TUT Arto Haakana Green Net Finland

Transkriptio

1 Sähköautot ja akustot TUT Arto Haakana Green Net Finland

2 Green Net Finland ry Ympäristöliiketoiminnan kehittämisorganisaatio. Toimintamuodolta voittoa tavoittelematon yhdistys. Suunnittelee ja toteuttaa ympäristö- ja energia-alojen julkisten ja yksityisten toimijoiden välistä verkostoyhteistyötä ja edistää alan osaamista sekä jäsentensä projekti- ja vientitoimintaa Uudellamaan kansallisen Osaamiskeskusohjelman (OSKE) ympäristöteknologian osaamisklusterin ohjelman toteutus.

3 SISÄLTÖ Ajoneuvot ja liikenne Ajoneuvon energiankäytön perusteet ja mittaussyklit henkilöautot Liike-energiantuottotavat polttomoottorit hybridit Sähkökäyttöiset Akkukemiaa ja niiden hallintaa Sähköautot Suomi ja Maailma Akkujen varaamis infrastuktuuri Sähkön riittävyys Yleistä pohdintaa

4 AUTON KEHITYSPAINEITA RIO/KIOTON SOPIMUS 1980 YMPÄRISTÖTIE- TOISUUS Uhka Hiilidioksidi päästöjen vaikutus kasvihuoneilmiöön Polttomoottori pilaa hengitysilman Toimenpide CO 2 ja polttoainekulutusta vähennettävä. Hybridiratkaisulla energiakulutus pienemmäksi. Kalifornia laki, % nollapäästöautoja 1973 ÖLJYKRIISI Öljyn loppuminen sähköauto kehitys liikkeelle

5 AUTON KEHITYSPAINEITA 2

6 AJOSUORITEEN KASVU SYÖ TEKNIIKKA HYÖDYT i

7 AUTOTEOLLISUUDEN TULEVAISUUDEN KUVA HENKILÖAUTOJA 800 MILJOONAA AUTOMYYNTI VUONNA milj. kpl KULUTTAJAVALISTUS AUTOTEOLLISUUDEN TUOTANTOKAPASITEETTI 80 milj./vuosi KILPAILU KIRISTYY LAINSÄÄDÄNTÖ! KIOTON SOPIMUS CO2 päästöjen vähentäminen vuoden 1990 tasolle 2008 mennessä. EU SOPIMUS Co 140 g/km HUOLI ÖLJYN LOPPUMISESTA Öjyn tuotanto ja kulutus leikkaavat n i Fuusioituminen ja tuotannon integroiminen tuovat kilpailukykyä Auton alusta on kallein yksittäinen osa! Yhä useampi saman kokoluokan merkki perustuu samaan alustaan.

8 AUTO ENERGIANKÄYTTÄJÄNÄ ULKOISET VASTUSVOIMAT Ilmanvastus Fi = ½ s v² A Cv Vierintä vastus Fr= f m g s = ilmantiheys 1,28 kg/m3 v = nopeus m/s (mittaussykli) A = otsapinta-ala m2 Cv = ilmavastuskerroin (0,25-0,40) (Pisaran ilmavastuskerroin 0,05) f = vierintävastuskerroin renkaan (0.015) m = autonpaino kg g = maanvetovoima vakio 9.81 kgm/s2 Kiihdytyksen liike-energia sama kuin hidastuksen voimantuoton/talteenoton hyötysuhteen ollessa 100 %

9 Mikä energiamäärä tarvitaan 1000 kg kuljettamiseen 100 km matkan? Auton renkaan vierintävastuskerroin ilmanvastusta ei huomioida? Fr 0,015 vierintävastuskerroin m 1000kg autonpaino g 9,81kgm/s2 maanvetovoima s m matka E=Frmgs E Ws 4,1kWh Dieselin energiasisältö on 10 kwh/l eli 0,41 litraa sisältää ko. energian

10 ILMAN VASTUS Ilmanvastuksen vaatima energia kun, 2 neliömetrin auto, jonka ilman vastuskerroin on 0,3 ajaa 100 km Nopeus Vastusvoima N Energia kwh/100km 50 km/h 74 N km/h 296 N km/h 427 N km/h 581 N 12 Auto liikkuessaan puskee tunnelia ja syrjäytti matkalla 2 m2 x m x 1,28 kg/m3 = kg ilmaa Ilmanvastus 6-7 metrin vastatuulessa kasvaa jopa 1,6 kertaiseksi 90 km/h Vastaavasti myötätuuli voi vähentää vasta 40 % -25C pakkasella ilmanvastus on 22% suurempi kuin +30C:ssä. Mikä selittää?

11 AUTO ENERGIANKÄYTTÄJÄNÄ POLTTOAINEEN KULUTUKSEN MITTAUSSYKLIT KAUPUNKIKULUTUS ECE15 URBAN Ilmanvastuksen häviö tulee nopeuden neliösummista Välttämättä tarvittava vierintävastusenergia riippuu matkasta Kiihdyksen välttämätön liikeenergia on - ½*m*v2 Jarrutettaessa teoreettinen liike-energia palautuu +½*m*v2

12 AUTO ENERGIANKÄYTTÄJÄNÄ POLTTOAINEEN KULUTUKSEN MITTAUSSYKLIT MAANTIEKULUTUS EUDC Polttoaineenyhdistetty kulutus sisältää noin 36% kaupunkisykliä ja 64% maantiesykliä

