesion and tolerance. LAYER . ADHESION . TOLERANCE
Additiv tillverkning på nära håll
Additiv tillverkning i stor skala. Delen byggs upp pass för pass, så kostnaden följer volymen och inte formen.

07. Att göra delen

Utskrivet och lagt, inte fräst ur ett block

Additiv tillverkning ändrade vilka former som är prisvärda, och kompositläggning ändrade vilka former som är lätta. Tillsammans flyttade de begränsningen från vad en maskin kan skära till vad en detalj kan ombes att göra.

Båda bär sina egna felmoder, och båda är väl täckta i registret: skiktvidhäftning i den ena, fiberriktning och hartssystem i den andra. En prototyp som brister i en skiktgräns brister av ett skäl någon redan skrivit ned.

Ingen av dem ersätter skärande bearbetning. Det de gör är att flytta beslutet tidigare: du väljer numera process medan detaljen fortfarande är en skiss, och det valet sätter vad detaljen får väga och vad den får kosta.

Two emission lines crossing at the point where the electric vehicle pays back A chart with distance along the bottom and emissions up the side. A cool line starts at zero and rises steeply. A violet line starts higher, because building the battery costs something, and rises much more slowly. They cross at a marked point labelled break even, with a help line dropping to the axis. Along the bottom stand the words cradle, use and gate. BREAK EVEN MANUFACTURE 0 FOSSIL ELECTRIC DISTANCE DRIVEN EMISSIONS CRADLE . USE . GATE
Förnybar kraft i landskapet
Vindkraftverk mot solen. Vad nätet går på avgör hur långt ett batteri måste gå innan det hunnit i kapp.

08. Vad fordonet är skyldigt

Ett batteri startar loppet på minus

Att bygga ett paket kostar något innan fordonet rört sig en meter. Ett elfordon börjar därför med en skuld, och betalar tillbaka den över sträcka. Var de två linjerna korsar varandra beror på cellen, på nätet som laddar den, och på hur långt saken faktiskt färdas.

Det är ett resonemang som ska föras med ett mätvärde och inte med en känsla. Vad paketet är värt efter att fordonet är färdigt med det hör hemma i samma beräkning, och det utelämnas oftast.

De fyra frågorna

Ställda till var och en av dem

Vilken formen än är ställer första månaden de här. Svaren skiljer sig. Frågorna gör det inte.

One cell becoming a module and then a pack Three drawings side by side joined by arrows. On the left a single cell with two terminals. In the middle a module holding five cells in violet. On the right a pack holding twelve modules in a grid, with a glowing line rising from it. The words cell, module and pack stand under each. Along the bottom stand the words chemistry, thermal path and serviceability. CELL MODULE PACK CHEMISTRY . THERMAL PATH . SERVICEABILITY

Hur mycket kan den bära

Energi ombord, och vad det kostar att bära den i massa och i volym du sedan måste flytta.

A charging curve where power falls as the cell fills A chart with two axes. A blue line holds high and then falls away in steps as it moves right, and a violet line rises to meet it. A charging connector stands to the left of the chart with a glowing lead into it. Along the bottom stand the words taper, temperature and time at plug. POWER STATE OF CHARGE TAPER . TEMPERATURE . TIME AT PLUG

Hur fort kan den fyllas

Gränssnittet, standarden som styr det, och kurvan som avgör vad siffran på affischen faktiskt betyder.

An electric motor seen end on, with the inverter beside it A motor drawn as concentric circles seen from the end. Twelve stator poles stand around the rim and eight rotor magnets sit inside them in violet. A glowing line runs from the motor to a power electronics box on the right with three cooling channels. A measurement line spans the motor diameter. Along the bottom stand the words stator, rotor and inverter. STATOR . ROTOR . INVERTER

Vart tar värmen vägen

Ut ur cellen, genom konstruktionen, ut i luft eller vatten. Vägen är konstruktionen, och den avgörs tidigt vare sig du avgör den eller inte.

The life of a battery drawn as a ring with five stops Five circles stand around a faint ring, marked build, use, measure, reuse and recover. A glowing arc runs from the first towards the second. Below the ring a branch leads down to a smaller pack with three cells marked in violet. Along the bottom stand the words second life and material recovery. BUILD USE MEASURE REUSE RECOVER SECOND LIFE . MATERIAL RECOVERY

Vad händer efteråt

Andra livet, återvinningen, och vad paketet är värt när fordonet är färdigt med det.

Fältet

Sex ställen där strömmen redan går

Inget av det här är en prototyp. Allt är i drift någonstans i dag.

  • En laddstation för fordon
    Rutor märkta för elfordon, där kön står till anslutningen och inte till platsen.
  • Eldriven tung transport
    En trådbuss, som löser batteriproblemet genom att inte ha något.
  • Ett eldrivet tåg
    Kontaktledning över en korsning. Den äldsta eltransporten bär fortfarande mest.
  • En eldriven båt
    En soleldriven passagerarbåt, där vattnet både kyler och fräter.
  • Ett eldrivet flygplan
    Ett solflygplan på en sjöbotten, byggt kring en energibudget i stället för en kabin.
  • Förnybar kraft i landskapet
    Vindkraftverk, som avgör hur snabbt ett batteri betalar tillbaka vad det kostade att tillverka.
An opened envelope under an arc of light An envelope stands open in the middle with two lines of text visible, one of them violet. An arc of light curves over it from left to right and ends in a point. Above stands two paragraphs is enough, below stands it reaches the person who would build it. TWO PARAGRAPHS IS ENOUGH IT REACHES THE PERSON WHO WOULD BUILD IT

Något i den här listan är ditt

Berätta vilket och vad du är orolig för. Säger registret att det är taget får du höra det på samtalet.

Skriv till oss