Seminar om elbiler, batterier og ladning for danske motorjournalister

Transkript

1 TEKNOLOGISK INSTITUT Seminar om elbiler, batterier og ladning for danske motorjournalister t Kjeld Nørregaard Programleder Elektrisk Transport

2 Elbiler handler ikke om transport?

3 Globale og nationale udfordringer Globale: Voksende behov for energi Begrænsede fossile energiressourcer Demokratisk og religiøst ustabile leverandører Total skæv fordeling mellem verdens befolkning Konsekvenser for jordens klima Konsekvenser for jordens befolkning

4 Danmarks bruttoenergiforbrug fordelt på brændsler PJ 900 Korrigeret '85 '90 '95 '00 '05 '08 Olie Naturgas Kul og koks Vedvarende energi m.m. 4

5 Danske fossile energiressourcer slipper op

6 Kan Verdens efterspørgsel efter olie bremses så den svarer til produktionsevnen? Nogle scenarier Op mod 10% af Indiens befolkning vil snart have status som middelklasse = risiko for jagt på statussymboler. vil de mon transportere sig med cykel, scooter eller en lille Tata bil??? Kinas middelklasse vokser hurtigt. I Kina er en stor bil med masser af krom og gejl = synlig høj status, - men miljø giver ingen status (endnu). vil velstillede kinesere mon transportere sig med cykel, scooter, elbil eller en stor vestlig udseende bil (med 5-10 år gammel motorteknologi)??? Længere på literen - i Vesten stilles krav om bedre effektivitet i bilerne. Falder eller stiger Vestens transportbehov? Er det sandsynligt at behovet for olie falder i de kommende år???

7 Andre lande er bedre forberedte på stigende oliepriser. Air Force officials take step toward cleaner fuel, energy independence (25. maj 2010) Alle US Air Force fly skal være certificeret til biofuel i 2012 T kl d d l t t å t + f k i i lt ti d i idl Tyskland en del nærtransport er på naturgas + forskning i alternative drivmidler Sverige E85 + Ngas + E95 + ethanol + DME

8 Er det sandsynligt at behovet for olie falder i de kommende år? Hvor meget skal olien stige før det påvirker den danske indtjening? Transport området i Danmark har mange udfordringer hvis vi vil være mindre afhængig af de stigende oliepriser. Løsningen i Danmark : Alternativ energi? SOL, VIND OG BIOMASSE?

9 Biomasse eller sol? Arealkrav for at energiforsyne dansk transport et år. Biofuel = ca km3 Solceller = ca. 285 km3 (12% virkningsgrad) 50% dækning af areal

10 Anvendelse af overskuds-el? el? Damp, varme, kemisk k Olie /naturgas Suppleres / erstattes af EL uchp varmebuffer Varmepumpe varmebuffer = = ~ kwh Vindmøller Nationalt grid Elopvarmet varmebuffer ~ = - + Elbiler MWh/h 7000,0 20% of carfleet is EV with smart charge 6000,0 5000,0 4000,0 3000,0 2000,0 1000,0 0, Elektrisk lagring

11 Hvem investerer i elbil projekter? Anders Eldrup, CEO DONG Energy på konference for vedvarende energi i transport d. 1 december 2008: Vi ser en mulighed for 20% elbiler i 2020 Dong er medejer i den danske afdeling af Better Place. Seas-NVE og Sydenergi er medejer i ChoosEV. Dansk Energi leder elbil forskningsprojektet Edison. Klima og Energiministeren, Skatteministeren, mange ledende politikere, Energinet.dk, Dansk Energi, DTU-Risø og andre førende energiforskere m.fl. er enige om at elbiler er vigtige g for Danmark Meget fokus på el i transporten.

