Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok bemutatása. Előadó: Kocsis Szürke Szabolcs

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok bemutatása Előadó: Kocsis Szürke Szabolcs [email protected]

Tartalom • Elektromos és hibrid járművek elterjedése • Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok • Elektromos és hibrid járművek töltése

• Akkumulátor elhasználódás • Lítium függőség • Akkumulátor selejtezés és újrahasznosítás • Akkumulátor rendszer fejlesztés

2

Elektromos és hibrid járművekben elterjedése • Az elektromos közlekedés terjedése aktuális trend. • Az elektromos hálózatra csatlakoztatható gépjárművek számában

2020 környékén várható jelentősebb ugrás. • Elektromobilitásban meghatározó régiók: • Amerikai Egyesült Államok • Kína • Európa

3

Elektromos és hibrid járművekben elterjedése A tisztán elektromos (PEV) és a plug-in hibrid (PHEV) személy- és kis tehergépjárművek gyártásának alakulása a világon és az EU-ban:

4

Elektromos és hibrid járművekben elterjedése A hazai gépjárműtípusok alakulására 2023-ig

A hazai elektromos hálózatról tölthető gépjárművek számának előrejelzése:

5

Elektromos és hibrid járművekben elterjedése Az elektromos töltő állomások elterjedése

6

Elektromos és hibrid járművekben elterjedése Az elektromos töltő állomások elterjedése

7



8

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok Energiasűrűség szerinti felosztás

9

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok Different type battery

Battery module

Battery system

Battery cell

10

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok

11

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok Vegyes kapcsolás

Soros kapcsolás

Párhuzamos kapcsolás

12

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok General Motors EV1

Kewet

13

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok Toyota Prius (XW20)

Toyota RAV4 EV 1 generation

Subaru XV Crosstrek Hybrid

14

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok Tesla Roadster

Ford Focus Electric

Fiat 500e

15

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok A123 Systems

Buckeye Bullet 2.5

Chevrolet Spark EV

16

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok Hyundai Sonata Hybrid

Szelectra

17

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok

18

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok Különböző technológiák, különböző alkalmazásokhoz:

ehicle weight challenges

Fuel cell vehicles

transportation

Long range public transport Public transport

Economy of fuel

gh Plug-in hybrids

w

City LDVs

Everyday use

Battery vehicle 2nd car

acceptance Electro cycle

Short trips (city)

Economy of propulsion system Energy density safety

distance Long trips (highway) 19



20

Elektromos és hibrid járművek töltése Töltők irányelvei és szabályozásai az Európai Unióban

A piac három, az EU szabályozás két nyilvános töltőkre vonatkozó töltőtípust különböztet meg:

21

Elektromos és hibrid járművek töltése EU irányelv megnevezés /csatlakozó Nagy teljesítményű töltőállomás (AC /DC)  AC: a váltakozó árammal működő töltőállomást legalább az EN 62196-2 szabvány szerinti 2. típusú csatlakozókkal kell felszerelni.  DC: egyenárammal működő töltőállomást legalább az EN62196-3 szabvány szerinti „Combo 2” típusú csatlakozókkal kell felszerelni 22 kW Normál teljesítményű töltőállomás (AC) AC: a váltakozó árammal működő töltőállomást legalább az EN 62196-2 szabvány szerinti aljzattal, vagy 2. típusú csatlakozókkal kell felszerelni Az egyes gyártók által a töltők elnevezésére használt terminológia nem egységes és nincs teljesen összhangban az EU meghatározásával. A piac a legalább 43 kW-tal rendelkező töltőpontokat már villámtöltőknek, a 7 kW alatti, jellemzően otthoni felhasználásra szántakat pedig normál vagy lassú töltőnek nevezi, ám az uniós szabályozás, csak nagy és normál teljesítményű töltőállomásokat különböztet meg. 22

Elektromos és hibrid járművek töltése EV Battery charging

23

Elektromos és hibrid járművek töltése Töltőállomások típusai és felhasználása

24

Elektromos és hibrid járművek töltése Csatlakozó típusok

25

Elektromos és hibrid járművek töltése Csatlakozó típusok

26

Elektromos és hibrid járművek töltése Mennekes csatlakozó A jelző (kommunikációs) protokollt a következő képen tervezték: 

Rákapcsoljuk a 3 fázist



Jármű érzékeli a proximity áramkör segítségével (a jármű nem tud elindulni amíg csatlakoztatva van a töltő)



