ELBILNETVÆRKSMØDE Energistyrelsen, København

1. ELBILNETVÆRKSMØDEEnergistyrelsen, København Torsdag den 2. sept. 2010 Batteriteknologier til elbiler. Civ. ing. Per Jørgensen Møller Fmd. Dansk Elbil Komité

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

3. Generelt: • 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.

4. Batterienergitætheder Wh/kg 250 Lithium-Polymer 200 Lithium-Iron-Phosphate 150 Lithium Ion 100 Nickel Cadmium Lead Acid Nickel Metal Hydride 50 Wh/L 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

5. 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.

6. Elbil med blyakkumulatorer KEWET 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

7. 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.

8. 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.

9. ZEBRA batteriet

10. 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

11. 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.

12. 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.

13. 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

14. 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.

15. 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

16. 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

17. 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.

18. Nissan LEAF

19. Nissan LEAF

20. 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.

21. 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.

22. i MiEV Battery Pack

23. 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 Cellen Dimensioner 43.8B x 113.5H x 171D [mm] Vægt 1.7 kg Rated capacitet 50 Ah Nominel spænding 3.7V Specific energi 109 Wh/kg Energitæthed 218 Wh/L Max output strøm @ 25°C er 300A

24. 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 brint f.eks. bundet i methanol

25. - flere spørgsmål ?Se mere på: www.danskelbilkomite.dk