12 Elbiler har en begrænset rækkevidde og det tager lang tid at lade op? Er der et kommercielt marked for elbiler?

13 Potentielt marked for elbiler med begrænset rækkevidde. Familiernes bilrådighed [%] (kilde: Danmarks Statistik : Familiernes bilrådighed (andele og fordelinger) efter enhed, område, rådighedsmønster og tid) Hele landet Andel af total bilrådighed Familier med bil i alt 58,8 59,4 59,6 59,3 Familier med 2 biler i alt 11,0 11,7 12,1 11,9 Familier med 3 biler i alt 1,1 1,2 1,2 1,2 Familier med flere end 3 biler Andel af bil-familier med flere end 1 bil 02 0,2 02 0,2 02 0,2 02 0,2 20,9 22,1 22,7 22,4

14 Elbilen og infrastruktur 10 kv Distributionsnetværk Transmissionsnet 10 kv - DSO 400V Fordelingsnet Elbiler og Varmepumper belaster de lokale fordelingsnet mere end normale husholdningsinstallationer. Den lokale eldistributions ansvarlige kan afbryde ladning når de intelligente elmålere advarer om truende overbelastning i en forsyningsgren. Forsyningsnettet kan udbygges gradvist i takt med de registrerede behov. 14

15 El-bilen som en belastning på elnettet Hvis elbilen sættes til ladning straks folk kommer hjem, falder belastningen sammen med kogespidsen. Hvis elbiler kører km/år og bruger 0,25 kwh/km

16 El-bilen som en fleksibel forbruger på elnettet Hvis elbilen selv styrer ladning om natten, udnyttes overskydende kapacitet i forsyningsnet + mere vindenergi. Hvis elbiler kører km/år og bruger 0,25 kwh/km

17 El-bilen som en aktiv hjælper til elnettet V2G = Vehicle to Grid fra Køretøj til Elnet Hvis elbilen kan levere aktive systemydelser og afhjælpe kritiske højlast-situationer, gøres vindenergien mere værd. Hvis elbiler kører km/år og bruger 0,25 kwh/km

18 Hvorfor elektrisk transport? Fortrængning af fossil olie med VE-energi (vindenergi) Vejtransport i Danmark er 99% afhængig af fossil olie Fossil olie og gas dyrere p.g.a. stigende udvindingsomkostninger di i De danske olie og gas reserver er svindende Mulighed for at køre på energi fra flere energikilder Vindenergi Bølgeenergi Vandkraft Solceller (PV) Brint (energibærer) Biomasse Affald Kul Naturgas Atomkraft Elbiler kan hjælpe med balancering af det danske energisystem Danmark vil have 50% af sin el-energi fra vindkraft i 2025 Mere vindenergi i i elnettet t øget tbehov for lagring af fve-energi elbiler og plug-in hybrid biler passer perfekt som lagring af vindenergi og anden VE-energi. Elbiler reducerer støj og lokale emissioner.

19 Elbiler handler ikke (kun) om transport. Relevans af elbiler er et komplekst spørgsmål. Kan ikke vurderes på økonomi og ydelse alene. Hvordan kommer området i gang? Hvordan understøtter Teknologisk Institut udviklingen?

20 Elbiler & Hybridbiler på Teknologisk. TRYGHED HELE VEJEN Uddannelse Bilen Batteriet

21 Uddannelse Ydelser og kundesegmenter Potentielle målgrupper: Mekanikere (i samarbejde med tekniske skoler) Ledere på værksteder Faglærere ved tekniske skoler Kurser: Elmotor teknik Elsikkerhed (autoværksteder) Viden om batterier sikkerhed og procedurer Bilværksted for el og hybrid biler Instruktører på redderskole Indsatsledere Brandfolk Reddere* Håndtering af elbiler på ulykkessteder: elbilens karosseri håndtering af batteri (ifm. brand o.l.) elsikkerhed etc. Autohjælp Elsikkerhed (fejlafhjælpning) Reservedunk / nødladning bugsering * inden for autohjælp og ambulanceassistenter

22 Batteriteknologi Test, rådgivning oganalyse Typeprøvning Batteri og elbilejere, Batteri og elbilproducenter, Importører, Værksteder, Interesseorganisationer o.l. Stikprøvekontrol Batteri og elbilejere, Batteri og elbilproducenter, Importører, Rådgivning Batteri og elbilproducenter, Importører, Værksteder Tilstandsanalyser Elbil og batteriejere, Værksteder Brugtvognsforhandlere Post mortem analyser Elbil og batteriejere, Forsikringsselskaber

23 Test af elbiler og ladestationer Karakterisering af køretøj Max hastighed, rækkevidde, energiforbrug EU cyklus (kwh/km) Ladestation El selskaber Parkeringshuse F&U projekter Biltest Fabriksfremstillede biler Ombyggede biler Reklamation

24 Eksempel Test af en elbil Rullefelts verifikation af rækkevidde.

25 ISO 8714:2002 Elektriske vej køretøjer Reference energiforbrug og rækkevidde. Test procedure for personbiler og lette varevogne.

