ELBILNETVÆRKSMØDE

Energistyrelsen, KøbenhavnTorsdag den 2. sept. 2010

Batteriteknologier til elbiler. Civ. ing. Per Jørgensen Møller

Fmd. Dansk Elbil Komité

Præsentationsoversigt:

Generelt om batterier Energitætheder Blyakkumulatoren Nikkel-Metal-Hydrid NiMH ZEBRA - batteriet Li-Ion(Co-Ni-Mn) – Litiumjernfosfat Elbiler på vej Fremtiden Spørgsmål.

Batteriet er en af de vigtigste komponenter i et autonomt elektrisk køretøj

De væsentlige driftsparametre bestemmes af batteriet, der samtidig en af de dyreste komponenter.

En lav energitæthed betyder, at der skal installeres mange kg. batteri.

Generelt:

250

200

150

100

50

50 150 200 250 300 350 400100 450

Wh/L

Wh/kg

Lithium Ion

00

Lithium-Polymer

Nickel Metal Hydride

Lithium-Iron-Phosphate

Nickel Cadmium

Lead Acid

Batterienergitætheder

Bly akkumulatoren – bly-syre batteriet

Meget kendt gammel teknologi Lav Energitæthed – ca. 25-30 Wh/kg Begrænset antal opladninger – 200+ ......... Begrænset levetid – 2-(5) år Rimeligt temperaturområde Relativt robust Skal i princippet altid være opladet Relativt billigt - p.g.a. stort udbud ? Mange leverandører – specielt i østen Miljømæssigt problematisk, men let at

genanvende Generelt: Billig, men performance derefter.

Elbil med blyakkumulatorerKEWET Buddy

fra Elbil Norge

Max hastighed: 80 km/t

Rækkevidde: 40 - 80 km

Batterier: Bly akkumulatorer, ca 377 kg

Vægt: ca 800 kg

Motor: DC-motor 13 kW

Pris: 150.000 Kr

Nikkel-metal-hydrid batteriet - NiMH

Kendt teknologi Energitæthed – ca. 75 Wh/kg Meget stort antal op og afladninger –

2000+ ......... God levetid – kan være 5-10 år Mindre egnet ved lave temperaturer Relativt robust Kan begrænset sjatlades - ringe memoryeffekt Ikke ringe selvafladning Relativ dyrt - dyre materialer Mange leverandører – Japan –Kina – Korea. Miljømæssigt godt, men ikke let at genanvende Generelt: Meget velegnet til transport.

Toyota RAV4 EV

95 AH NiMH batteripakke Kapacitet på 27 kWh, lades induktivt og har vist sig at være overraskende robust. Nogle RAV4 elbiler har opnået over 150,000 miles (240,000 km) på den originale batteripakke.

ZEBRA batteriet

Elbil med ZEBRA-batteri

Think City

Elbil med 2 / (4) sæder

Tophastighed: 100 km/t

Rækkevidde: 170 km

Ladetid: 10 timer

Batteri: 20 kWh

I prod. siden efteråret 2007

Pris: 195.000 kr

Leje af batteri: 1.750 kr/mdr

ZEBRA batteriet – Na / NaCl2

Ikke særlig kendt teknologi til store celler >100Ah Stor energitæthed – ca. 120 Wh/kg Meget stort antal af opladninger – 2000+ Lang levetid – kan være mere end 10 år Kan anvendes over stort temperaturområde Relativ stor selvafladning – 14%/døgn Kan sjatlades - ingen memoryeffekt Dyrt - p.g.a. lille udbud ? Få leverandører – Miljømæssigt godt - let at genanvende Generelt: Velegnet til transport.

Zebra batteriet:Teknologien er baseret på smeltet Na / NiCl2, der kræver en relativ høj arbejdstemperatur på mellem 270 – 350oC. Behov for en godt isoleret indkapsling, men de har dog stadig et relativt højt termisk ”tomgangstab”.- ca. 14% pr. døgn Specifik energitæthed på 100-120 Wh/kg. Leveres i færdigt indkapslede batteripakker med komplet overvågning og styring.

Litium(Li)-Ion og Litium polymer batteriet

Udviklet til lette bærbare produkter - mobiltelefoner Energitæthed – ca. 150 Wh/kg Kan pakkes i metalbox eller folie a la kaffeposer Kan ”sjatlades” uden problemer Stort antal af opladninger – 1000+ ......... Reduceret temperaturområde Kræver omhyggelig ladekontrol / overvågning Relativt dyrt – ringe udbud i store kapaciteter Mange mulige leverandører – japanske – kinesiske

- koreanske Miljømæssigt rimeligt let at genanvende Generelt: Meget velegnet til transport

Følsomme for underafladning, der giver en varig skadepåvirkning og kan heller ikke lide høje temperaturer og fuld opladning.Nødvendigt at kontrollere hver enkelt celle meget nøje under brugen, for at holde dem indenfor den tilladte arbejdskapacitet.