Elkezdődnek a control pilot funkciók

o

Érzékeli a csatlakoztatható járművet (plug-in electric vehicle PEV)

o

A rendszer jelzi a PEV készenléti energiáját

o

PEV szellőztetési (akkumulátor hűtési) követelmények meghatározása

o

Áram szükségletet megkapja a PEV



PEV elküldi parancsokat energiaáramláshoz



PEV és az ellátó eszközök (töltő) folyamatosan figyelemmel kíséri folyamatos biztonsági földelést



Töltés megszakad, ha kihúzzuk a csatlakozót a járműből 27

Elektromos és hibrid járművek töltése Mennekes csatlakozó



12V: Nincs elektromos jármű csatlakoztatva és a kábel ki van húzva



9 V: Elektromos jármű csatlakoztatva van, de nem áll készen a töltésre



6 V: Elektromos jármű készen áll töltésre



3V Elektromos jármű csatlakoztatva van és igényel hűtést (szellőztetést) töltés közben

28

Elektromos és hibrid járművek töltése Fedélzeti töltők

Brusa NLG513 - On-BoardCharger

29

Elektromos és hibrid járművek töltése Battery switch technology

30

Elektromos és hibrid járművek töltése Battery switch technology

31

Elektromos és hibrid járművek töltése Vehicle-to-grid technológia • Elektromos gépjárművek nem csak a villamos energia felvételére képesek, hanem a tárolt villamos energiát akár vissza is tudják tölteni a hálózatba • Visszatöltési folyamat úgy valósulhat meg, hogy villamosenergia-igény jelenik meg a rendszerben • A V2G technológia összességében kétféleképpen támogatja az elektromos rendszer egyensúlyát és a piac kiegyenlítését. Egyrészt csúcsidőszakon kívüli töltéssel és csúcsidőszaki visszatáplálással, másrészt tartalékkapacitás biztosításával.

32



33

Akkumulátor elhasználódás A jelenlegi elektromos autózás főbb nehézségei közé tartoznak: • Folyamatos használat mellett az akkumulátorok idővel elhasználódnak. • Jelentősen veszítenek a kapacitásukból. • Nehezen behatárolhatók. Az akkumulátor használata során számos fejlesztési és üzemi probléma merülhet fel. Az alábbi tényezőktől függenek: • akkumulátor típusától, • gyártási módszereitől, • kapcsolási rendszereitől. 34

Akkumulátor elhasználódás Lítium akkumulátorok használati/üzemi problémái legtöbbször: • Túltöltés vagy a névlegesnél magasabb feszültséggel való töltés. • Öregedési és elhasználódási probléma.

35



36

Lítium függőség A lítium előfordulása • Lítium a Föld számos helyén megtalálható: sziklákban, sós tavakban és a tengervízben.

• Előállítása technikailag és gazdaságosan Dél-Amerikában, Ausztráliában és Kínában lehetséges.

37

Lítium függőség A lítium felhasználása

38



39

Akkumulátor selejtezés és újrahasznosítás • Az akkumulátorok és elemek jelentős mennyiségű nehézfémet és mérgező kemikáliákat tartalmaznak. • Ezért

elemeket

visszagyűjtik,

ártalmatlanítják és újrahasznosítják. • Fontos annak érdekében, hogy ezek az anyagok ne a termőtalajt vagy a talajvizet szennyezzék. 40

Akkumulátor selejtezés és újrahasznosítás Újrahasznosítás típus szerint:

• Ólom-savas akkumulátorokat • Nikkel-metál-hidrid elemek (NiMH)

• Lítium elemek (Li-ion, Li-ion polimer)

41

Akkumulátor selejtezés és újrahasznosítás Ólomsavas akkumulátor • A

lemerült

ólom-savas

akkumulátorokat

nagyon jó hatásfokkal új hasznosíthatóak. • Egy

átlagos 13

kg-os gépjármű

indító

akkumulátor kb. : • 60%-ban ólmot (ólomrács, ólompaszta, ólom-oxid) • 25%-ban kénsavat tartalmazó elektrolit. • A Magyarországon évente keletkező hulladék akkumulátor mennyisége kb. 18-20 ezer tonna.

42

Akkumulátor selejtezés és újrahasznosítás Ólomsavas akkumulátor Hogyan hasznosítják akkumulátorokat?

a

hulladékká

vált

• Gépi törés, fő alkotóira szedi a hulladékot.

• A törött akkumulátorokból vízzel kimossák a savat, majd lúggal közömbösítik. • Ezután az ólom és műanyag (jellemzően polipropilén) frakciókat választják szét egymástól.