13 SÄHKÖAUTON VOIMATUOTTO HYÖSUHTEET Elcat tekniikka Nyky tekniikka Verkkosähkö 100 % Verkkosähkö 100 % 100% 100% Varaaja 87,4 % Varaaja 90 % 87,4% Liikeenergian palautus 90 % Liikeenergian palautus akku 75 % 53 % akku 90 % 73 % 66 % 81 % 6 1 % Moottori säädin 78 % 51 % 70 % 7 7 % Moottori säädin 90 % 73 % 81 % Vaihteisto pyörä 90 % Vaihteisto pyörä 90 % 4 6 % 90 % liike-energia 100 % 66 % 90 % liike-energia 100 % Moottori ja akkutekniikan ansiosta sähköauton energiankulutus on vähentynyt 43 % ja jarrutusenergian talteenotto parantunut

14 SÄHKÖAUTON MOOTTORIN HYÖTYSUHDE UQM kestomagneetti moottori 150 kw 650 Nm 91 kg

15 POLTTOAINEKULUTUSLASKELMA DIESEL VW-Caddy sähköautona VW Caddy 77kW Diesel Aut Kaupunkisykli 9,00 8,00 7,00 6,00 ŋ = 13 % 5,00 4,00 ŋ = 49 % 3,00 2,00 1,00 0,00 Kulkuvastukset 1,7 Nyky sähköauto 2,15 (21,5 kwh) Polttomoottori 8,4 Elcat-tekn s-auto 3,23 (32,3kWh) l/100km diesel polttoaineena Vierintä Ilmanvastus 12V Kiihdytys Sähköverkosta Regenhyöty Diesel Nykyaikainen sähköauto käyttää % vähemmän energiaa kaupunkiajossa kuin automaattivaihteinen dieselauto.

16 POLTTOAINEKULUTUSLASKELMA DIESEL VW-Caddy sähköautona VW Caddy Diesel 77 kw Aut Maantiesykli 7,00 6,00 5,00 4,00 ŋ = 56 % ŋ = 29 % 3,00 2,00 1,00 0,00 Kulkuvastukset 2,2 Nyky sähköauto 3,1 (31 kwh) Polttomoottori 5,9 Elcat-tekn s-auto 4,4 (44 kwh) l/100km diesel polttoaineena Vierintä Ilmanvastus 12V Kiihdytys Sähköverkosta Regenhyöty Diesel Sähköauto säästää 48 % maantiesyklissä

17 Mitsubishi imiev ajoamatkamittaus VTT:n laboratoriossa

18 PIENIKULUTUKSELLISEN AUTON OMINAISUUDET Energiankulutus syntyy ajovastuksista Kaupunkiajossa massalla on suuri vaikutus Maatieajossa ilmanvastuksen osuus kasvaa. Pienien kaupunkiautojen yleistyminen on kasvussa koska, päivittäiset ajomatkat lyhyitä n. 50 km keskimäärin, autossa kulkee 1-2 matkustajaa. Pysäköintipaikoista on pulaa kaupungeissa

19 HIILIDIOSIDI PÄÄSTÖLASKELMA DIESEL VW-Caddy sähköautona Päästövertailu sähkötuontanto CO2 250 g/kwh 250 Auton päästö g/km Kaupunki Maantie Diesel Sähkö Sähkö+sähkölämmitys Sähkö+diesel lämmitin 2007 keskimääräinen Suomessa tuotetun sähkön CO2 päästö 204 g/kwh Diesellitra = 2,66 kg CO2, Bensiinilitra = 2,35 kg CO2

20 Auton Energiaspektri Plug in Hybrid

21 Eri ajoneuvotyyppien topologia

22 POLTTOMOOTTORIN HYÖTYSUHTEEN OPTIMOINTI HYBRIDIRATKAISULLA

23 Eri autotyyppien energialähteet

24 Hybridien perusrakenteet Sarjahybridi: polttomoottori ja sähkömoottori on kytketty sarjaan ja polttomoottorilta ei ole mekaanista kytkentää kuormalle. Kaikki voimansiirrolle menevä energia kulkee sähkömoottorin kautta. Rinnakkaishybridi: polttomoottori ja sähkömoottori on kytketty rinnan, siten että tehoa voidaan syöttää voimansiirrolle suoraan polttomoottorilta, sähkömoottorilta tai molemmilta samanaikaisesti.

25 Monimutkaisempia hybridirakenteita Sarja-rinnakkaishybridi: tehonvirtaus on yksisuuntaista ja sähkökone toimii ainoastaan generaattorina. Jaetun tehon hybridi: tehonvirtaus on kaksisuuntaista ja sähkökone voi toimia sekä moottorina että generaattorina. Esim. Toyota Prius

26 Ennakkomyynti USA:ssa Toyota Priukseen Hymotion 5 kwh Litiumakkupaketti hinta $

27 Extended-range EV (E- REV): Opel Ampera EV mode: 60 km Akun nimellisenergia: 16 kwh Akun nimellisjännite: 360 V Sähkömoottorin teho: max. 110 kw (400 A) Polttomoottorin teho: noin 70 kw

28 E-REV toimintaperiaate (Opel Ampera)

29 Sähköautotyypit (1) Hybridiautot (HEV) mikrohybridi (micro hybrid) kevythybridi (mild hybrid) täyshybridi (full hybrid) ladattava hybridi (plug-in hybrid, PHEV) extended-range hybridi (E-REV) sarjahybridi rinnakkaishybridi monimutkaisemmat hybridirakenteet Täyssähköautot (BEV) jako käytön ja akun energian perusteella

30 Sähköautotyypit (2)

31 Sähköautotyypit (3)

32 EUROOPAN PARLAMENTIN JA NEUVOSTON DIREKTIIVI 2009/33/EY, annettu 23 päivänä huhtikuuta 2009, puhtaiden ja energiatehokkaiden tieliikenteen moottoriajoneuvojen edistämisestä OHJEITA HANKINTOIHIN

