Hybricon visar elbuss 27 maj samt EVS28 del 2 FCV
Skribent (gästinlägg)
2015-05-20
Vi kommer fortsätta att skicka ut artiklar om 28th International Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS28) ett tag till. Igår skickade vi ut Erik Wibergs övergripande analys av konferensen.
Idag fortsätter vi med Eriks utvalda nyheter om bränsleceller från konferensen. Fokus är på Hyundais framtidsplaner samt hur Toyota ska minska kostnaderna för bränslecellsfordon.
En annan nyhet är att Hybricon Bus Systems AB kommer visa upp sin nya elbuss den 27 maj i Umeå. Elbussen heter Hybricon Arctic Whisper 18LE 4WD, och är ”världens första fyrhjulsdrivna ultra-snabbladdade och fullelektriska ledbuss med tillhörande laddstation”. Läs mer här om introduktionsdagen.
Tack Eva Sunnerstedt Miljöförvaltningen i Stockholm för tipset.
Det är också så att den Umeåbaserade elbusstillverkaren Hybricon Bus Systems AB börsnoteras. Hybricon Bus Systems AB genomför också en emission inför notering på AktieTorget. Om ni vill läsa handlingarna i samband med emissionen kan ni läsa här.
Nyhetsbrev 2 EVS 28 – Bränslecellsfordon
skrivet av Erik Wiberg (Vätgas Sverige)
Hyundai och Toyota var de biltillverkare som presenterade på elfordonskonferensen EVS28 om bränsleceller. Utöver detta ställde underleverantören Hyundai Mobis ut i mässhallen och i form av poster. Här följer en återgivning av deras utveckling mot kommersialisering. Sist finns även återgivet ett föredrag om hur optimering mellan batteri och bränslecell kan göras på ett intressant vis.
Hyundai om framtidsplaner,kompressorer och platinaåtervinning
Som kunde läsas i det förra nyhetsbrevet om EVS28 fick Hyundai mycket utrymme på konferensen. En del av detta utrymme användes för att presentera planer för bränslecellsfordon. 2020 räknar Hyundai med att ha två modeller av bränslecellsfordon på marknaden. De säger även att det långsiktiga huvudspåret för Hyundai är vätgas som drivmedel. [1]
Tunnare plattor och högre tryck i stacken
Inom det tekniska området presenterade de bland annat att tjockleken på de bipolära plattorna har minskat till 0,1 mm, och att de fortfarande har en stack med ungefär atmosfäriskt tryck till skillnad från Toyota, Honda och Nissan. Detta gör att stacken tar större plats, men i gengäld får högre effektivitet. En intressant sak är att det finns indikationer på att Hyundai kommer att lämna detta koncept till förmån för en stack med högre tryck, likt konkurrenterna. En poster från Hyundai Mobis, underleverantör till Hyundai och Kia, visar hur den kompressor av turbotyp som används idag optimeras för att klara högre tryck, i storleksordningen 2-3 bar vilket är samma tryck som de övriga använder. Hyundai vill fortsätta använda turbokompressorn då det är en enkel och design med hög verkningsgrad och tyst drift, men de anser sig tvungna att gå över från kullager till lager med luftspalt för att kunna höja trycket till de behövliga nivåerna. De är tveksamma till att andra kompressorvarianter fungerar bra utan olja, vilket undviks på grund av kontamineringsrisken då de PEM-bränsleceller som används kräver mycket hög renhet på vätgasen. Kompressorn är en av de externa komponenter som drar mest el, vilket gör dess optimering vital för systemets energioptimering. [2]
Hög platinaåtervinning
Platina i bränslecellsstackar diskuteras ofta, då det är en knapp resurs som står för en relativt stor del av bränslecellskostnaden. Hyundai menar vid sin monter att de återanvänder 98 % av den platina de sätter i fordonen. [2]
Kommentar
Om Hyundai går över till system som liknar konkurrenternas är det förmodligen för att spara plats för att kunna integrera systemet även i mindre fordon. En sekundäreffekt av att systemen liknar varandra mer kan vara att underleverantörer får det lättare att leverera samma komponent till flera biltillverkare, vilket genom skalfördelar kan minska kostnaderna på de färdiga fordonen. Det ska bli intressant att se om Hyundai fortsätter med induktionsmotorer istället för permanentmagnetmotorer, då detta också är något som utmärkt dem mot de andra tillverkarna av bränslecellsfordon.
