Analyse: Batterier stopklods for fremtidens hybridbil
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Analyse: Batterier stopklods for fremtidens hybridbil

Illustration: Toyota.com

Lithiumionbatterierne har haft deres faste plads i min mobiltelefon og laptop i mange år. Nu sidder de også i min skruetrækker og stavblender. Spørgsmålet er, hvornår jeg ser dem min i bil?

Sandsynligvis ikke lige med det samme. For den teknologi, som tilsyneladende virker udmærket i en stavblender, har skavanker, som kommer frem i lyset, når den pludselig skal erstatte noget så velkendt og pålideligt som en forbrændingsmotor.

Derfor fortsætter de europæiske bilproducenter med at satse på dieselteknologi, mens de holder øje med de stores kamp om markedet for hybridbiler. Her er forventningen, at det går med batterierne som med julegaverne de bliver større og større år for år.

Toyota udskyder ny Prius

I midten af juni kom der dog en helt afgørende melding i forhold til den udvikling: Verdens største bilproducent og den absolut førende virksomhed inden for udvikling, produktion og salg af hybridbiler, japanske Toyota, oplyste, at præsentationen af den næste generation af hybridbilen Prius er udskudt, så den nu først kommer på markedet i foråret 2009.

Analytikere havde ellers forventet, at vi vil se den tredje generation af verdens mest solgte hybridbil i efteråret 2008. Ydermere havde de regnet med, at den ville være udstyret med lithiumionbatterier, i modsætning til de hidtidige versioners nikkelmetalhydridbatterier, og med mulighed for at blive opladet eksternt altså en såkaldt plug-in-hybridbil.

Selv om Toyota har tradition for at være karrige med detaljerede oplysninger om teknologistatus og lanceringstidspunkter, var begrundelsen rimeligt klar: Sikkerheden er ikke i orden. Med andre ord er man rædselsslagen for, at en bil med lithiumionbatterier vil gå op i røg for næsen af ejeren. Som en klog læser en gang skrev på på Ingeniørens net: Når energiindholdet i et batteri begynder at nærme sig dynamit ja, så er der også en risiko for, at de vil opføre sig som dynamit.

Må gætte om kundernes behov

Måske var det en god nyhed for den erklærede konkurrent, amerikanske General Motors, som trods kolossale økonomiske problemer har meldt sig som førsteudfordrer på kørebanen med en hydridmodel kaldet Volt. Lanceringstidspunktet er her sat til 2010 og milliarder af dollar er lige nu ved at blive kanaliseret over i udviklingsarbejdet.

Men én ting er at sikre sig mod brand og eksplosioner. Noget andet er, hvor mange batterier der skal lægges i en bil for at tilfredsstille den miljøbevidste køber eller myndighed.

Lederen af den europæiske afdeling for Toyotas udvikling af motorer, Gerald Killmann, var noget flakkende i blikket, da Ingeniøren stillede ham det spørgsmål på et teknologimøde, som Toyota havde arrangeret i midten af juni syd for Berlin:

»Faktisk ved vi ikke, hvilke behov kunderne har. Er det 10 km eller 30 km, de vil køre på ren eldrift,« lød svaret.

Konklusionen er, at Toyota vil prøve sig frem, og meget tyder på, at det bliver den nye Prius, der skal teste kundernes behov.

Alliance med batteriproducenter

Et af de grundlæggende problemer er forholdet mellem vægt og energiindhold. I runde tal indeholder et kg benzin eller diesel mellem 75 og 85 gange så meget energi som et lithiumionbatteri.

Hvis den nye Prius skal kunne køre 30 km på eldrift, vil det kræve seks gange så stor batterikapacitet som i den forrige, der kun kan køre 10 km. Der skal altså virkelig noget forskning og udvikling til, før den parameter bliver væsentlig bedre.

Derfor har de to store bilproducenter allieret sig med batteriproducenterne. For Toyotas vedkommende er det den gamle samarbejdspartner Panasonic, som står for udviklingen, mens GM satser på et samarbejde mellem koreanske Compact Power og tyske Conti.