33 AKUN KEHITYSHISTORIAA

34 AKUN TUNNUSLUKUJA Kapasiteetti ilmoitetaan Ah:na C5 arvo sähköautokäytössä C20 starttiakuissa C100 aurinkokennoakuissa Lämpötilassa + 25 C Tehosuhde W/l tai W/kg Energiasisältö Wh/l tai Wh/kg Varauskerroin = ladattu Ah/purettu Ah Hyötysuhde =ladattu Wh/purettu Wh

35 AKKU KEMIAN TUNNUSLUKUJA Ano de Atomic mass (g) Standard potential (V) Density g/cm 3 Melting point ºC Electrochemical Equivalence (Ah/g) Li Na Mg Al Ca Fe Zn Cd Pb Akku Kapasiteetti kwh Paino kg Liikkuvien ionien paino kg LITIUM (elektroneja liikkuu 0,4 g) LYIJY ZEBRA

36 MUITA AKKUTYYPPEJÄ Zebra Z5 216 kennoa 184 kg 21,2 kwh 118 Wh/kg Max teho 32 kw Toimintalämpötila C Kuuma-akut NaS, Zebra C Magnesium ja Vanadium akut Hopea-Sinkki, Nikkeli-Rauta Nestekiertoiset akut Sinkki-Bromi Ilma-akut Ilmasinkki, Ilmaalumiini Mekaaniset akut, vauhtipyöräakut

37 Vetyvarasto Sähköauton akkujen energiasisältö NikkeliMetall... Litium kaupal... Litium Parhaat NikkeliKadmium Lyijyakku Energia sisältö Wh/kg

38 LITIUM AKKUMATERIAALIT JA NIIDEN OMINAISUUDET Katodi Jännite Kapasiteetti Energia LiCoO V 140 mah/g kw h/kg LiMn 2 O V 100 mah/g kw h/kg LiFePO V 150 mah/g kw h/kg Li 2 FePO 4 F 3.6 V 115 mah/g kw h/kg Anodi Jännite Kapasiteetti Energia Graphite (LiC 6 ) V 372 mah/g kw h/kg Li 4 Ti 5 O V 160 mah/g kw h/kg Si (Li 4.4 Si) [22] V 4212 mah/g kw h/kg Ge (Li 4.4 Ge) [23] V 1624 mah/g kw h/kg

39 LÄMPÖ TAPPAA LITIUMAKUSTON

40 KOBOLTTI KEMIASTA ON SIIRRYTTY RAUTAFOSFAATTIIN Fortumin Doblo sähköauto, jossa kobolttiakut, paloi Länsiväylällä.

41 Nanoputkilla 10 kertainen energiamäärä Stanfordin Prof. Yi Cui julkaisu 2007 Stanford Professor Gets $10 Million From Saudi University April 4, 2008 Nanoputki taso Kaupallinen taso nyt

42 Erityyppisten sähköautojen akkujen vaatimuksia (1)

43 Erityyppisten sähköautojen akkujen vaatimuksia (2)

44 Eri akkukemioiden vertailua (Ragone-kartta) tehokenno energiakenno

45 Elektrodit Johtava materiaali ja aktiivinen pintamateriaali Merkittävin tekijä kennon ominaisuuksiin Elektrolyytti Tarkoituksena johtaa ioneja Erilaisia koostumuksia tarpeen mukaan Erottaja Estää oikosulut Akun rakenne ja koostumus Erilaisia rakenteita tarpeen mukaan (materiaali, paksuus...)

46 Eri akkukemioiden energiatiheyksiä

47 Li-ioni kennon toimintaperiaate Elektrodireaktiot: Neg. LiMO 2 Li 1-x MO 2 + xli + + xe - Pos. C + xli + Li x C Summa: LiMO 2 + C Li x C + Li 1-x MO 2 Litium-ionit (Li + ) siirtyvät: a) anodilta katodille, kun kennoa puretaan b) katodilta anodille, kun kennoa varataan Elektronien suunta ulkoisessa piirissä on päinvastainen, koska Li-ionilla ja elektronilla on erimerkkinen varaus. Anodi: hiili Katosi: metallioksidi (esim. CoO 2, FePO 4 )

48 Elektronien virta kennoa purettaessa Litiumrautafosfaattiakku (LiFePO 4 ) European Batteries Oy:n kennon rakenne Katodi (positiivielektrodi): - elektrodimateriaali: Al 20 µm - pinnoitus: rautafosfaatti - napa: Al 200 µm Anodi (negatiivielektrodi): - elektrodimateriaali: kupari 10 µm - pinnoitus: hiili - napa: Ni-Cu 200 µm _ + LiFePO 4 -kennon sähköisiä ominaisuuksia: - nimellisjännite 3,2 V (min 2,5 V, max. 3,65 V) - energiatiheys: 140 Wh/kg (energiakenno) 275 Wh/l (energiakenno)

49 Erityyppisiä kennoja (geometria) Cylindrical cell (sylinterimäinen) Esim (D = 26 mm, L = 65 mm, 0 = sylinterikenno) (D = 18 mm, L = 65 mm, 0 = sylinterikenno) Pouch/prismatic cell - Mittoja ei standardoitu. - Kaksi syvävedettyä muovipäällysteistä alumiinikalvoa laminoidaan reunoistaan yhteen. - Kalvossa useita kerroksia, sähköinen eristelujuus 10 kv/5 kv (DNP) Prismatic cell - Mittoja ei standardoitu. - Kennoa ympäröi alumiinikotelo, joka on suljettu laserhitsaamalla.