26 ISO 8714:2002 Elektriske vej køretøjer Reference energiforbrug og rækkevidde. Europa Japan USA Urban og highway

27 Krav til en bil ombygget til elbil Skal opfylde kravene til en almindelig bil ECE-R100 elektrisk sikkerhed Kollisionssikkerhed og kollisionssikker styring Overholde donorbilens vægtgrænser på aksler total. ABS systemet t skal styre regenerativ bremsning EMC immunitet og udstråling Teknologisk Institut er et anerkendt prøvningslaboratorie.

28 Forløb i godkendelse af bil ombygget til elbil 0 Gennemgang af dokumentation og krav CoC for donorbil + ombygningsdokumentation. g ECE-R100 inspektion og test Kollisionssikkerhed - vurdering 4 Vejning 5 Bremse-test 6 EMC-test Dokumentation sendes samlet til Færdselsstyrelsen Færdselsstyrelsen udsteder en godkendelse FSTYR godkendelse og elbil medbringes til synshal.

29 Forløb i ECE-R100 inspektion og test 1 Vehicle construction requirements 1.1 Traction Battery 1.2 Protection against electric shock Vehicle markings Insulation resistance (>8 hours at 23 C / 90 % ReH) 1.4 Connection of vehicle to the mainsnetwork: 2 Functional safety requirements 2.1 Power on procedure: 2.2 Running and stopping conditions: 2.3 Reversing 2.4 Emergency power reduction.

30 Transport på Teknologisk Institut Flere afdelinger arbejder med transportmidler og teknologi (mange flere funktioner støtter op med specialist viden.) Automobil Teknik (Fokus på autoværksteder) Motor Emission og køretøjs-teknologi (alle køretøjer) Bio-brændstoffer (til alle køretøjer) Brint og brændselsceller (alle applikationer) Elektrisk Transport (alle transportmidler) Egenkontrol ordning. Kalibrering (flåde af service biler) Postmortem analyse på køretøjer og køretøjskomponenter El-hybrid system kursus (opgraderet værkstedsuddannelse) Specialist service til El-hybrid Postmortem el-hybrid komponenter Vejledning til professionelle kunder Verificering (rullefeltsmålinger) af ydelser for hybrid og elektriske køretøjer Sikkerhed Individuel godkendelse af ombyggede elbiler. Vejledning til professionelle kunder Demonstrations projekter Dokumentation Demonstration hybrid med biofuel Postmortem analyse Fuel Cell system R&D support Brint testcenter Biofuel reformer til fuel cell Styresystem optimering (overordnet, effekt og Balance of Plant ) Batteri verifikation/ karakterisering Driveline verifikation/ karakterisering Simuleret kobling mellem PHEV og elnettet Vejledning til professionelle kunder Demonstrationsprojekter & netværk Demonstration hybrid med biofuel Kobling mellem PHEV og elnettet Elektrisk energilagring Transportens Innovationsnetværk TINV.dk Due Diligence Dokumentation Postmortem batteri.

31 Teknologisk involverer sig i Elektrisk Transport Energistyrelsens elbilspulje Dialogmøder med F-STYR og ENS Demonstrationsprojekt Prøv1Elbil 13 elbiler, Citroen C1 EV IE Vil nå ud til >100 familier i Juelsminde-Horsens området samt ansatte i både Horsens og Hedensted kommuner, såvel som ansatte ved Teknologisk Institut Samarbejdspartnere: NRGi, Foreningen Energi Horsens, Horsens- og Hedensted kommune Teknologisk Institut er projektleder Demonstrationsprojekt ti Elbil til EnergyFlexHouse 1 elbil til EnergyFlexHouse (Fiat Fiorino Combi EV) Leverandør: Lithium Balance Teknologisk Institut er flådeejer og projektleder Transportens Innovations Netværk Et aktivitetsområde dedikeret Elektrisk Transport Samarbejde med branche- og interesse-organisationer. E G id dk f 1 f l tt t il 2009 EcoGrid.dk fase 1 afsluttet april 2009 plug-in hybrid og elbiler anbefales som virkemiddel.

