Laddhybrider och elfordon Branschgemensam FoU 6 november 2008 Sten Bergman ELFORSK
Laddhybrider och elfordon Nyckelfaktorer som påverkar utvecklingen Konsekvenser och drivkrafter Vad sker i vår omvärld? Vision om 600 000 elfordon i Sverige 2020 Vad gör elbranschen i Sverige? Framtidsvisioner Nationell plattform för EV/PHEV Sammanfattning 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 2
Miljökraven är drivande för utvecklingen [g CO 2 /km] 260 240 220 200 Canada 1,5%-2,5% y-o-y CO 2 reduction needed to stabilize CO 2 @ 550 ppm yr 2100 China California* Australia Regulations Decided Political target 180 160 140 120 Sweden Japan EU Hybrids and especially PHEVs will be an important part of the solution to meet future CO 2 targets 100 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 3
Från konceptfordon till riktiga Konceptfordon presenterade av många biltillverkare. VOLVO s ReCharge presenterades under 2007. Toyota kör sedan juli 2007 några plug-in hybrider i Tokyo. Stora satsningar från GM, VW, Peugeot, Ford, Mercedes, Renault, BMW m.fl. 42008-11-06 Laddhybrider & Elfordon
ReCharge Concept Car C30 Plug-in HEV Körsträcka: 100 km 0 100 km/h på 9 sek toppfart: 160 km/h 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 5
Teknikutvecklingen går fort Materialutveckling Lättviktsmaterial Kompositer Nya motorer Ventilstyrning Antal kolvar Nya bränslen Elektriska drivsystem Motorer Kraftelektronik Styrning & Reglering Energilager Superkondensatorer 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 6
Batteriet är nyckelkomponenten Lithium-jon tekniken är idag dominerande för kommande elfordon Säkerheten, prestanda och livslängd viktiga Mångmiljardbelopp satsas nu på nya Li-jon fabriker Priset på batterierna kommer att vara avgörande 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 7
Batteridata från SAFT 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 8
Scenarier Tillväxtscenarier 1, 2, 3,resp 4 miljoner laddhybrider fram till 2030 Fordonsflottan växer till 5 miljoner fordon Konventionella fordon blir bättre Ökad andel biobränsle Antal elfordon (ändras momentant) 1, 2.15, 3 resp. 4.3 miljoner fordon i morgon 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 9
Utsläpp av CO 2 14 Dagens utsläppsnivå Miljoner ton/år 12 10 8 6 4 2 0 40% reduktion 0 1 2,15 3 4,3 Miljoner laddhybrider 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 10
Dramatisk minskning av oljeberoendet Miljarder liter 33% minskning 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 11
Laddningsinfrastruktur Laddningen kan styras inom ett brett område (långsam, medium, snabb) Effektbehovet från en plug-in hybrid kan jämföras med en dammsugare, diskmaskin Typ 230V 10A 1-phase 230V 16A 1-fas 400V 16A 3-phase 400V 32A 3-phase 400V 63A 3-phase Max laddnings effekt(kw) 2.3 3.7 11.1 22.2 43.6 Tid för full laddning (100%) 5 tim 2 tim 1tim 20min 20 min 12 min 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 12
Bostadsområde typ villabebyggelse 50 kunder 10000 kunder 10 kunder 2200 kunder PHEV 1 av 6 bilar PHEV (15% penetration) vart 3:e hushåll har en PHEV Elförbrukning 20,000 kwh/år Normalfördelning av laddning runt kl 17 3-fas laddning med toppeffekt 11 kw 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 13
Primary substation Without PHEVs loading 70 MVA With PHEVs loading 76 MVA Capacity 126 MVA Single customer Without PHEVs current 14,5 A With PHEVs current 31 A Fuse 20-25 A Low voltage feeder Without PHEVs current 116 A With PHEVs current 133 A Fuse 160 A Substation 40/10 kv Without PHEVs loading 16 MVA With PHEVs loading 17 MVA Capacity 20 MVA PHEV Substation 10/0,4 kv Without PHEVs loading 402 kva With PHEVs loading 436 kva Capacity 500 kva 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 14
Kvällsmaximum idag Kvällsmaximum laddhybrider 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 15
Elmotor och drivsystem 250 SEK/kW Batterier 3000 SEK/kWh 35 kw el motor 140 kg Lithium batteri 75 % = 65 km el drift + 47 000 SEK kundpris Återbetalningstid @ 15 000 km/år 30 km / laddning 8-9 års återbetalningstid ointressant! 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 16
Policy instrument Payback time [Year] NEDC 140 kg battery NEDC 75 kg battery No policy instrument 9,05 5,24 Doubled CO 2 tax 6,38 3,7 Reduced tax for car provided by employer by 16000 kr 2,20 1,27 by 8000 kr 3,54 2,05 No road toll (Stockholm example) 3,07 1,78 Decreased motor-vehicle tax due to real emissions CO 2 emission trade (20 per ton CO2 emissions ) Increased price due to EU legislation + 3650 7,55 4,37 8,46 4,90 2,66 negative 10000 SEK subvention for environmental car 7,10 3,29 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 17