50 Prismaattisen LiFePO 4 - kennon rakenne Katodi (positiivielektrodi): - elektrodimateriaali: Al 20 µm - pinnoitus: rautafosfaatti - napa: Al 200 µm Anodi (negatiivielektrodi): - elektrodimateriaali: kupari 10 µm - pinnoitus: hiili - napa: Ni-Cu 200 µm LiFePO 4 -kennon sähköisiä ominaisuuksia: - nimellisjännite 3,2 V (min 2,5 V, max. 3,65 V) - energiatiheys: 140 Wh/kg 275 Wh/l

51 Perusmodulit 1 kwh 10 kg 2 kwh 20 kg 3 kwh 30 kg 4 kwh 40 kg

52 3,5 3,4 3,3 3,2 Purkukäyrät vakiovirralla (1) 0,2 C 0,5 C 1,0 C Voltage / V 3,1 3,0 2,9 2,8 2,7 2,6 2, Capacity / Ah

53 3,7 Latauskäyrät vakiovirralla (1) 3,6 3,5 0,2 C 0,5 C Voltage / V 3,4 3,3 3,2 3,1 3,0 2, Capacity / Ah

54 Sähköauton lohkokaavio

55 Akkujärjestelmän kustannusten jakautuminen

56 Akunhallintajärjestelmä Mihin hallintaa tarvitaan? Seuraa akkujen käyttäytymistä lisäten akkujen elinikää ja turvallisuutta 1. Estää kennojen väärinkäytön ja toteuttaa tarvittavat perussuojaukset OT/UT, OV/UV, OC 2. Havaitsee kennojen vioittumisen 3. Akusta pystytään hyödyntämään vähintäänkin pienimmän varauskyvyn sisältämän kennon varaus (aktiivinen balansointi) 4. Varmistaa kennojen tasaisen kuormituksen (aktiivinen balansointi) 5. Huolehtii, että kaikki sarjaan kytketyt kennot saadaan latauksen aikana täyteen ja varaustilaeroja ei pääse syntymään (aktiivinen ja passiivinen balansointi) 6. Pyrkii pitämään ikääntymisen samanlaisena akkujärjestelmän kennojen välillä Kennojen tunteminen tärkeää hallinnan suunnittelussa ja toteutuksessa. Yhteistyö kennovalmistajan ja hallintajärjestelmien kehittäjän kanssa tärkeää.

57 Akunhallinnan haasteita Kennon käytös muuttuu kuorman, latausvirran ja lämpötilan mukaan Kennon käyttäytyminen muuttuu elinkaaren myötä Kennon varaustilan mittaaminen haastavaa Erikokoiset akkuryhmät ja akut vaativat erilaisia ominaisuuksia elektroniikalta Erilaiset sovellukset Akunhallinnan tasot Perus suojatoiminnot ja mittaukset toteuttava järjestelmä (BMS) Mittaukset U, T Suojaukset OC, UT/OT, UV/OV Passiivinen akunhallinta Aktiivinen akunhallinta (varauksensiirto) Company Presentation

58 Passiivisen akunhallintajärjestelmän toimintaperiaate Kun sarjaan kytkettyjä kennoja ladataan ja kennojen välillä on varaustilaeroja, kaikkia kennoja ei saada täyteen (ilman että yksikään kenno ylivarautuu). Ylivarautuminen voidaan ehkäistä syöttämällä virtaa kennon ohi (shunttipiirin kautta). Säiliöanalogiassa tämä tarkoittaa veden juoksuttamista ulos ylivuotoputkesta. Tällä tavalla voidaan ehkäistä sarjaan kytkettyjen kennojenvälille syntyvät varaustilaerot, kun akusto ladataan säännöllisesti täyteen.

59 Aktiivinen akunhallinta Aktiivinen varauksensiirto Kaikkien kennojen varaustila pidetään samalla tasolla siirtämällä varausta kennosta toiseen. kennoston koko kapasiteetti voidaan käyttää hyväksi heikoin kenno (pienin kapasiteetti) ei rajoita suorituskykyä sama kenno ei tyhjene aina ensimmäisenä (käyttöikä kasvaa)

60 Aktiivisen akunhallintajärjestelmän toimintaperiaate Aktiivinen akunhallintajärjestelmä siirtää varausta kennojen välillä sekä kuormituksen että lataamisen aikana. Kaksisuuntainen järjestelmä voi joko purkaa tai ladata yksittäistä kennoa. Kennojen varaustilajakauma säilyy tasaisena sekä purun että lataamisen aikana.

61 DC-väylään perustuva aktiivinen hallintajärjestelmä

62 Kennoston jännitejakauma Liukuva keskiarvo kuormitustestin aikana: U k (V) S6-VRLA aika (min) Kapasiteetista riippumattomat tekijät (sisäinen resistanssi, epätasainen lämpötilajakauma) vaikuttavat jännitteisiin kuormituksen aikana, ja luotettavia johtopäätöksiä varaustilasta voidaan tehdä vasta DoD 80% jälkeen.

63 Avoimen piirin jännite U (V) Jännitteen palautuminen hidastuu, kun varaustila laskee t (h) Teoriassa hyvä indikaattori, mutta muutokset selviä vasta suurella purkusyvyydellä (DoD > 80%). Ei käyttökelpoinen, jos kuormituksessa ei ole taukoja.