Litiumjernfosfat batteriet LiFePO4

Udviklet til mere krævende anvendelser Thermisk stabilitet på bekostning af energitæthed

(ca. 150 Wh/kg) Kan pakkes i metalboks eller folie a la kaffeposer Kan ”sjatlades” uden problemer Meget stort antal af opladninger – 2000+ ......... Ikke så krævende ladekontrol / overvågning Relativt dyrt endnu – BYD - A123 - Enerdel m.fl. Mange leverandører på vej – koreanske – kinesiske

– amerikanske ? licensproblemer Miljøvenligt pga materialevalg Generelt: Meget velegnet til transport

Elbil fra ChoosEV Citroen C1 EV´ie

– Acceleration 0-50 km/t på 9.5 sek.– Moment ? Nm– Tophastighed 90 km/t– Elmotor: 30 hk (12000 rpm)– Rækkevidde 80-100 km på en

opladning– Batteripakke 150 kg ??

Li-ion (13,2 kWh) Jernfosfat– Normal ladning: 13A

Litiumjernfosfat batteriet.

Det er den Li-teknologi, der i dag giver størst mulighed økonomiske batterier med rimelig kapacitet og levetid. Anvendtes i første omgang til hånd- og haveværktøj, hvor robustheden er mere ønsket end maksimal energitæthed.Litiumjernfosfat risikerer ikke at ”brænde sammen” ved mishandling under op eller afladning og de kan modstå meget høje temperaturer. Der er udviklet flere varianter af katode-sammensætninger baseret på forskellige metalfosfater, hvorved der kan optimeres for nominel spænding og lav impedans.

Nissan LEAF

Nissan LEAF

Nissan LEAF:Batteripakke

Batteriet indeholder 24kWh og er rated til at levere en effekt up til 90 kW (120 HK).

Indeholder luftkølede og stakkede laminare battericeller med litium-mangan-katoder.

Batteri og kontrolmodul vejer 300 kg energitætheden af cellerne er 140 Wh/kg.

Det er anslået at batteripakken koster Nissan US$18,000 (per march 2010) og denne pris forventes at blive halveret ved masseproduktion.

Batteripakken forventes at have 70 til 80% af sin kapacitet tilbage efter 10 år; (batteripakkens levetid afhænger hvor ofte der bruges hurtigladning og på ydre faktorer som ekstreme temperaturer, der slider meget på batteriet).

Nissan anslår at batteriet vil have en ”levetid på 5-10 år under normal brug".

I juli 2010 annoncerede Nissan at Leaf's batteri ville blive garanteret for otte år eller 160,000 km.

Mitsubishi iMiEV

i-MiEV vil koste omtrent $22,500 efter en reduktion på $7,500. Det er billigere end den gennemsnitlige Prius pris i USA. Mitsubishi går ind i elbilmarkedet med et produkt der kører 130 til 160km på en opladning, en max hastighed på 130 km/t og en ladetid 7 timer i et 220V system.

Til sammenligning har Leaf 160 km på en opladning, en max hastighed på 140 km, og en

ladetid på 8 timer i et 220V system.

i MiEV Battery Pack

i MiEV Batteripakke. Den16 kWh i MiEV batteripack er monteret under

chassisgulvet. Pakken består af 22 cellemoduler forbundet i serie og

det giver en nominel spænding på 330 V.

Specification for i MiEV Li-Ion CellenDimensioner 43.8B x 113.5H x 171D [mm]Vægt 1.7 kgRated capacitet 50 AhNominel spænding 3.7VSpecific energi 109 Wh/kgEnergitæthed 218 Wh/LMax output strøm @ 25°C er 300A

Næste generation af energiteknologi.Energitætheden i batterier er meget lavere end i de fossile brændstoffer. Udvalget af nye materialer for batterier er begrænset. En oplagt metode er at tilføre anode og katode ”brændstof”, som indeholder energien. Den mest kendte teknologi er den såkaldte PEM brændselscelle, der i princippet virker som et NiMH batteri med eksternt energilager i form af ilt - fra luften og brintf.eks. bundet i methanol

- flere spørgsmål ?

Se mere på:www.danskelbilkomite.dk