150 miljarder USD, men finns dom nu?? Amerikanska bilindustrin krävde under 2006 satsningar på minst 500 miljoner USD för att kunna möta hotet från Asien. Barack Obama vill satsa 150 miljarder USD i A New Energy for America. Skall skapa 5 miljoner gröna jobb. 1 miljon laddhybrider till 2012 (byggda i USA), samt minska oljeberoendet med 2 miljarder liter/år. 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 18
8000 mer för en begagnad Prius än en ny!! Idag är många amerikaner beredda att betala upp till 8000 kr mer för en begagnad Prius än att vänta på leveransen av en fabriksny. Uppgraderingskit finns att få från $4,999. Då ingår nya fjädrar för att hålla chassit på plats. Blybatterier 180 kg körsträcka ca 30 km. 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 19
Batteriforskning i nanoformat Forskningscentra vid Argonne National Labs och University of Austin, Texas Nanomaterialen dominerar 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 20
Nationella FoU Lab i USA Benchmarking Analytical studies Risk assesment Research & Development Testing and Validation, Deployment 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 21
Smarta innovationer.. 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 22
Fisker Karma och Dodge ZEO Fisker-Karma en laddhybrid att köras i stealth eller sport-mod 0 till 100 km/tim på 6 sek Maxhast 200 km/tim Dodge ZEO en ren elbil 0 till 100 km/tim på 5,8 sek maxfart 200 km/tim Körsträcka på el 40 mil! 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 23
GM i samarbete med 30 elbolag GM har etablerat ett samarbete med 30 elbolag verksamma i 37 stater. Hoppas på mellan 50-70 bolag Syftet är att bana väg för Chevrolet Volt vad gäller laddningsinfrastrukturen Laddhybrid redan 2009 Saturn Vue Hybrid? 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 24
Intelligens utan gränser SmartGrids, GridPoint, SmartCharge, V2Green, 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 25
Europa vill återta forskningsinitiativet ALISTORE 16 Europeiska Universitet i samverkan 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 26
Europa är inte bra på att kommersialisera innovationer.. 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 27
Signifikant prestandaförbättring 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 28
Volkswagen i bräschen för en Europeisk laddhybridsatsning Tillsammans med Tyska miljödepartementet, EON, Gaia och Evonik/Li-Tec Fraunhofer Gesellschaft, Heidelbergs Energi miljöinstitut (Ifeu), Centret för Rymdteknik (DLR) och Wilhelmsuniversitetet i Münster, skall Volkswagen ta fram ett 20- tal laddhybrider före 2012. Volkswagen har tecknat ett samarbetsavtal med Sanyo angående utveckling av Litiumjonbatterier. Leveranser 2012 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 29
Elfordonssatsningar har gjorts förr 30 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon
Många nya elbilar på väg.. 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 31
Laddning..men hur och var? 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 32
From a worse to a A Better Place... Förre SAP chefen, Shai Agassi har raggat ihop 200 miljoner USD i riskkapital för projektet A Better Place. Avtal just nu med Israel och DONG Energy i Danmark. Nissan-Renault skall leverera elbilar redan 2008. Affärsmodell liknande mobiltelemarknad - abonnemang. 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 33
Japan och Kina leder utvecklingen Kina största tillverkare av Litium-jon batterier, närmare 1,35 miljarder celler/år. Japan kännetecknas av systematik, långsiktighet och samverkan. 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 34
Batteriforskning för 200 miljoner USD Litium-jon fabriker för 2,4 miljarder USD Grundläggande teknikutveckling, där man avser batterimaterial, moduler och styrning/övervakning samt motorer. Målet är satt till energitäthet högre än 100 Wh/kg, effekttäthet högre än 2000 W/kg, livslängd bättre än 10 år samt ett pris under $370/kWh. Nästa generation batterier, där man avser att ta fram ett batteri med energitäthet högre än 700Wh/kg huvudsakligen genom allt mer sofistikerade (nano) material. Målet gäller 2030. Fundamental teknik, där frågor som testmetoder och möjlighet att livstidstesta batterier på mindre än 10% av fysisk tid. Budget: 100 miljoner USD 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 35
Japan samverkan före konkurrens 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 36
Toyota satsar stort på egen batteriforskning/tillverkning För att accelerera utvecklingen av laddhybrider och elfordon sätter Toyota nu upp ett nytt internt batteriforskningsinstitut för fordonstillämpningar. Man har för avsikt att ta fram nästa generations batterier. I år skall forskningsbolaget rekrytera minst 50 kompetenta forskare och under nästa år är avsikten att dubblera antalet forskare till minst 100. 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 37