64 Virran integrointi ( coulombien laskeminen ) Käytännössä ainoa luotettava ja riittävän yksinkertainen menetelmä kennoston SoC-jakauman määrittämiseen. itsepurkautuminen (epätasaisen lämpötilajakauman takia riippuu kennosta) edellyttää laskurin nollausta säännöllisesti (hankalaa hybridisovelluksissa, joissa kennostoa ei varata täyteen)

65 Litium rikki akku Kaksin kertainen energiatiheys verrattuna litium rautafosfaattiin. Elinikä vielä ongelmana 450 sykliä Myynnissä muutaman gramman akkuja.

66 AKKU ONGELMISTA Akkuvalmistajat toimittavat näyte-erät erikois valvonnassa - sarjatuotannon laatu erilainen Helppo akkutuotanto laadun mittari: punnitus Vikatyyppejä kenno-oikosulku kenno poikki kennon napaisuus kääntyy ylipaineventtiili vika kennossa vuoto

67 AKKU VINKKEJÄ Varastointi Litiumakku 40 % varaustila lämpötila n C Nikkeliakku tyhjänä ja oikosuljettuna viileässä Lyijyakku täytenä viileässä Varaaminen Litium ja lyijyakku varaa aina heti ja älä koskaan päästä tyhjäksi Nikkeliakku tyhjennä kerran kuussa. Älä lisävaraa ennen käyttöä lisäät sisäistä vastusta

68 Akuston käyttöiän vaikutus akkukustannuksiin Litiumakusto 300 kg ajomatka 200 km /km Varauspurkaussyklit

69 Pyörämoottoriko sähköauton tulevaisuus? Itävaltalainen sähköteknikko F. Porsche teki ensimmäiset pyörämoottorit sähköautoihin vuonna1899. Ne painoivat 100 kg. Kuvassa 15 hevosvoiman etupyörä moottoreilla varustettu hybridi PS-Eleckto-Benzin Tonneau Modell luvun lopulla japanilaiset tekivät IZA sähköauton, jonka pyörämoottori painoi 60 kg ja ajomatka oli 548 km 40 km/h tasaisella nopeudella ajaen.

70 KAZ limousine pyörämoottoriauto Japanista Paikkamäärä 8 Pituus 6,7 m Paino 3000 kg matkustajineen Moottoriteho 440 KW Huippunopeus 311 km/h Kiihtyvyys km/h alle 7 s 0-400m 15,3 s Ajomatka 300 km (100km/h) Akku Litium-ioni

71 Pyörämoottoriauton perusratkaisuja Akut ja koko elektroniikka sijoitettu alustaan. Pyörä ratkaisu mahdollistaa matalan maavaran 150 mm. Sisätilat suuremmat (pienet pyöräkotelot) Akkujen iskunvaimennus: Auto ei niiaa. Tien tärinä ei välity sisälle

72 ELIICA uusi malli KAZista typea typeb Pituus 5100 Leveys 1900 Korkeus Matkustajat 5 Akku Litium-ioni Motoriteho 60 kw 8 = 480 kw Huippunopeus 400km/h 190km/h Kiihtyvyys 0.4G 0.8G 0-400m 15.3s 11.3s Ajomatka 200km 320km Alusta mahdollistaa monet koriratkaisut /

73 Bridgestonen patentoima jousitettu pyörämoottori

74 Michelinin 2008 esittelemä pyörämoottori Jousittamaton massa 35 kg teho 30 kw

75 Sähköä tuottavat iskunvaimentimet MIT tutkijat: 72 km/h nopeudessa iskumentajat tuottavat tehoa noin 256 W/4pyörää

76 SÄHKÖAUTO SUOMESSA 1900 Oliko Suomen ensimmäinen auto sähköauto? 1899 Lehdessä mainostettiin jo sähköautoa 1909 Helsingissä Palolaitoksella sähköauto, joka oli käytössä vuoteen 1927 asti ELCAT FINNVAN, 1989

77 SÄHKÖAUTO SUOMESSA IVO hankki Englannista ensimmäiset sähköautonsa, 2 kpl Enfieldiä kpl VW Transporter autoja koekäytössä Hämeen Sähköllä ja Postilla Valmistettiin 2 kpl Talbot Horizon autoja (IVO, Neste, Kymi-Strömberg ja Saab-Valmet) 1985 Elcat-sähköajoneuvoprojekti perustetaan Elcat valmisti 3 kpl Finnvan muovikoriautoja ELCAT FINNVAN, 1989

78 SÄHKÖAUTO SUOMESSA 90 LUKU 1991 Elcat Cityvan tuotanto alkoi 1991 AC Micra, AC-Sähköautot Oy 1993 AC Micra II, AC-Sähköautot Oy 1995 Elcat Cityvan 200 valmistus aloitettiin 1995 Elcat-Volvo (EVF-Team) voitti Electro-Solar Cupin maailmanmestaruuden 1998 Suomen Postilla 61 sähköautoa päivittäisessä käytössä Elcat 202 valmistus alkoi 1997 käynnistyi uuden sukupolven sähköautohanke. Hankeessa kehitettiin 100 kw moottorikäyttöpakettia, johon kuului mm. 10 kertaa nopeampi varaaja. Hanke jäi kesken Fortumin luovuttua kehitystoiminnoistaan 2000

79

80 SÄHKÖAUTO SUOMESSA Elcatin tuotanto päättyi 2002 Elcat maahantuo sähköskoottereita ja -polkupyöriä sekä Melex työajoneuvoja 2005 FEVT konvertoi sähköautoja litiumakku käyttöisiksi testejä varten 2005 CityCarClub aloittaa Segway- sähkökävelijän maahantuonnin

81 SÄHKÖAUTO SUOMESSA Laite painaa 38 kg Maksiminopeus. on 20 km/h. Kokonaiskantavuus (henkilö + kuorma) on 118 kg. Laite toimii kahdella sähkömoottorilla. Ajomatka latauskerralla km maastosta riippuen.