32 Prøv1elbil Demonstration med 13 elbiler

33 Otte familier er blevet valgt (og en journalist) ud af 165 ansøgere i 1. runde Kriterier for udvælgelse: Bopæl i centrum Juelsminde Forskellige familie forhold Forskellige kørselsmønstre Motivation til at formidle og komme i pressen Tidsplan 1. Runde: 4. december til 1. marts 2. Runde: 15. marts til 7. juni 3. Runde: 14. juni til 6. sep

34 Status efter 8 måneder i elbil Alle: Stolthed over projektet og lyst til at prøve bilerne af Runde 1: En del udfordringer pga. kulden: sneen, varmesystemet og ringe rækkevidde Runde 1: Næsten alle har været i kontakt med hotline Runde 2: ingen problemer med nyt varmesystem, men det er lidt langsomt. Trods problemer, stadig lyst og mod på at køre i bilerne, og prøve dem af. De fleste vintertestere er klar til at prøve bilerne igen, men om sommeren Ca. 130 søgte i 2. runde og over 100 søgte i 3. runde. Over 60 ansøgninger til 4. runde.

35 Informationsindsamlingen og åbenhed De fleste skriver indlæg en gang om ugen på bloggen om oplevelser, udfordringer osv. Projektet sender temaer ud til familierne ca. hver 1-2 uger Telefonisk interview et eller flere gange i løbet af perioden Midtvejsmøde med erfaringsudveksling Det giver en god føling med familierne

36 Succes er afledt af Prøv1elbil C1EV ie godkendt i Danmark af Færdselsstyrelsen Nyt Ketner datterselskab til elbil produktion i Danmark (50 stk ombygget i 2009) Veksø har startet produktion af 3 modeller af ladestandere og har leveret ladestandere til projektet Der er udviklet overvågningsudstyr til ladepunkter Manglende varme forslag fra JEVI Vejle om direkte elektrisk varme i C1 Elbilforum elbil klynge opbygning Kommuner og udvalgte virksomheder i Forsyningsområdet får tilbud om ladestandere fra NRGi Invest in Denmark anvender Prøv1Elbil i deres promovering Bilerne kan anvendes som testplatforme, forsøg med ny produkter. Bl.a. er advarselslyd til elbiler demonstreret. Sikkerhedsforhold ved redning i forbindelse med el- og hybrid-biler (Beredskabstyrelsen) M.fl.

37 Batterier er kerneudfordringen i fremtiden.

38 Udvikling af Li-Ion teknologien energitæthed 300 Wh/kg Mass produced mah (?) Bellcore DARPA Mass Mass Mass Sony plastic EV PLI produced produced produced 1100 Li-ion mah 1200 mah mah mah mah mah

39 Fejlmekanismer i overblik 39

40 Alle Lithium-ion batterier kræver overvågning af hver celle for beskytte batteriet og undgå brand. Men der er mere at passe på. BATTERIER I ELBILER OG HYBRIDBILER BETYDER LIVSFARE!

41 Lille elbil brand En Citroen C1EV IE i et parkeringshus Begrænset brand i motorrummet. Årsag: kabelsko på kontaktor ikke spændt kontaktor smelter fast i tændt stilling Vandvarmer koger tør og tænder brand i kabler og isolering.

42 Lille elbil brand En Citroen C1EV IE i et parkeringshus Det farligste var slukningsarbejdet: 1. Brandvæsenet afmonterede først de kraftige elkabler med alm. metal værktøj 2. Alle måleledninger blev rykket af batterierne 3. Batterierne blev løftet ud af bilen under efterslukning med vand. 4. Batterierne blev løftet ind på plads igen efter slukningen.

43 Viden og det rigtige sikkerhedsudstyr er livsvigtigt! - og det kræver en grundig uddannelse.

44 Hvorfor elbiler - Fordele og ulemper ved elbiler Fordele ved elbiler Stor fleksibilitet med energikilden Ingen lokale emissioner Ingen motorstøj Mindre energi tab Mulighed for ny fleksibilitet i biler opbygning. Potentiale til lavere vedligeholdsomkostninger Mindre miljøbelastende vedligehold Virkemiddel til at integrere mere vindenergi i elsystemet. Elbiler kan laves med interessante egenskaber Fremtidens teknologi Ulemper ved elbiler Høj pris for rækkevidde Begrænset rækkevidde på batteri Ny infrastrukur til energiforsyning Ny teknologi / lille erfaring hos OEM = mange børnesygdomme. Ny risici ved reparation og uheld Behov for uddannelse af service og redningspersonale. Fælles standarder endnu ikke på plads.