Imens forsøger en hel del mindre bilproducenter at snige sig indenom med rene elbilmodeller. Det gælder for eksempel californiske Tesla, som har fået enorm mediebevågenhed ved at fylde en sportsligt udseende topersonersmodel op med laptopbatterier og sælge den til den nette sum af 600.000 kr.

Batterier har for kort levetid

Problemet for sådanne små producenter er i høj grad batteriernes levetid. Kritiske røster tvivler nemlig på, at de holder meget længere end tre år. Hvis det er tilfældet, ryger sandsynligvis hele miljøgevinsten til at producere nye batterier.

Både Toyota og GM har slået fast, at de kun vil sende en hybridbil på markedet, hvor batteriet holder hele bilens levetid, hvilket for GM's vedkommende er blevet defineret som ti år.

Toyota har i dag erfaringer med, at deres nikkelmetalhydridbatterier i den første Prius-model kan holde til mindst 200.000 km. Faktisk havde Gerald Killmann hørt om en hollandsk Prius-taxi, som havde kørt over 650.000 km på det samme batteri.

Hvem der kommer først med en brugbar model, ved vi først om et par år, men det er helt sikkert, at vi indtil da vil blive tæppebombet med mere eller mindre tvivlsomme informationer om den teknologiske udvikling: Toyota som den afdæmpede og GM som den højtråbende.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Og så hører det med til den fulde og sande historie at en forbrændingsmotor som en tommefinger regel har en virkningsgrad på 30% og en el-motor en virkningsgrad på ca. 90%....så vægt energi indholdet mellem benzin og batterier hedder ikke 1:75 når man måler på hjulene, men måske snarere 1:25 eller noget endnu bedre når alle parametre tælles med som at el-biler kan udnytte bremse energien f.eks.

Hvordan kan en tredobling af rækkevidden medføre en seksdobling af den krævede batterimængde?

Og hvis Benzin der påstået indeholder 75 gange så meget energi pr. kg som et lithium batteri, hvordan kan det så være at energi mængden i et lithium batteri nærmer sig dynamit :-) hvor benzin anses for at være ganske fredeligt ;-)...drille drille....
Men er det ikke korrekt at der findes millioner hvis ikke milliarder af lithium batterier i elektronik og at vi kun har hørt om meget få brænde set i den sammenhæng.
Lithium batterier er ikke farlige i sig selv, selvom det er korrekt at højere energi tæthed i sagens natur gør at der kan frigives mere energi hvis uheldet er ude. De kan antænne hvis styre elektronikken fejler, så det må nærmere være her den hænger.

Og til holdbarhed, hvis ekstra batteri kapacitet udnyttes til længere rækkevidde vil det medføre lave belastning af et større batteri, der igen medfører længere levetid.....men levetiden er et problem når batterierne er så dyre som de er for tiden....men udviklingen er rivende, så hvad der gælder idag gælder ikke i morgen, og slet ikke hvis man fra regeringernes side vedtager at der skal satses massivt på batteri teknologi.

  • 0
  • 0

Seksdoblingen skyldes antageligt at bilens størrelse og vægt forøges når der skal være plads til flere batterier, hvilket giver et øget energiforbrug pr kørt kilometer.

  • 0
  • 0

Men er det ikke korrekt at der findes millioner hvis ikke milliarder af lithium batterier i elektronik og at vi kun har hørt om meget få brænde set i den sammenhæng.
Lithium batterier er ikke farlige i sig selv, selvom det er korrekt at højere energi tæthed i sagens natur gør at der kan frigives mere energi hvis uheldet er ude. De kan antænne hvis styre elektronikken fejler, så det må nærmere være her den hænger.

Jeg har en gang set en bekendt placere en svensknøgle rigtig uheldigt, nemlig på tværs af polerne på en 12 volt bilakkumulator. Jeg skal love for at denne begrænsede energimængde kan frigives hurtigt og voldsomt.

Prøv så at forestille dig en mange gange større energimængde og en bulet skærm, som lige rører ledningerne, eller en falckmand, som med en saks klipper lidt i en skadet bil og rammer hovedledningen.