82 SÄHKÖAUTO SUOMESSA Sähköautot Nyt avoin yhteisö alkaa 2008 J.Traiding alkaa tuoda Megasähköpakettiautoja Ranskasta 2008 Uudenkaupungin autotehdas ilmoittaa aloittavansa Fisker-Karma sähköauton tuotannon European Batteries aloittaa litiumakkutehtaan rakentamisen Varkauteen 2008 Fortum hankkii sähköautoja ja rakentaa varauspaikkoja

83 SÄHKÖAUTO SUOMESSA FEVT tekee 3 Plug in Priusta sekä muutaman Sähkö-Passatin 2009 Oulainen Sanil alkaa tuoda Kiinasta sähkömopoautoja 2009 Valmet-Automotive sopii Think Sähköautojen rakentamisen aloittamisesta Suomessa 2009 VTT testaa sähkö ja PHEV autoja Espoossa 2009 Mitsubishi MiEV autoja Suomessa näytillä 2009 EnsimmäinenElectric Motor Show Messukeskuksessa

84 SÄHKÖAUTO SUOMESSA 2010 Tampereelle Sähköautokeskus avattiin Metropolian ERA sähkökilpa-auto julkaistaan 31.3 osallistuu x-prize kisaan USA:ssa SYÖKSY projekti Sähköiset ajoneuvot kehäradan syöttö- ja asiointiliikenteessä SIMbe projekti Espoo T3 sähköautoprojekti TEKES 80 M EVE Sähköauto-ohjelma avautui syksyllä

85 SÄHKÖAUTO SUOMESSA Think Sähköautot tekee konkurssin ja tuotanto ainakin keskeytyy Närpiön Metalli ja Puu toimittaa 50 kwh akustolla varustetun hybridi jäteauton Ruotsiin (puristus sähköinen ei ajo) Suomi (Pääkaupunkiseudun kaupungit mukaan EVI (Electric Vehicle Initiative) 14 maan kaupunkien sähköautodemonstraatio verkostoon TEKES EVE Sähköauto-ohjelma tekemässä päätöksiä Noin 500 sähköauton demo fleet ECV (Electric Commercial Vehicle) hankeessa tarkoitus testata raskaita ajoneuvoja mm. sähköbusseja linjoilla ja laboratoriossa RekkEVidde uusi ajosykli sähköautojen ajomatkan testaamiseen Pohjoismaisissa oloissa mukana mm. VTT, Test Side Sweden ECV testialue avataan Espooseen 9/2012 Valtakunnallinen latausverkosto tulossa ?

86 Sähköautomaa Norja Sähköautoilijan etuja Ei oslotullia, Maksuton lataus Maksuton pysäköinti Oikeus käyttää julkisen liikenteen väyliä Alempi verotus

87 Sähköautomaa Norja Norjalaiset ovat ostaneet Euroopasta ja USA:sta melkein kaikki saatavissa olevat käytetyt sähköautot Sähköauto on kalliin polttoaineen ja Suomeakin kovemman autoveron takia Euroopan sähköautoilun kulta maa!

88 Sähköautomaa Norja 2012 elokuuhun mennessä 2400 sähköauto. Elokuun 428 sähkön myynti 3,6% kaikista myydyistä autoista

89 Sähköautomaa Norja Tiheä Sähköautojen latausverkosto luotu, 2012 rakennetaan pikavarausverkostoa

90 Ruotsi: Uusi hankinta ohjelma 2010 Tilausmäärät selvityksen mukaan

91 Ruotsi:Uusi hankinta ohjelma 2010 Tunnistetut toimittajat ja mallit

92 ENGLANTI G-WIZ Intialaista Reva sähköautoa myydään Englannissa G-WIZ nimellä Ajomatka 80 km/h Huippunopeus 70 km/h Myyty 900 kpl Lontoo: Ei tietullia ilmainen pysäköinti Valtio tukee hankintaa Ilmaisia latauspaikkoja 2008 litium-ioniakku

93 Englanti Smith Electric Vehicles Smith Edison (Ford Transit) -Zebra-akku 240 km/varaus -Kantavuus 1338 kg Smith Newton km - kantavuus 3-4 tn Smith ostanut 300 kpl 90 ja 120 kw ENOVA AC-käyttöjä

94 GM EV1 II GEN Moottori AC, 102 7,000 rpm, ,000 rpm Vaihteisto: 1-nopeuksinen, kaksiportainen Akusto: Lyijy: 18.7 kwh/ 312 V / 595 kg NiMH: 26.4 kwh / 343 V / 520 kg Induktiivinen varaaja Alumiinikori+ komposiittirakenne ilmanvastus: 0,19 Huippunopeus: 129 km/h (rajoitettu) Kiihtyvyys km/h: 9 s! Ajomatka km/lyijyakku; NiMH: km Hinta, $ , leasing $424 ja NiMH $499 EV1 esiteltiin vuonna Valmistusmäärä n. 500 kpl Tuotanto lopetettu.