6000+ Elbilar I Tokyo lanserade TEPCO redan förra året att hela tjänstebilsflottan på närmare 3000 fordon skulle bytas ut mot elbilar med ca 500 per år. De första testerna skedde redan i höstas och bytet skall påbörjas i år. De fordon som hittills testas kommer från Fuji Heavy Industries samt från Mitsubishi (MieV). Kanagwa Prefecture i Japan skall i ett samarbete med Nissan studera förutsättningarna för att introducera 3000 rena elbilar mellan 2010 och 2014 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 38
Hur ser japanerna på laddning? 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 39
Build Your Dream...snart inte bara en dröm Blir kineserna först på Europamarknaden med en laddhybrid? Batteridriven EV mod, med 75 kw, 400 Nm motor. Seriehybrid med 50 kw motor samt 1,0 liter förbränningsmotor som range extender Parallellhybrid där båda motorerna samverkar Körsträcka på el 10 mil! 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 40
Hur kommer marknaden att utvecklas? I Sverige säljs årligen drygt 300.000 nya fordon Över 38% av nybilsförsäljningen är miljöbilar Redan nu finns en efterfrågan på laddhybrider 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 41
Vision 600.000 laddhybrider & elfordon år 2020 Sverige har idag ca 4.3 miljoner personbilar Nybilsförsäljningen uppgår till ca 300.000 personbilar per år. Miljöbilsförsäljningen ligger idag omkring 30% Antag att försäljningen av laddhybrider/elfordon i Sverige uppgår till 10.000 fordon/år strax efter 2010. Antag vidare att försäljningen växer linjärt och efter 10 år uppgår till 100.000 fordon/år (30% av nybilsförsäljningen) Då skulle totala antalet laddhybrider/elfordon efter denna 10- årsperiod uppgå omkring 600.000 fordon Fullt möjligt att nå målet 600.000 fordon omkring år 2020. Men det hänger på när fordonen kommer ut på marknaden och hur fordonen uppfattas av konsumenterna och samhället/staten 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 42
Elföretagen driver genom Elforsk ett samlat program om laddhybrider och elfordon 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon
DEN INTERNATIONELLA UTVECKLINGEN PÅVERKAR SVENSKT UTBUD OCH EFTERFRÅGAN Infrastruk tur Klimatfrå ga Teknikutv Internat efterfråga n Mediefok us Oljepris Internat utbud/ prestand a Internat pris Styrmede l Efterfråg an Utbud Sverige Infrastruk tur Pris Subventi on
SCENARIO Total Laddhybrider Elbilar 2010 2012 2015 2019
Enkelhet och standardiserad laddning Från långsam laddning till snabb laddning 3,5 tim till 12 min Vilka kontaktdon? Hur betala? 46 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon
Area: Trondheim/Åre/Östersund/Sundsva ll Target Group: Tourists Area: Smedjebacken/Ludvika/Hedemor a Target Group: Technical Services within the communities Area: Tanum Target Group: To be confirmed Area: Stenungsund Target Group: Facility management company Swedish Demo Site Map, October Area: Göteborg Target Group: Test Site Sweden (TSS) Area: Växjö Target Group: Car pool for students 2008 Area: Piteå Target Group: Students in the adventure industry Area: Gävle/Sandviken Target Group: Shopping Area: Stockholm Target Group: King and Queen of Sweden/ Postal Service Area: Stockholm Target Group: Arlanda airport/internal transportation Area: Gotland Target Group: Airport and harbour/ rent- a-car service Area: Kalmar Region (Mörbylånga/Borgho lm) Target Group: Elderly service
Power Circle TSS Elforsk Demonstrationsprojekt Tydlig inriktning mot industrirelevans och nya affärsmodeller för elfordon Demoflottor i 15+ kommuner Testflottor Sverige som testplattform för PHEV och EV Tydlig inriktning mot fordonstillverkare och svensk spetskompetens Infrastruktur för laddning Bred samverkan för planering kring utbyggnad av infrastruktur Standardisering av laddningsteknik Gemensam nationell plattform 2008 2009 2010
Sammanfattning Laddhybrider är på gång hos de flesta biltillverkarna Batterierna är dock fortfarande för dyra och vissa farhågor kring säkerheten har ännu inte kunnat vederläggas Trolig introduktion på marknaden är 2011-2014 De första laddhybriderna kommer uppskattningsvis att kunna köra 5-10 mil i elmod Kraftnätet i Sverige redan dimensionerat för stort antal eldrivna fordon Konsekvenserna av en storskalig introduktion är en drastiskt reducerad miljöpåverkan där vi kan möta EU s klimatmål Energibehovet kan tillgodoses med klimatneural el Laddhybrider kan bli den i särklass största händelsen på elmarknaden 2008-11-06 Laddhybrider & Elfordon 49