Den opgave må løses, før vi har sikre elbiler.

I sammenhængen er benzin jo langt mindre eksplosivt simpelthen fordi der meget sjældent vil være ilt nok til at antænde det hele på en gang.

/Rolf

  • 0
  • 0

Der er få, hvis overhovedet nogen, batterityper der kan hamle op med bly-syre batteriets næsten teoretisk optimale kortslutningsstrøm hvilket netop gør dem så gode til startbatterier til morgenkolde ottomotorer.

Lithium-Ion batterier har en helt anden og meget lavere kortslutningsstrøm, til gengæld har de en grim tendens til at selvdestruere, mere eller mindre voldeligt, på grund af varmen fra den indre modstand under kortslutninger.

Alle LiOn batteripakker er derfor i praksis udstyret med kortslutningssikringer, for store batterier indtil flere stk.

Så lige den bekymring tror jeg ikke der er grund til at have.

Men hvad der sker hvis man rear-ender de 8000 LiOn celler i en Tesla er jeg ikke sikker på at jeg bryder mig om at tænke på.

Poul-Henning

  • 0
  • 0

En tredobling af rækkevidden kan langfra give en forøgelse af batteri vægten der nødvendiggør en seksdobling af batteri kapaciteten, det tror jeg de fleste af os kan blive enige om uden at vi behøver at regne efter :-).

Jeg har svært ved at forestille mig at hovedkablet i en Toyota Prius ligger let tilgængelig lige under motorhjelmen så en bule kan fremkalde en kortslutning ;-).

Det er klart at der ligger meget energi i et stort batteri, men der er risiko ved alt, og de fleste problemer kan løses hvis man vil, sikringen er opfundet og hvem siger at man ikke kan opdele batterierne i mange små enheder der kan isoleres ved uheld osv, osv....er helt sikker på at der er nogen kloge hoveder der har tænkt lidt over dette problem før, samt at der allerede findes en god løsning.

Problemet er ikke om vi kan idet der findes løsninger på næsten alle problemer, men om vi vil el-biler nu....så vil vi el-biler nu kommer de naturligvis hurtigere end de ellers ville komme, og det endelige regne stykke bliver at de bliver bedre end vores biler med forbrændings motor som jo efterhånden er en gammel opfindelse.

Og hvorfor starter vi ikke med at forbyde knallerter med forbrændings motor der sviner helt eventyrligt og så kun tillader el-cykler/knallerter i Europa...så kan vi jo få en masse erfaringer der kan skaleres op til større og større køretøjer.

  • 0
  • 0

Der er få, hvis overhovedet nogen, batterityper der kan hamle op med bly-syre batteriets næsten teoretisk optimale kortslutningsstrøm hvilket netop gør dem så gode til startbatterier til morgenkolde ottomotorer.

Poul-Henning

Udviklingen af li-polymer batterier er rivende, og pt. kan må få li-polymer batterier der kan aflades med 30C/60C peak eller mere, lidt på bekostning af energi tætheden...altså tømmes på to minutter eller mindre...blot som en side bemærkning...for som du siger, så er sikringen jo opfundet.

Og selvfølgelig kan man konstruere et kollisions sikkert batteri....batteriet der kan lynlades på minutter er også opfundet...så hvad venter vi på....udviklingen skal sættes igang så vi kan få erfaringer og få sat gang i masse produktionen.

Vi kan ikke sidde og vente på at den perfekte el-bil dumper ned fra himlen, det er som alt andet en udvikling der kan gå hurtigere eller langsomere alt efter hvor stor den politiske vilje er.

  • 0
  • 0

En tredobling af rækkevidden kan langfra give en forøgelse af batteri vægten der nødvendiggør en seksdobling af batteri kapaciteten, det tror jeg de fleste af os kan blive enige om uden at vi behøver at regne efter :-).