95 USA: Isot hiljaa, pieniä valmistajia markkinoilla General Motorsin tuotantomalli EV-1:n hautajaiset Toyotan RAV-4 ainoa isojen autonvalmistajien myyntimalli USA:n markkinoilla vuosiin Polttokenno- ja hybridiautot kiinnostavat valmistajia enemmän Pienet valmistajat: nurkka-ajo ajoneuvoja esim. Zapin L.U.V World Car Luvassa litiumakkuautoja maantieajoon, mutta ei vielä myynnissä

96 USA NmG NmG = No more Gas Corbin Sparrow nimellä hinta USD Valmistettiin alle 300 kpl Sparrow konkurssiin 2003 Mayer Motor valmistaa nyt hinta USD Ajomatka 50 km Huippunopeus 120 km/h

97 USA TESLA Esiteltiin Hinta USD Myyty yli 1000 kpl Toimitukset 2007 Ajomatka km Huippunopeus 240 km/h Kiihtyvyys km/h 4 s Moottori 185 kw 6831 kpl Li-ioni kennoa! Valmistetaan Lotuksella

98 Kanadalaisen akkuvalmistajan sähköauto Akusto Litium (yli 220 Wh/kg) vrt. kiinalaiset 120 Wh/kg) Ajomatka 360 km 200 kg:n akustolla ZENN panostanut 3 miljoonaa USD USAlaiseen EEStor akkukehityshankkeeseen. Zenn sähköautot barium-titanatiittijauhe ultrakondensaattoriakku -150 myyty USA:an 10 kertaa lyijyakun energia puoleen hintaan km/h ajomatka 50 km

99 Kiina: Akkuvalmistajat perustavat sähköautotehtaita Thunder-Sky akkutehtaan valmistama sähköbussi. Paikkaluku 43 Moottoriteho 120 KW Ilmastointiteho 13KW Akku 1000Ah/380V Dynamic Lithium Battery Huippunopeus 100km/hr Mäennousukyky 22% Ajomatka km ilmastointi päällä BYD akkuvalmistaja osti autotehtaan (17000 autoa/v). Investoimassa 32 milj. dollaria tuotannon laajentamiseen. Valmistaa 200 sähkötaksia tänä vuonna paikallisen hallituksen tuella. Taksien ajomatka 400 km/varaus.

100 REVA SÄHKÖAUTO INTIA JA STELLA JAPANI Revan ajomatka 80 km/varaus huippunopeus 65 km/h. Lyijyakusto. Useita eri malleja ja värejä Hinta Intiassa noin 5000 USD. Laaja jälleenmyyntiverkosto Tyyppihyväksyntä Euroopan markkinoille ja myynti englannissa alkanut. Subarun uusi Stella sähköauto. 9,2 kwh akku jolla ajomatka 80 km Pikavaraus 15 min 80 % kapasiteettiin Tuotanto 170 kpl

101 Japanin toivot MiEV, Nissan Leaf MiEV akku 14 kwh paino 1080 kg ajomatka 130 km Myydään myös nimillä Peugeot ion, Citroën C-ZERO Nissan Leaf akku 24 kwh ajomatka 160 km Hinta Euroopassa (julkinen tuki 5000 )

102 PIKAVARAUS VAI 500 KM AKKU? Litium akku kestää 3000 sykliä 500km akuston käyttöikä olisi km Autolla ajetaan km vuodessa Akusto loppuun ajo kestäisi 90 vuotta Akusto maksaisi Akusto painaisi luokkaa 700 kg Akku kestää 4-8 kalenteri vuotta 150 km akut + pikavaraus ratkaisuna toimivampi

103 AJOMATKAN LISÄYS Välilataus Pikalataus Akuston vaihto - 15 km/h km/h km / vaihto - 230V/16 A - 380V/3x16A

104 Sähköautojen varaaminen

105 Varausjärjestelmän sähkönsyöttö

106 Nissan LEAF Pikavaraus varausväli 0-80% aika 30 min teho 50 kw

107 Pikavaraus USA AeroVironment varausväli 0-80% aika 15 min

108 Taistelu Varaus tavasta Euroopassa AC Mennekes liitin max 63 A Japanin liitto ajaa omaa DC ratkaisua

109 V2G sähkön myynti autosta verkkoon

110 V2G sähkön myynti autosta verkkoon

111 LOPPUUKO SÄHKÖ, JOS KAIKILLA ON SÄHKÖAUTO? Suomessa sähkön käyttö lisääntyisi noin 6-7 % nykytekniikan sähköautoilla ja 4-5% uudella tekniikalla Bensiinillä tuotettu sähkö. Voimalaitos, jossa kaasuturbiini (η = 30%) ja sen jätelämpöä käyttävä hyörykattila ( η = 45%). Kokonaishyötysuhde 30% + 0,7*45% = 64 % lämpöä ei huomioitu. Litralla bensiiniä saataisiin 5,7-6,3 kwh sähköä. 100 km ajoon tarvittaisiin 2,5-3,0 litraa bensiiniä. => Valtio menettäisi puolet bensaveron tuotosta.

112 LOPPUUKO SÄHKÖ, JOS KAIKILLA ON SÄHKÖAUTO? 60 W hehkulamppu ulkovalossa käyttää vuodessa 4000 tuntia sähköä eli 4000 h x 60 W/h = 240 kwh/a Yhdellä 60 W ulkovalon käyttämällä sähköllä ajaa 1000 km sähköautolla. Kieltämässä Suomessa ulkovaloina olevat yli miljoona hehkulamppua ja korvaamalla ne nergiansäästölampuilla: säästetyllä sähköllä ajaa kertaa maailman ympäri, joka vuosi!