Platina används även i dagens bilar i katalysatorer, men i mindre mängd. En stötesten för bränslecellstekniken är att kunna minska mängden platina och samtidigt återvinna en mycket hög andel. En alternativ väg är att hitta ersättare till platina, där mycket forskning pågår. Hittills har dock inget fullgott alternativ uppenbarats.
Toyotas strategi för billigare bränslecellsfordon
Efter lanseringen av Mirai i Japan i höstas och den stundande i Europa och USA, är Toyota måna om och öppna med att visa ville tekniska förbättringar som gjorts sedan föregående modell, där kostnadsminskning varit ett stort fokus.
Toyota ser skalekonomin för bränslecellstillverkning som en viktig del i kostnadsminskning, men samtidigt är de tydliga med att de inte förväntar sig skalfördelar i samma storleksordning som för fossildrivna fordon då tankstationsuppbyggnaden kommer ta en viss tid. Det finns istället två huvudspår som karaktäriserar Toyotas väg från prototyp till produktionsfärdigt fordon. Dessa är användning av massproducerade komponenter som redan finns i Toyotas andra fordon, samt konsolidering och eliminering av komponenter.[3]
Färre komponenter
Exempel på konsolidering är att en ny kompressortyp valts, rootskompressor istället för scrollkompressor, med betydligt färre rörliga delar. Det externa luftfuktningssystemet har även tagits bort helt. Istället används ett tunnare membran i bränslecellen som tillåter att vatten diffunderar tillbaka från katodsidans luftutlopp till anodsidans vätgasinlopp. Detta möjliggörs genom en flödesstruktur på de bipolära plattorna som fungera som ett fint nät där syre sprids genom att turbulent luft riktas mot elektroden. Samtidigt samlas vattnet upp av strukturen vilket gör att det inte kan hindra diffusion av syre över elektroden. [3]
Delade komponenter med hybrid- och CNG-fordon
Användning av redan massproducerade komponenter sker bland annat genom att luftflödesmätare och motor till vätgaspump tas från tidigare massproduktion, och vätgasinsprutare tas från CNG-system. En strategi Toyota valt är att introducera en boost converter som höjer spänningen från bränslecellsstacken vilket gör att komponenter som inverter och motor från hybridfordon kan användas istället för specialtillverkade sådana. Detta då bränslecellen ger lägre spänning än vad ett batteri i ett hybridfordon gör. Detta gör även att antalet celler kan minskas då det inte är direkt kopplat till systemspänningen. [3]
Minimera mängd av dyra material
Toyota har även fortsatt med att minska mängden dyra material, såsom guld i bipolära plattor, membran och katalysatormaterial. De har helt eliminerat guld genom att använda en ytbeläggning av nanokol (Pi conjugated amorphous carbon). Membranytan har minskats genom att öka strömtätheten, alltså effekten varje ytenhet cell, och därmed membran, producerar. Denna beläggning finns numera på titanplattor istället för de tidigare stålplattorna, vilket minskar stackvikten. Platinamängden har minskat ytterligare genom att optimera kobolt/platina-legeringen och gå över från en ihålig kolstödstruktur till en solid, vilket ökar nyttjandegraden av platina. [3]
Trycktankarna blir lättare och billigare
Genom att modifiera hur kolfiberväven i vätgastankarna vävs har mängden kolfiberförstärkt plast kunnat minskas med 20 viktprocent. Detta framförallt genom att fokusera vävriktningen till att gå runt tankens mittdel i de innersta lagren där påfrestningarna är som störst. Tidigare blandades vävriktningarna genom hela godset. Totalt innehåller tankarna nu 5,7 viktprocent vätgas av den totala tankvikten, de högsta publicerade siffrorna för 700-barstankar. Antalet trycktankar är numera två istället för tidigare fyra. [3]
Kommentar
Toyota väljer att minska vissa material och komponenter, såsom platina, guld, kolfiber och fukthanteringssystem. Samtidigt introducerar de nya kostnadsdrivande material såsom titan istället för rostfritt stål och fler komponenter såsom boost convertern. Detta visar att trots Toyota kommunicerar att de förenklar systemen och minskar mängden dyra råvaror så är det en fråga om optimering. Inte bara för själva systemet, utan till den totala fordonsproduktionen genom användning av redan massproducerade delar.