Kan vi det? Elbilerne er primært beregnet til bykørsel. Vi kan antage at energiforbruget stiger lineært med vægten (dvs. rullemodstand og acceleration forventes at dominere over luftmodstand). Hvis halvdelen af en bils vægt udgøres af batterierne vil en fordobling af batterikapaciteten forøge vægten med 50% og rækkevidden med 4/3.

Jeg siger ikke at mine værdier er realistiske, men der ER brug for at regne efter, før man kan afvise de tal der anføres i teksten. Og selvfølgelig: hvis kapacitetsforøgelsen kommer uden en pris i vægt (dvs. gennem bedre batteriteknologi) så har du helt ret.

  • 0
  • 0

Den fulde historie må være at man indtænker kø problemerne i diskussionen.
RUF (www.ruf.dk) kan reducere behovet for batteri kraftigt ved at forsyne køretøjerne fra skinnen ved høj hastighed. Så er der kun brug for at køre 2-3 km ved moderat hastighed for at komme hen til skinnen.
På den måde får man tilføjet mere kapacitet til systemet og samtidig reduceret problemet med batterierne.
Ikke blot slipper man for motorvejskøerne, man får forærende noget tid på skinnen hvor man kan arbejde og tjene penge mens man er på vej til sit fysiske arbejde.

  • 0
  • 0

Kan vi det? Elbilerne er primært beregnet til bykørsel. Vi kan antage at energiforbruget stiger lineært med vægten (dvs. rullemodstand og acceleration forventes at dominere over luftmodstand). Hvis halvdelen af en bils vægt udgøres af batterierne vil en fordobling af batterikapaciteten forøge vægten med 50% og rækkevidden med 4/3.

Jeg siger ikke at mine værdier er realistiske, men der ER brug for at regne efter, før man kan afvise de tal der anføres i teksten. Og selvfølgelig: hvis kapacitetsforøgelsen kommer uden en pris i vægt (dvs. gennem bedre batteriteknologi) så har du helt ret.

Ok Bjarke, så lad os da lave det regnestykke.

http://www.toyota.dk/media/dkdk/pdf/specs/...

Fra dette link kan man læse at det er et meget lille batteri prius har nu, kun 201,5V x 6,5Ah = 1,31 Kwh

og fra dette link kan du læse at det vejer 53,3kg
http://www.nrel.gov/vehiclesandfuels/energ...

Altså langtfra halvdelen af bilens vægt på 1254 kg. tror jeg godt vi kan blive enige om.

Skulle vi lave et tilsvarende batteri af lipo celler, blot for at give et hint om hvor vi ca. er henne i vægt, så kommer der et eksempel her.

http://www.flighttechdistribution.co.uk/Pr...

Fra denne webside kan man købe 30/60C lipo batterier, og skulle ville vi bygge et batteri tilsvarende det der ligger i Prius skulle vi bruge 14 x 6S EVO30 4500 = 14 x 310,8V x 4,5Ah = 1,399Kwh

Vægten kun blive 14 x 724gr. = 10,14KG

Kapaciteten er lidt højere end prius batteries til en femtedel af vægten, og ydelsen er 310,8 x 4,5 x 30 = 41,96KW konstant ved 30C eller 83,92 KW i korte perioder....ca. 100hk i korte perioder for et 10,14kg batteri.

tre dobler vi det originale batteri´s kapacitet får vi en øget vægt på ca. 100kg, altså ikke noget der har nogen nævneværdig indflydelse på en bil der vejer ca. 1300kg håber jeg vi kan blive enige om.

Og bygger vi et tre gange så stort batteri af vores lipo celler ender vi på sølle 30kg, altså 3 gange så meget kapacitet for et 20kg lettere batteri.

Eller stillet op på en anden måde. laver vi et lipo batteri der svarer til et 150kg prius batteri vil vi få 15 gange så meget kapacitet som idag, og 629,4 KW til rådighed ved 30C og 1258,8KW kortvarigt ved 60C.

OK, så skal der også lige tages højde for "emballage" og elektronik til lipo batteriet, så tag det som et eksempel på at der vist ikke helt er hold i at 3 x rækkevidde kræver 6 x batteri kapacitet i en prius...