113 PERUSTIETOA POLTTOAINEISTA C02 päästö poltettassa 1 miljoonan öljytonnin energiamäärä Polttoaine C02 Vert. öljyyn Vert. hiili Hiili 4 milj. tn + 25 % 0 % Öljy 3.2 milj tn 0 % - 20 % Kaasu 2.4 milj. tn -25 % - 40 % Syy: Öljyssä ja kaasussa on vetyä. Muistisääntö: litra öljyä = 10kWh sähköä = 0,1m3 maakaasua

114 PERUSTIETOA POLTTOAINEISTA Miljoonaa tonnia CO2 päästöt maailma 392, ppm 2012/ Kaasu Öljy Hiili

115 PERUSTIETOA POLTTOAINEISTA miljoonaa öljytonnia Energia muu maailma vs Kiina Kiina Ydinvoima Muu maailma Ydinvoima Kiina Vesivoima Muu maailma Vesivoima Kiina Kaasu Muu maailma Kaasu Kiina Öljy Muu maailma Öljy Kiina Hiili Muu maailma Hiili

116 PERUSTIETOA POLTTOAINEISTA Energiankulutusmiljoonina öljyekvivalentti tonneina Muutos % Oljynkulutus Maailma % Oljynkulutus Kiina % Öljynkulutus Suomi 11 10,5-5 % Kaasu Maailma % Kaasu Kiina % Kaasu Suomi 2,3 3,2 39 % Hiili Maailma % Hiili Kiina % Hiili Suomi 3,3 3,3 0 % CO2 maailma % CO2 Kiina % CO2 Suomi 51,8 52,8 2 %

117 PERUSTIETOA POLTTOAINEISTA miljoonaa öljytonnia Energia muu maailma vs Kiina Kiina Ydinvoima Muu maailma Ydinvoima Kiina Vesivoima Muu maailma Vesivoima Kiina Kaasu Muu maailma Kaasu Kiina Öljy Muu maailma Öljy Kiina Hiili Muu maailma Hiili

118 BIOPOLTTOAINE MAHDOLLISUUS VAI MAATALOUSPOLITIIKKAA? Öljynpumppaaminen maksaa 1-7 USD/Barreli Polttoaineen jalostusmarginaali 2-6 USD/tonni Huoltoaseman pumpussa: polttoaineen työ ja pääomakustannus on 5-10 c/litra! Raakaöljyn myyntihinta 70-90% kustannuksia korkeampi ja nostaa verottoman hinnan 45 c/litra bensa diesel 51 c/litra Polttoainevero 50-70% nostaa hinnan 130 c/litra bensa ja 100 c/litra diesel

119 ÖLJYN TODELLINEN KUSTANNUS Dec 12 (Reuters) - Statoil (STL.OL) and Russian partner Lukoil (LKOH.MM) (STL.OL) will make money out of Iraq's supergiant West Qurna Phase Two oilfield project even with the low fee they agreed, a Statoil executive said Saturday. The partners accepted a remuneration fee of $1.15 per barrel to develop the field, the lowest agreed in two bidding rounds Iraq has held this year for some of its biggest oilfields. Statoil and Lukoil pledged to boost output to a plateau target of 1.8 million barrels per day. West Qurna Phase Two has estimated reserves of 12.9 billion barrels of oil. Riskilisä Irakissa: 1,15 $/barrelli hinnasta jää 70% voittoa!

120 IRAKIN ÖLJYN UUSJAKO Kiinalaiset voittaneet suurimman osan. (Rahaa on lainattu sotatoimiin ennenkin; suositus lukekaa Mika Waltarin Mikael Karvajalka, niin opitte jotain politiikasta.)

121 LIUSKEKAASU KAKSINKERTAISTAA KAASU VARAT

122 BIOPOLTTOAINE MAHDOLLISUUS VAI MAATALOUSPOLITIIKKAA? Autoilija ostaa polttoainetta, koska käyttöarvo on työpalkkaan riittävä 5-20 litraa bensaa tunnin työllä. Biopolttoaine etanolin tuotantokustannus Brasialissa 12 c/litra Euroopassa 30 c/litra ylituotantoviinistä ja c/litra viljasta. Etanolia nyt kovan kysynnän takia n 60 c/litra. Etanolin polttoarvo 70 % bensiinin vastaavasta Etanolin hinta huoltoaseman pumpussa on sama kuin bensiinin mutta öljy yhtiö ja valtio jäävät ilman osuuttaan! Miten kerätään verot? Öljystä kerätty voitto ei päädy enää markkinoille..

123 BIOPOLTTOAINE RIKKAAN BIOPOLTTOAINE = RUOKA KÖYHÄN SUUSTA? Ihmisen energiatarve/päivä 2500 kcal=n kj =n.3 kwh =n. 0,3 litraa bensaa/päivässä = auto kulkee tällä 3 km! Ihmisen vuosienergiatarve 100 litraa bensaa = 150 litraa etanolia Ihmisen CO2 päästö on noin 400 kg vuodessa Ihmiskunnan CO2 päästöt/vuosi = x 400 kg= 240 miljoonaa tonnia Maailman CO2 päästöt miljoonaa tonnia Bioenergialla CO2 päästöjen korvaaminen vaatii yli 100 kertaa enemmän kuin ihmisten ruoan tarve.

124 BIOPOLTTOAINE Onhan meillä Suomessa metsää.. Suomen koko metsien puuston tilavuus = 2176 miljoonaa kuutiometriä. Puumassaan on sitoutunut 2600 miljoonaa tonnia hiilidioksidia. Panemalla kaikki Suomen metsät kerralla sileiksi saisimme maailman pyörimään noin 20 päivää.

125 SÄHKÖ-, HYBRIDIAUTO JA AKKU TIETOA INTERNETISTÄ Järjestöjen ja viranomais sivustoja Yrityksiä Nettilehtiä, Akkutietoa Lisätietoa ja kysymykset: