Fordonsindustrins framtida utmaningar: Batterianvändning ur ett fordonsperspektiv. Göran Lindbergh, KTH och SHC Batterifondsprogrammet, 6 april 2016

Transkript

1 Fordonsindustrins framtida utmaningar: Batterianvändning ur ett fordonsperspektiv Göran Lindbergh, KTH och SHC Batterifondsprogrammet, 6 april 2016

2 SHC Swedish Electric and Hybrid Vehicle Centre SHC is a national centre of excellence for research and development of electric and hybrid vehicles. It is an arena where Sweden s automotive industry, universities and government agencies meet and collaborate to generate new technology, insights and competence for the future.

3 Tesla Model 3 är XEV lösningen? Photo: Stumpf Studio

4 Antal artiklar om nya fordon i New York Times Källa: UC Davis och SFU

5 Utmaning #1 Marknad och omvärld Beslut och intressen i samhället Individers val Omvärldsförändringar

6 Water consumption Source: California Fuel Cell Partnership

7 Utmaning #2 Miljönytta Resursanvändning Emissioner inte bara från avgasröret Livscykelanalyser Återvinning

8 Rechargeable battery technologies LG INR18650MJI ; 3.5Ah ; 736 Wh/l SONY US186500VC7 ; 3.5Ah ; 264 Wh/kg Tim e But compare with: octane Wh/kg, hydrogen gas Wh/kg

9 last years, the increase in energy density (volumetrically and gravimetrically) was relatively small [1]. A comparison of Hur långt kan vi komma med batterier? different battery technologies with respect to their energy densities is shown in Figure 1. unit. In this proc to a change in (Co 3+/4+, Fe 2+/3 However, since from stability iss of the theoretical being an excep formula unit can trode reaction fo The amount of c therefore limited and i ntercal ati mah/g (372 mah/g), the current Li-ion tec Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6,

10 2015 Toyota Mirai Fuel Cell Sedan Range: About 650 km FC Stack: Power: 114 kw Power density: 3.1 kw/l Battery: 1.6 kwh Nickelmetal hydride Hydrogen tank: Energy density: 5.7 wt%

11 Finding the right applications for batteries and fuel cells Volume, weight or cost of system Battery Fuel Cell (or ICE) Electricity Renewable fuel Energy / kwh

12 Cell Pack Cell Pack Cell Pack $ / kwh $ / kwh ST Al, Battery price LIB cell in average 2011 cost $/kwh (EV design ; NMC cathode) 1600 LI-ION BATTERY COST Prisutveckling batterier 400 LI-ION BATTERY PACK COST FOR EV 700, e c 1200 e worldwide Battery market in) BATTERIES 2012 ctober 24-26, Nice, FRANCE 200 Christophe PILLOT pillot@avicenne.com 0 LIB cell LIB EV LIB pack LIB HEV Cell for EV cell LIB pack for HEV Margin Overheads Sales & Adm R&D Energy, utilities Direct labor Depreciation Others Separator Electrolyte Anode cost Cathode cost Avicenne Energy * 2015* 2020* * For Production > packs/year Pack Cost Cell Manufacturing Other Materials Electrolyte Separator Anode Cathode 29

13 Utmaning #3 Batteriegenskaper Kapacitet Effekt Kostnad Andra bränslealternativ vätgas, biobränslen,

14 Internal Temperatures Internal Temperatures at 724 s Max/Min Jelly Roll Temperatures

15 Model Validation Potential vs. time Temperature vs. time

16 Utmaning #4 Snabb batteriutveckling Mödosamma tester och karakterisering Parametrisering av modeller Hur mycket av kunskapen är generell?

17 Ojämn åldring i stora celler Post-mortem-analysis of a grafite//lifepo 4 cell EIS - Electrodes + Graphite LiFePO 4 skin EC characterisation SEM /EDX core

18 Resultat Små skillnader i laddström har stor effekt Sudden Death 3 C laddning (12 min / 60%) 4 C laddning (9 min / 60%) Energirelaterad fordonsforskning 2016 Jens Groot, Volvo GTT - ATR

19 Utmaning #5 Förutsägbarhet Laddningstillstånd State-of-Charge och hälsotillstånd State-of-Health Åldring Prediktering av beteende från sekunder till år framåt

20 Så vad behöver göras? Rättvisande analyser av totalkostnader och miljöeffekter för kloka vägval och identifiering av begränsningar Återvinning cirkulär ekonomi Utveckla kemi och koncept för kommande batterigenerationer bättre, billigare, Bränsleceller komplement till batterier Åldring från kvalitativ till kvantitativ förståelse Matematiska modeller med prediktiv förmåga för analys och styrning Testa mindre och förstå mer även dra nytta av data som genereras ombord på fordon Kompetens och utbildning strukturomvandling av transportsektorn