Zero Emission Vehicle and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Technology Assessment

skrivet av Magnus Karlström

Idag fortsätter vi med att sammanfatta ARB:s (California Air Resources Board) analys av statusen för laddbara bilar och bränslecellsbilar.

Igår skrev vi om kunskapsläget om vad konsumenterna tycker samt hur bilarna körs och laddas.

Dagens sammanfattning är om en delrapport som har analyserat teknik- och kostnadsbilden för komponenter till laddbara bilar samt bränslecellsbilar. Rapporten finns här (pdf, 96 sidor).

ARB har gjort en litteraturgenomgång, men mycket av analysen är också baserat på diskussioner med bilföretag och leverantörer.

Rapporten har också hämtat mycket från den analys som ARB, EPA (USA:s miljömyndigheten) samt NHTSA (USA:s trafiksäkerhetsmyndighet) gjort om kostnader, och framsteg som är möjliga, fram till 2025 för personbilar [2]. Den analysen blev offentlig förra sommaren och är på 1200 sidor. Den analysen är om lättvikt, aerodynamik, motorer, hjul och allt som kan göra att bränsleekonomin blir bättre. Om ni vill veta mer om hur ARB har räknat på indirekta kostnader, lärkurvor och effektivitet så får ni läsa den den stora rapporten från EPA[2].

ARB:s delrapport handlar enbart om laddbara bilar och bränslecellsbilar. De beskriver statusen för kostnader, teknikläge och trender för elmaskiner, kylsystem, laddning, kraftelektronik, batterier samt bränsleceller.

Jag har valt ut några spaningar som jag tyckte var mer intressanta.

Prognoser för merkostnaden för laddbara bilar till 2025 har sjunkit

En tydlig slutsats är att den befintliga utvecklingen av kostnader för komponenter gör att ARB tror att merkostnaderna för batteribilar och laddhybrider kommer vara mindre 2025 än när de gjorde analysen förra gången (se tabell 8 för sammanställningen).

De bedömer att en BEV (batterielbil) med 75 miles elräckvidd (120 km) kommer ha en merkostnad i jämförelse med en liknande bensinbil (modell subcompact) på ca 7505 USD (67 000 SEK) 2025. Då har alla kostnader täckts av bilföretaget dvs mark-up kostnader är med, men tilläggskostnader hos t ex bilhandlare är ej med. De räknar med en batteripackskostnad på 150 USD/kWh. När de gjorde analysen 2011 så var merkostnaden 11804 USD dvs merkostnaden har sjunkit med ca 25%.

För en batteribil med 200 miles räckvidd blir merkostnaden 12001 USD (108 000 SEK) i subcompact klassen 2025.

För laddhybrider (40 miles elräckvidd) kommer enligt ARB:s analys merkostnaden vara 9260 USD (ca 84 000 SEK) i subcompact klassen 2025. I jämförelse med analysen de gjorde 2011 var merkostnaden för laddhybrider ca 11000 USD.

För större bilklasser blir merkostnaden också större.

I den här analysen har de tagit med troliga kostnadsutvecklingar för elmaskiner, batterier, kraftelektronik samt effektivitetsförbättringar.

Observera att det är enbart fullkostnadstäckning för bilföretaget som de räknat på.  De har inte räknat på besparingar genom mindre bränsleanvändning och underhåll.

USA:s forskningsmyndigheter håller på att skissa på nya batterimål

USA har haft DOE EV Everywhere Grand Challenge målen för batterier ett tag.

De har varit 125 USD/kWh till 2022.

Nu håller de på att titta på nästa målbild. Det verkar bli $80/kWh till 2030 för att batteribilar ska kunna konkurrera med förbränningsmotorbilar.

Målen är inte satta än, men utkastet finns.