Det är intressant att se hur Toyota, fastän de inte producerar mer än några hundra bränslecellsfordon varje år, verkligen går in för att hitta optimeringar. Detta inte bara på forskning och utvecklingsnivå utan framförallt på hur bränslecellsfordon ska passa in med de övriga fordon de säljer.
Optimering mellan batteri och bränslecell
En intressant presentation var Jihun Han som studerade när energi skulle tas från batteriet respektive bränslecellen i ett hybridiserat bränslecellsfordon för att minimera vätgasförbrukningen. Optimeringen utgick från framkoppling med en GPS-mottagare och av föraren angiven destination. Utifrån detta kunde systemet exempelvis bedöma om bränslecellen skulle stängas av när fordonet närmade sig ett backkrön med stundande regenerativ inbromsning. Osäkerhetsparametern i optimeringen är hastigheten, eftersom systemet inte kan förutse till fullo hur föraren kommer att gasa. Optimeringen jämfördes med traditionell återkoppling, och resultatet visade att framförkoppling från GPS gav betydligt lägre energiförbrukning. [4]
Kommentar
Nackdelen med ett system som detta är att föraren alltid måste mata in sin destination för bästa optimering. Detta kan framstå som mindre önskvärt om det är en sträcka som ofta körs. Det kan dock gå att lösa genom att fordonet lär sig var föraren brukar köra och optimerar efter detta. Om ett sådant system kombinerades med att fordonet färdas autonomt skulle inmatningen från föraren inte ses som ett hinder. Dessutom skulle osäkerhetsparametern i hastigheten minska drastiskt, speciellt i ett system med där fordon kommunicerar med varandra.
Ett annat område som införandet av framkoppling med GPS kan påverka är om optimering inte bara sker mot vätgasförbrukning, utan även mot livslängd på bränslecellsstacken. Detta skulle kunna minska kraven på robusthet i bränslecellsstacken och potentiellt minska kostnaderna. Detta skulle även kunna användas för att ge ett fordon med räckviddsförlängare i form av av bränslecell bättre körprestanda även när batteriet har låg laddningsnivå. Just detta anses ofta som ett argument mot räckviddsförlängare, trots att sådana fordon skulle kunna minska både investeringskostnaderna och driftkostnaderna.
[1] Plenary Session 1 – Moon-Sik Kwon
[2] Hyundais monter
[3] Technical session A8: Batteries & Fuel cells – Hiroyuki Yumiya, Toyota Motor Corp.
[4] Technical session E7: Fuel cell vehicles – Jihun Han, KAIST
Hyundai och Toyota var de biltillverkare som presenterade på elfordonskonferensen EVS28 om bränsleceller. Utöver detta ställde underleverantören Hyundai Mobis ut i mässhallen och i form av poster. Här följer en återgivning av deras utveckling mot kommersialisering. Sist finns även återgivet ett föredrag om hur optimering mellan batteri och bränslecell kan göras på ett intressant vis.