45 Hvorfor elbiler? Fordele/ulemper ved elbiler Udfordring større rækkevidde med ny energi til batteriet Hurtig ladning Batteriskift Range extender Udf d i t kk idd d t b tt i Udfordring større rækkevidde med større batteri Teknologi som kan udnytte og kombinere lagermedier med forskellig kapacitet og karakteristik

46 Hvorfor elbiler? Hvor meget strøm bruger en elbil reelt inklusive effekttab ved transmission og ladning? Eksempel på elbil med elmotor monteret på original gearkasse. Hk rpm

47 Hvorfor elbiler? Har en elbil virkelig 0 gram CO 2 pr. km? Ja Elbilen kan ikke belastes af energiforsyningen. i Den ækvivalente mængde CO 2 /km = 0 når elbilen oplades med el produceret fra eksempelvis: Solceller Vindkraft Vandkraft Bølgekraft Atomkraft

48 Hvordan bedømmer man kvaliteten af en elbil? Som enhver bil - Håndværksmæssig samle kvalitet Effektiviteten af ladningsstyring Troværdighed af energi udlæsning (tankmåler) Redundans rå eller smart? Er opbygningen modulær, er opgradering mulig? Placering af system komponenter (service og sikkerhed) Forberedt for hurtig ladning, range extender, ladning med lav strøm Bruger venlighed - ladestik på bilen og medleverede kabler Energieffektivitet kwh/km Rækkevidde km Batteri størrelse kwh Komfort varme Hvad koster en ny batteripakke når den er slidt op?

49 Spørgsmål? Kjeld Nørregaard Programleder Elektrisk Transport Tlf: / kjn@teknologisk.dk

50 Fremtidens biler energieffektivitet og høj integration Elmotorer i hjulene Tandløse gear Mekaniske bremser kun til nødbrug Batteri skift? Hurtig ladning? Hybrid? Hybrid/range extender nye motorer med homogen forbrænding eller FC? Støj og energieffektivitet er centralt.

51 E-traction The Wheel Heavy-duty In-wheel elmotor og drivelektronik til busser og lastvogne.

52 Batteri skift eller lyn ladning? 10 kwh effekt fra strøm ved ladetid ladestik 3x400V H:m kw A 10 1,24 1,8 5 2,48 3,6 2 6,19 8,9 1 12,38 17,9 05 0,5 24,77 35,8 0:10 74,30 107,3 0:06 123,84 178, ,61 214,5 50 kwh ladetid effekt fra ladestik strøm ved 3x400V H:m kw A 10 6,19 8,9 5 12,38 17,9 2 30,96 44,7 1 61,92 89,4 0,5 123,84 178,8 0:10 371,52 536, :06 619,20 893, , ,5 En Tesla med en systemspænding En Tesla med en systemspænding på 320V kræver en DC-ladestrøm på 2000A i 5 min for at lade 80%

53 HTPEM rangeextender

54 Hjælpesystemer udgør en meget væsentlig del af energiforbruget i elektriske køretøjer. Og der er mange delsystemer! stemer! Hjælpekraft normalt drevet mekanisk fra forbrændingsmotor. Fokus på pris og vægt før energi effektivitet Thermal management Battery charger Equipment Cellphone / cooling labtop Instruments Door actuators Parking brake Level actuators 12 V charger ventilation i heating aircondition Battery management lights wipers Music / entertainment Eksempler på elektrisk udstyr: Info / payment handling Brake assistant Power steering ABS Typhoon / horn Central llock Windows open Windows heating Range Extender (Fuel) Battery Electric Propulsion system Central Electric motor with mechanical driveline or Electric Hub motor in wheel GPS Radar / vision enhancement Seat adjustment t Vehicle control Cruise control Seat heating Mirrors heating Electric mirrors Auxiliary power outlet t

55 Elektrisk transport kræver nye systemløsninger. Nye handelsselskaber, der samler mange elbiler og sørger for styring og afregning mod energiselskaber og brugere. (Better Place, ChoosEV m.fl.) fl) Lokal distribution Nye handelsselskaber for elektrisk transport Elnet styring: Kontrol signaler Pris information; Sluk kommando Advancerede system services kwh Elnettet Elnet- interface/ Bil-ID