Den huvudsakliga trenden för celler är li-jonceller med mer nickel, samt försöka få in mer kisel på sikt i anoden

I intervjuer med bilföretagen är trenden  ”showed that part of the pathway to higher energy density cells will include higher nickel content cells with graphite anodes, and better management of thermal and SOC dependent aging affects. Some OEMs are working with battery manufacturers to implement cells with some silicon added to the graphite anode. ”

Men också

”That pathway will likely be combined with improvements in other internal cell components like binders and electrolyte formulations to enable higher energy and power densities.”

Många arbetar med att öka laddningseffekt upp till 350 kW, men batterierna kan begränsa

Många vill ha högre laddningseffekt.

Men t ex Porsche har sagt att

”Porsche, with its 800V battery system technology is poised to best take advantage of the higher charging rate, but in a presentation at the 2016 AABC, Dr. Christian Jung showed that the fastest the vehicle can charge at is 225kW due to limitations of the battery cells themselves.”

Sladdteknologi sätter begränsningar så det är svårt att komma över 350A

”Charging cord wire diameter, and mass, is directly proportional to its current carrying ability. Without a major advance in cable cooling or material technology, reasonably sized charge cables will be limited to about 350A in current capability. Levels beyond 350A would result in the cable being too heavy and bulky for people to use.”

Ombordladdarna kommer ha högre effekt

”Several OEMs showed staff confidential plans that involved increasing on-board charger capability that went hand in hand with range increases as new products come to market, or are going through a refresh. ”

Trådlösladdning kommer 

”Several OEMs indicated that they would begin to roll-out WPT systems on vehicles between the 2018 and 2020MY. WPT systems may have strong potential for autonomous vehicle charging that could have significant impacts on BEV and PHEV markets in the future”

För kraftelektronik kommer SiC 2020+ och GaN 2025+ och det är viktigt för ombordladdarna

”GaN materials may become viable closer to 2025 which will allow smaller and even more efficient OBCs (ombordladdare). Some OEMs indicated that their PHEVs will come with progressively higher powered OBCs. GaN will be important in making sure that OBCs do not grow in size proportional to their power capability increase”.

Det kommer många fler bilmodeller som är laddbara eller bränslecellsbilar 2018-2021 

Den finns en utmärkt bild på sidan c-15 som har en bra översikt.

Det som tydligt saknas är ladd- och bränslecellsfordon i pick-up och minivan klassen.

Bränslecellsteknologin blir kontinuerligt allt bättre

Tekniken får allt bättre effektdensitet, hållbarhet, samt använder mindre platinum.

Kostnaden sjunker också.

”The cost of an FCEV has come down dramatically in recent years. For example, the 2015 Mirai FCEV costs 1/20th that of the Toyota Highlander FCHV-adv, which was available for lease only in Japan starting in 2008”.

Egna kommentarer

Det finns mycket mer i rapporten. Jag har gjort några urval.

Några andra avsnitt som var bra var om kylsystem, elmaskiner och mer om batterikostnader.

Det finns många tabeller om vilken bilmodell som använder en viss typ av kylsystem eller elmaskinstyp. Ni som behöver sammanställningar kan ju börja att kolla i den här rapporten.

EPA rapporten var också intressant, men om jag skulle sammanfatta den skulle det ta ca 20 nyhetsbrev. Jag tyckte det var riktigt intressant med hur de räknade på lärkurvor och indirekta kostnader för bilföretagen. Bra data för att göra en analys om och när bilföretagen kan börja tjäna pengar på laddfordon och bränslecellsfordon.

ARB är bra, som trendspanare, för att de faktiskt kan ställa frågor om trender som jag tror bilföretagen delvis svarar på. Det har sina fördelar att vara den som gör lagar för 1/3 av USA:s bilmarknad.

Referenser

[1] California’s Advanced Clean Cars Midterm Review Appendix C: Zero Emission Vehicle and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Technology Assessment. Jan 2017. länk

[2] EPA. NHTSA och ARB. Draft Technical Assessment Report: Midterm Evaluation of Light-Duty Vehicle Greenhouse Gas Emission Standards and Corporate Average Fuel Economy Standards for Model Years
2022-2025 länk (pdf, 1216 sidor)