Hyundai om framtidsplaner,kompressorer och platinaåtervinning
Som kunde läsas i det förra nyhetsbrevet om EVS28 fick Hyundai mycket utrymme på konferensen. En del av detta utrymme användes för att presentera planer för bränslecellsfordon. 2020 räknar Hyundai med att ha två modeller av bränslecellsfordon på marknaden. De säger även att det långsiktiga huvudspåret för Hyundai är vätgas som drivmedel. [1]
Tunnare plattor och högre tryck i stacken
Inom det tekniska området presenterade de bland annat att tjockleken på de bipolära plattorna har minskat till 0,1 mm, och att de fortfarande har en stack med ungefär atmosfäriskt tryck till skillnad från Toyota, Honda och Nissan. Detta gör att stacken tar större plats, men i gengäld får högre effektivitet. En intressant sak är att det finns indikationer på att Hyundai kommer att lämna detta koncept till förmån för en stack med högre tryck, likt konkurrenterna. En poster från Hyundai Mobis, underleverantör till Hyundai och Kia, visar hur den kompressor av turbotyp som används idag optimeras för att klara högre tryck, i storleksordningen 2-3 bar vilket är samma tryck som de övriga använder. Hyundai vill fortsätta använda turbokompressorn då det är en enkel och design med hög verkningsgrad och tyst drift, men de anser sig tvungna att gå över från kullager till lager med luftspalt för att kunna höja trycket till de behövliga nivåerna. De är tveksamma till att andra kompressorvarianter fungerar bra utan olja, vilket undviks på grund av kontamineringsrisken då de PEM-bränsleceller som används kräver mycket hög renhet på vätgasen. Kompressorn är en av de externa komponenter som drar mest el, vilket gör dess optimering vital för systemets energioptimering. [2]
Hög platinaåtervinning
Platina i bränslecellsstackar diskuteras ofta, då det är en knapp resurs som står för en relativt stor del av bränslecellskostnaden. Hyundai menar vid sin monter att de återanvänder 98 % av den platina de sätter i fordonen. [2]
Kommentar
Om Hyundai går över till system som liknar konkurrenternas är det förmodligen för att spara plats för att kunna integrera systemet även i mindre fordon. En sekundäreffekt av att systemen liknar varandra mer kan vara att underleverantörer får det lättare att leverera samma komponent till flera biltillverkare, vilket genom skalfördelar kan minska kostnaderna på de färdiga fordonen. Det ska bli intressant att se om Hyundai fortsätter med induktionsmotorer istället för permanentmagnetmotorer, då detta också är något som utmärkt dem mot de andra tillverkarna av bränslecellsfordon.
Platina används även i dagens bilar i katalysatorer, men i mindre mängd. En stötesten för bränslecellstekniken är att kunna minska mängden platina och samtidigt återvinna en mycket hög andel. En alternativ väg är att hitta ersättare till platina, där mycket forskning pågår. Hittills har dock inget fullgott alternativ uppenbarats.
Toyotas strategi för billigare bränslecellsfordon
Efter lanseringen av Mirai i Japan i höstas och den stundande i Europa och USA, är Toyota måna om och öppna med att visa ville tekniska förbättringar som gjorts sedan föregående modell, där kostnadsminskning varit ett stort fokus.
Toyota ser skalekonomin för bränslecellstillverkning som en viktig del i kostnadsminskning, men samtidigt är de tydliga med att de inte förväntar sig skalfördelar i samma storleksordning som för fossildrivna fordon då tankstationsuppbyggnaden kommer ta en viss tid. Det finns istället två huvudspår som karaktäriserar Toyotas väg från prototyp till produktionsfärdigt fordon. Dessa är användning av massproducerade komponenter som redan finns i Toyotas andra fordon, samt konsolidering och eliminering av komponenter.[3]
Färre komponenter
Exempel på konsolidering är att en ny kompressortyp valts, rootskompressor istället för scrollkompressor, med betydligt färre rörliga delar. Det externa luftfuktningssystemet har även tagits bort helt. Istället används ett tunnare membran i bränslecellen som tillåter att vatten diffunderar tillbaka från katodsidans luftutlopp till anodsidans vätgasinlopp. Detta möjliggörs genom en flödesstruktur på de bipolära plattorna som fungera som ett fint nät där syre sprids genom att turbulent luft riktas mot elektroden. Samtidigt samlas vattnet upp av strukturen vilket gör att det inte kan hindra diffusion av syre över elektroden. [3]
Delade komponenter med hybrid- och CNG-fordon