• A nagyobb feldolgozók mellé ólom öntöde is települt, ahol ólomtömböt, vagy egyéb félkész terméket állítanak elő. • A műanyag szintén hasznosítható. 43

Akkumulátor selejtezés és újrahasznosítás Nikkel-metal-hidrid elemek (NiMH) • A nikkel visszanyerésén van a hangsúly. • Nikkel-metálhidrid

elemeket

kisebb

darabokra vágják, fennáll annak a veszélye, hogy hidrogén szabadul fel. • A műanyag tartalmat eltávolítják. • Magas nikkel tartalmú anyag marad vissza

fontos alapanyaga lehet a fémgyártásnak • Société Nouvelle d’Affinage des Métaux (SNAM)

44

Akkumulátor selejtezés és újrahasznosítás Lítium elemek (Li-ion, Li-ion polimer) • Az újratölthető lítium elemek újrahasznosítása során a fő cél a fémtartalom – kobalt, nikkel, réz – visszanyerése. • A lítium mérgező, erősen reaktív és fokozottan gyúlékony, ezért az újrahasznosítás költségei magasak. • A modern lítium elemekre bonyolult kémiai összetétel jellemző, ami megnehezíti az újrahasznosítást. • A piaci ár nagyon alacsony és bizonytalan, az újrahasznosítás költségei pedig igen magasak a primer gyártási költségekhez viszonyítva. • A lítium begyűjtési aránya nagyon alacsony.

45

Akkumulátor selejtezés és újrahasznosítás Lítium elemek (Li-ion, Li-ion polimer) • A lítium gyűjtésére és újrahasznosítására vonatkozó hatékony szabályozás. • Infrastrukturális fejlesztésekbe. • Új technológiákba történő beruházások. • Toyota : • telepek szétszedése, reciklikálása

• belgiumi székhelyű Umicore N.V szállítás • Ultra Magas Hőfokú (UHT) olvasztási technológia • a kobalt, a nikkel és a réz – költséghatékony és környezetkímélő kinyerése • kinyert anyagokat a belgiumi Hobokenben létesítménybe szállítják 46



47

Akkumulátor rendszer fejlesztés Kutatási célok: • Jármű specifikus akkumulátor választás. • Akkumulátor ideális töltési és kisütési feszültség értékeinek a meghatározása. • Töltöttségi szint menet közbeni folyamatos meghatározása. • A járműbe épített akkumulátorok élettartamának becslése.

• Üzemi hőmérséklet szerepének feltárása. • Akkumulátor pakkok ideális elhelyezésének meghatározása.

48

Akkumulátor rendszer fejlesztés A különböző járművek akkumulátor választás szempontjainak optimalizálási lehetőségei: • súly

és

kapacitás

alapján

(energiasűrűség

szerint), • biztonsági

és

stabilitási

faktor

alapján

(elöregedés, kapacitás romlás),

• gazdasági szempontok szerint (ár, mikor és hol éri meg?). 49

Akkumulátor rendszer fejlesztés Különböző típusú jármű, különböző típusú akkumulátor igény:

50

Akkumulátor rendszer fejlesztés Akkumulátor töltés:

Akkumulátor kisütés

51

Akkumulátor rendszer fejlesztés Akkumulátor cella kiegyenlítés

52

Akkumulátor rendszer fejlesztés Miért hasznos ez?

53

Akkumulátor rendszer fejlesztés Akkumulátor védelem (BMS)

• Hardver és szoftver fejlesztés • Biztonsági funkciók: • Mélykisütés • Túltöltés • Túláram • Hőmérséklet • Szakadt vezeték detektálás • 100 µV pontosság • Kétirányú aktív cellakiegyenlítés • Izolált kommunikáció (SPI, CAN) • Akár 1000V-os csomagokig 54

Akkumulátor rendszer fejlesztés Moduláris akkumulátor csomagok: • LiPo 162 (Wh/Kg) • Akkumulátor csomag • 6 db akkumulátor • 24 db cella • Aktív és passzív BMS • Névleges feszültség: 44,4 V • Max feszültség: 50,4 • Kapacitás: • 12,8Ah • 568, 32 Wh

55

Akkumulátor rendszer fejlesztés Akkumulátor tesztelés

56

Köszönöm a figyelmet!

Előadó: Kocsis Szürke Szabolcs [email protected]

Elektromos és hibrid járművekben használatos akkumulátorok bemutatása. Előadó: Kocsis Szürke Szabolcs

Recommend Documents