:-)

  • 0
  • 0

Rolig Paul - du havde mig ved de 53 kg.
Hvis du skal bruge beregningen igen så tjek den lige en gang til: 14 x 310,8V x 4,5Ah = 1,399Kwh ??

Vi snakker vist om mange ting samtidigt nu, men det er vel også ok :-)

14 batterier med en nominel spænding på 22,2V hver giver 310,8V x 4,5Ah = 1,399Kwh.

Et blybatteri en høj kortslutningsstrøm og er billig osv. et rigtigt godt valg til startbatteri :-)

  • 0
  • 0

og lige en tillægs bemærkning til mine beregninger...under 60C belastning vil lipo batterierne ikke holde en nominel spændning på 3,7V som brugt i eksemplet, men måske nærmere omkring 3,0V....men så tager vi bare 3kg ekstra batteri med til at kompencere for det.

hvis man vil have en rimelig holdbarhed på lipo batterier skal de heller ikke aflades med mere end 80% (det tager de ekstra 3kg højde for):-)

30/60C EVO batterierne er dem med lavest energi tæthed i EVO serien, men størt "Power" tæthed.

hvis vi gør tilbage Toyota batterierne, vil to ekstra batterier øge totalvægten med ca. 8% med lidt grov hoved regning, svarende til vægten af svigermor :-) håber vi kan blive enige om at en så ringe vægt forøgelse ikke kræver yderligere 3 batterier for at opveje det ekstra forbrug.....stiger dit benzinforbrug måske til det dobbelte ved bykørsel når svigermor er med ;-).

Derudover er der mange andre faktorer der afgør hvilket batteri der er velegnet til et ren ellert, som pris, holdbarhed, robusthed, sikkerhed osv...lipo batterier skal helst opbevares delvist afladet og gerne køligt når de ikke bruges, hvor nmhd batterier er mindre følsomme her osv. osv. osv.

  • 0
  • 0

Kunne ikke lade være med at regne lidt videre.

” Analyse: Batterier stopklods for fremtidens hybridbil
Lette og muskuløse batterier er en kernekomponent for fremtidens bilteknologi, men ingen af de store bilproducenter har fundet løsningen.”

OK, ingen af de store bilproducenter har fundet løsningen….og batterierne er stopklodsen….

Denne påstand skal ikke få lov til at hænge i luften uden at blive kommenteret.

Hvis vi nu laver et tænkt eksempel hvor vi tager udgangspunkt i en Prius på 1254kg, og vedtager at vi vil bygge en ren el-bil der vejer 1254 kg og hvor 1/3 af total vægten kan skal bruges på ren celle vægt bygget af batterier man kan købe i ”håndkøb” over nettet, og uden at tage hensyn til alle de andre parametre der er vigtige for det endelige batteri valg, og blot for at se hvad ”håndkøbs” teknologi rent faktisk kan præstere i dag, så kommer jeg frem til følgende.

Har fundet nye data på prius batteriet som siger at det har en nominel spænding på 273,6V og 6,5Ah svarende til 1.778Kwh for et 53,3 kg Nmhd batteri. = en energitæthed på 0,033Kwh/kg

Et FlightPower EVOLITE-5350 lithium Polymer batteri har en energitæthed der er 6 gange så høj = 0,203 Kwh/kg.

http://www.flighttech.co.uk/

Laver vi en ren elbil hvor 1/3 af total vægten består af evolite batterier (der kan købes i håndkøb over nettet) giver det 0,203 Kwh/kg x 418kg = 84,85 Kwh / 1,778 = 47,7 x 10 km = 477 km bykørsel eller lidt mindre hvis man udnytter de 1442KW der er til rådighed for konstant 17C belastning eller 2375,8 KW ved 28C kortvarig belastning….kunne give en frisk tur på den tyske autostada med ca 3000hk til rådighed fra batteriet J.

84,85 Kwh x 17C = 1442 KW
84,85 Kwh x 28C = 2375,8 KW

(Kun 80% af kapaciteten der er oplyst kan bruges til daglig hvis det ikke skal gå du over levetiden på et lipo batteri)

Er 477km bykørsel og 3000HK til rådighed ikke både let og muskuløst for et 418kg håndkøbs batteri???