Användning av redan massproducerade komponenter sker bland annat genom att luftflödesmätare och motor till vätgaspump tas från tidigare massproduktion, och vätgasinsprutare tas från CNG-system. En strategi Toyota valt är att introducera en boost converter som höjer spänningen från bränslecellsstacken vilket gör att komponenter som inverter och motor från hybridfordon kan användas istället för specialtillverkade sådana. Detta då bränslecellen ger lägre spänning än vad ett batteri i ett hybridfordon gör. Detta gör även att antalet celler kan minskas då det inte är direkt kopplat till systemspänningen. [3]
Minimera mängd av dyra material
Toyota har även fortsatt med att minska mängden dyra material, såsom guld i bipolära plattor, membran och katalysatormaterial. De har helt eliminerat guld genom att använda en ytbeläggning av nanokol (Pi conjugated amorphous carbon). Membranytan har minskats genom att öka strömtätheten, alltså effekten varje ytenhet cell, och därmed membran, producerar. Denna beläggning finns numera på titanplattor istället för de tidigare stålplattorna, vilket minskar stackvikten. Platinamängden har minskat ytterligare genom att optimera kobolt/platina-legeringen och gå över från en ihålig kolstödstruktur till en solid, vilket ökar nyttjandegraden av platina. [3]
Trycktankarna blir lättare och billigare
Genom att modifiera hur kolfiberväven i vätgastankarna vävs har mängden kolfiberförstärkt plast kunnat minskas med 20 viktprocent. Detta framförallt genom att fokusera vävriktningen till att gå runt tankens mittdel i de innersta lagren där påfrestningarna är som störst. Tidigare blandades vävriktningarna genom hela godset. Totalt innehåller tankarna nu 5,7 viktprocent vätgas av den totala tankvikten, de högsta publicerade siffrorna för 700-barstankar. Antalet trycktankar är numera två istället för tidigare fyra. [3]
Kommentar
Toyota väljer att minska vissa material och komponenter, såsom platina, guld, kolfiber och fukthanteringssystem. Samtidigt introducerar de nya kostnadsdrivande material såsom titan istället för rostfritt stål och fler komponenter såsom boost convertern. Detta visar att trots Toyota kommunicerar att de förenklar systemen och minskar mängden dyra råvaror så är det en fråga om optimering. Inte bara för själva systemet, utan till den totala fordonsproduktionen genom användning av redan massproducerade delar.
Det är intressant att se hur Toyota, fastän de inte producerar mer än några hundra bränslecellsfordon varje år, verkligen går in för att hitta optimeringar. Detta inte bara på forskning och utvecklingsnivå utan framförallt på hur bränslecellsfordon ska passa in med de övriga fordon de säljer.
Optimering mellan batteri och bränslecell
En intressant presentation var Jihun Han som studerade när energi skulle tas från batteriet respektive bränslecellen i ett hybridiserat bränslecellsfordon för att minimera vätgasförbrukningen. Optimeringen utgick från framkoppling med en GPS-mottagare och av föraren angiven destination. Utifrån detta kunde systemet exempelvis bedöma om bränslecellen skulle stängas av när fordonet närmade sig ett backkrön med stundande regenerativ inbromsning. Osäkerhetsparametern i optimeringen är hastigheten, eftersom systemet inte kan förutse till fullo hur föraren kommer att gasa. Optimeringen jämfördes med traditionell återkoppling, och resultatet visade att framförkoppling från GPS gav betydligt lägre energiförbrukning. [4]
Kommentar
Nackdelen med ett system som detta är att föraren alltid måste mata in sin destination för bästa optimering. Detta kan framstå som mindre önskvärt om det är en sträcka som ofta körs. Det kan dock gå att lösa genom att fordonet lär sig var föraren brukar köra och optimerar efter detta. Om ett sådant system kombinerades med att fordonet färdas autonomt skulle inmatningen från föraren inte ses som ett hinder. Dessutom skulle osäkerhetsparametern i hastigheten minska drastiskt, speciellt i ett system med där fordon kommunicerar med varandra.
Ett annat område som införandet av framkoppling med GPS kan påverka är om optimering inte bara sker mot vätgasförbrukning, utan även mot livslängd på bränslecellsstacken. Detta skulle kunna minska kraven på robusthet i bränslecellsstacken och potentiellt minska kostnaderna. Detta skulle även kunna användas för att ge ett fordon med räckviddsförlängare i form av av bränslecell bättre körprestanda även när batteriet har låg laddningsnivå. Just detta anses ofta som ett argument mot räckviddsförlängare, trots att sådana fordon skulle kunna minska både investeringskostnaderna och driftkostnaderna.
[1] Plenary Session 1 – Moon-Sik Kwon
[2] Hyundais monter
[3] Technical session A8: Batteries & Fuel cells – Hiroyuki Yumiya, Toyota Motor Corp.
[4] Technical session E7: Fuel cell vehicles – Jihun Han, KAIST