Hvor eller hvem er den stopklodsen egentlig?

Hvad kan det ikke udvikle sig til hvis politikerne vedtager at det elbilerne skal ind på det enorme bil marked så der kommer gang i batteri udviklingen og masseproduktionen så prisen kommer ned?

Eksemplet er tænkt, og jeg ved godt at det ikke er så simpelt som det ser ud til herover ligesom prisen på lipo batterier er meget høj lige nu, men alligevel giver det et rigtigt godt fingerpeg om hvad vi allerede kan lave med eksisterende teknologi hvis den politiske vilje er der.

  • 0
  • 0

Kunne ikke lade være med at regne lidt videre.

” Analyse: Batterier stopklods for fremtidens hybridbil
Lette og muskuløse batterier er en kernekomponent for fremtidens bilteknologi, men ingen af de store bilproducenter har fundet løsningen.”

OK, ingen af de store bilproducenter har fundet løsningen….og batterierne er stopklodsen….

Denne påstand skal ikke få lov til at hænge i luften uden at blive kommenteret.

Hvis vi nu laver et tænkt eksempel hvor vi tager udgangspunkt i en Prius på 1254kg, og vedtager at vi vil bygge en ren el-bil der vejer 1254 kg og hvor 1/3 af total vægten kan skal bruges på ren celle vægt bygget af batterier man kan købe i ”håndkøb” over nettet, og uden at tage hensyn til alle de andre parametre der er vigtige for det endelige batteri valg, og blot for at se hvad ”håndkøbs” teknologi rent faktisk kan præstere i dag, så kommer jeg frem til følgende.

Har fundet nye data på prius batteriet som siger at det har en nominel spænding på 273,6V og 6,5Ah svarende til 1.778Kwh for et 53,3 kg Nmhd batteri. = en energitæthed på 0,033Kwh/kg

Et FlightPower EVOLITE-5350 lithium Polymer batteri har en energitæthed der er 6 gange så høj = 0,203 Kwh/kg.

http://www.flighttech.co.uk/

Laver vi en ren elbil hvor 1/3 af total vægten består af evolite batterier (der kan købes i håndkøb over nettet) giver det 0,203 Kwh/kg x 418kg = 84,85 Kwh / 1,778 = 47,7 x 10 km = 477 km bykørsel eller lidt mindre hvis man udnytter de 1442KW der er til rådighed for konstant 17C belastning eller 2375,8 KW ved 28C kortvarig belastning….kunne give en frisk tur på den tyske autostada med ca 3000hk til rådighed fra batteriet J.

84,85 Kwh x 17C = 1442 KW
84,85 Kwh x 28C = 2375,8 KW

(Kun 80% af kapaciteten der er oplyst kan bruges til daglig hvis det ikke skal gå du over levetiden på et lipo batteri)

Er 477km bykørsel og 3000HK til rådighed ikke både let og muskuløst for et 418kg håndkøbs batteri???

Hvor eller hvem er den stopklodsen egentlig?

Hvad kan det ikke udvikle sig til hvis politikerne vedtager at det elbilerne skal ind på det enorme bil marked så der kommer gang i batteri udviklingen og masseproduktionen så prisen kommer ned?

Eksemplet er tænkt, og jeg ved godt at det ikke er så simpelt som det ser ud til herover ligesom prisen på lipo batterier er meget høj lige nu, men alligevel giver det et rigtigt godt fingerpeg om hvad vi allerede kan lave med eksisterende teknologi hvis den politiske vilje er der.

PS. Og med hensyn til el-knallerter findes allerede, se her el-knallert.dk, så hvorfor vedtager politikerne ikke bare at det er dem vi skal bruge i europa???
PPS. Igen kan ydelsen og energi tætheden på disse ”knallerter” helt sikkert forbedres markant med de rigtige batterier.
PPS. Og når man kan lave elektriske knallert 45´ere, er springet til elektriske motorcykler så ikke til at overse?

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten